CN104633491B - 一种led光源的t5灯管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED光源的T5灯管，包括灯头、T5灯管规格的铝型材、PCB板、灯罩、装配在PCB板上的LED灯珠和电源模块；其中铝型材底部成型有一下沉式安装平面，PCB板固定在该下沉的安装平面上；所述灯罩截面成弧形结构，灯罩外表面光滑、内表面成型有密集排列的细条纹，细条纹截面为圆弧下凹结构，形成凹透镜光扩散镜面；在所述PCB板表面设有一反光板，该反光板套设在LED灯珠外围，底部抵触在PCB板上，反光板截面成抛物面结构。该灯管具有发光角度离散、光照角度大、均匀性好、没有眩光的特点，既可直接接入市电，也可配套于带电子镇流器的T5灯架上使用。

Description

一种LED光源的T5灯管

技术领域：

本发明属于照明领域，特别涉及一种LED光源的T5灯管，其具有无光斑，光效高，出光均匀性好，光照角度大的特点。

背景技术：

由于LED灯管比直管荧光灯节能50%，随着LED技术的发展，节能比例还将继续提高，荧光灯管存在寿命短，含汞污染等原因，直管荧光灯正逐步被LED灯管取代。目前外形为T8（直径25.4毫米），T10（直径31.8毫米）的LED灯管，其铝型材散热支架有足够的空间装入驱动模块，因此可替代现有的T8，T10荧光灯管。但目前占据市场主导地位的T5（直径为15.875毫米）灯管，其空间小，若要替换成LED灯管，则无法装入高效的复杂电路，驱动电路只能外置，如同荧光灯的电子整流器一般，或者外带一个内藏驱动模块的灯架，LED灯管替换荧光灯管时需要更换支架或拆除原有驱动电路，并安装新的驱动，作业复杂，费用高，且安装不当容易造成安全隐患，使用多有不便。

工厂车间，特别是净化车间内的T5灯架，因标准要求，灯架也必须达到净化要求，通常灯架大而且复杂。若要更换LED灯管，则必须拆卸灯架，更换驱动电源，再安装，或更换整个灯架，替换不便，成本高且容易造成安全隐患。

若更换灯架内电源后的LED灯管出现故障，需要维修或更新，则只能更换同一公司，同一型号的产品才能与内置的电源匹配。技术的更新换代，可能出现没有同一型号的产品供给，则又必须更换电源模块，或整套更换。作业复杂成本高，无法通用。

电子整流器日光灯，电子整流输出驱动灯管的是高频高压的交流电源，它的工作靠两个半导体功率器件组成自激发半桥或它激半桥产生的高压来激发荧光灯管发光的，激发之后，电子整流器输出是高频交流恒流电源，灯管则为一个阻抗器件。

申请号为：201110212985.0的专利，虽然做到了把驱动电路装入T5的灯管内，但不能直接替换，还需要拆除原有的电子整流器。该专利的电路也存在各LED灯珠发光不同步，灯管亮度不均匀的问题。

申请号为：201110285980.0的专利，虽然实现了电子整流器或市电通用的电路，但电路复杂，器件多，只能外置驱动或装配在T8或T10的灯管，无法装入T5灯管。

另外，如何改善LED T5灯管的电源效率、可靠性及可互换性，消除眩光、提高光照均匀性等问题，也是LED光源待需解决的问题。

发明内容：

本发明的目的是发明一种灯罩内表面成型下凹细条纹，形成光大角度扩散效果，并配合反光板和LED下沉式安装的结构，改善光照均匀性的LED光源的T5灯管。

本发明技术方案是这样实现的：一种LED光源的T5灯管，包括灯头、T5灯管规格的铝型材、PCB板、灯罩、装配在PCB板上的LED灯珠和安装在灯头内的电源模块；所述铝型材截面成类半圆弧造型，PCB板固定在铝型材上，灯头安装在铝型材两端，并与PCB板电连接；其特征是铝型材底部成型有一下沉式安装平面，两边沿对称成型有槽口朝外的扣合槽和槽口朝内的定位槽，外表面成型有散热槽；所述PCB板固定在所述的安装平面上，且在两者之间施以导热硅胶；所述灯罩截面成弧形结构，两边沿对称成型有向内的扣脚，借助该扣脚装设于所述铝型材边沿的扣合槽中，形成灯罩的装配定位；灯罩外表面光滑、内表面成型有密集排列的细条纹，细条纹截面为圆弧下凹结构，形成凹透镜光扩散镜面；所述细条纹圆弧高度小于0.3mm，半径小于0.6mm；所述PCB板表面设有一反光板，该反光板对应LED灯珠处开设有孔眼，反光板套设在LED灯珠外围，底部抵触在PCB板上、两长边卡设在铝型材的定位槽中，反光板截面成抛物面结构。

所述灯罩内表面的细条纹的圆弧面为双圆弧组成，以灯罩中心面为界，每条细条纹的圆弧朝中心面一侧的圆弧半径恒定，远离中心面一侧的圆弧半径逐条递减。

所述灯罩朝中心面一侧的圆弧半径为0.4-0.6mm，远离中心面一侧的圆弧半径逐条递减，其递减量为0.01-0.02mm。

所述灯罩截面成弧形结构指是中心区域半径大，往两侧区域半径逐渐变小，成类半圆弧或类半椭圆弧结构。

所述电源模块分成两部分，分别嵌入在两端灯头内，并与灯珠的PCB板电连接。

所述电源模块，其电源接入经供电检测单元、整流单元后分两路，一路经高频控制单元后驱动LED灯组，另一路依次经工频市电控制单元、恒流开关电源单元后驱动LED灯组；所述供电检测单元为三个绕组的变压器T1，次级第一绕组输出给高频自锁单元，高频自锁单元输出抑制工频市电控制单元工作状态，该工频市电控制单元导通状态由恒流开关电源单元输出的反馈信号维持；所述供电检测单元次级第二绕组输出给高频控制单元，控制高频控制单元导通或断开。

所述整流单元为四个高频二极管D1-D4组成的整流桥；所述高频控制单元为二极管D5、电阻R1、电容C1和稳压管Z1组成积分电路，控制可控硅Q1的导通与截止；所述高频自锁单元由电阻R2、二极管D6和稳压基准三极管Q3组成，当检测单元输出为高电平，高频控制单元导通时，R2端输入高电平，则稳压基准管Q3导通，抑制了工频市电控制单元的控制端电压，使之小于Z2的开启阈值，锁定工频市电控制单元处于断开状态；所述工频市电控制单元，由可控硅Q2、稳压管Z2、二极管D7、电阻R3、R4、R5和电容C2组成；所述开关电源单元为由电阻R6-R14、电容C4-C6，恒流控制IC U1、MOS管Q4、二极管D9和变压器T2组成的自激式原边反馈的恒流电源，输出经滤波后给LED灯组提供恒流电源。

本发明具有如下有益效果：1、根据LED发光的特点，发光角度与光强呈朗伯分布，即在某一方向上的发光强度Iθ等于该光源发光面垂直方向上的发光强度I0乘以方向角的余弦，Iθ=I0COSθ，光强呈夹角COS分布，铝型材的开口角度为90度，使得从灯珠发出的光到灯罩最边缘的光强也能达到中心光强的70%，COS45=0.707，视觉上已经分辨不出光的强弱，达到出光均匀的效果；2、本发明的灯罩内表面是不同曲率的圆弧组成，灯罩外表面任何一点发出的光，都是多种角度复合的光，发光角度离散，这样从外表面发出的光就更加均匀，消除了LED光源眩光缺陷；3、反光板的设置，将反射来的光再次反射到灯罩，且呈多角度到达灯罩，经不同弧度的圆弧折射后，更为离散的角度从灯罩表面溢出；另外，被反光板反射回来的光，也有部分经两侧细条纹的圆弧折射向更大的角度，增加了整体的发光角度，也能改善眩光效应和提高光强；4、LED光源采用下沉式设计，增加光源与细条纹圆弧的距离，提高光在灯罩上的照射范围，让光更均匀；5、辅以兼容型电源模块，使得成品灯管即可直接接市电，也能适用于带电子镇流器的T5灯架上。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1 LED光源的T5灯管剖面示意图

图2 T5灯管截面示意图

图3铝型材截面示意图

图4灯罩截面示意图

图5图4X局部放大图

图6电源模块原理框图

图7电源模块电路图

图8灯罩光路分析图

图9图8A点光路图

图10图8B点光路图

图11图8C点光路图

其中

1—灯头 2—铝型材 21—安装平面 22—扣合槽

23—定位槽 24—散热槽 3—PCB板 4—灯罩

41—扣脚 42—细条纹 5—反光板 6—LED灯珠

7—电源模块 Y—中心面 R—近圆弧 R`—远圆弧

具体实施方式：

参照图1、图2、图3和图4，LED光源的T5灯管，包括灯头1、T5灯管规格的铝型材2、PCB板3、灯罩4、反光板5、装配在PCB板上的LED灯珠6和安装在灯头内的电源模块7。

如图3，所述铝型材2截面成类半圆弧造型，底部成型有一下沉式安装平面21，两边沿对称成型有槽口朝外的扣合槽22和槽口朝内的定位槽23，外表面成型有散热槽24。

如图4和图5，所述灯罩4截面成弧形结构，该弧形结构指是中心区域半径大，往两侧区域半径逐渐变小，成类半圆弧或类半椭圆弧结构，当然也不排除半圆弧或半椭圆弧结构；灯罩4两边沿对称成型有向内的扣脚41，灯罩4外表面光滑、内表面成型有密集排列的细条纹42，细条纹42截面为圆弧下凹结构，形成凹透镜光扩散镜面；所述细条纹42圆弧高度小于0.3mm，半径小于0.6mm；更具体地说，灯罩4内表面的细条纹42的圆弧面为双圆弧组成，以灯罩中心面Y为界，每条细条纹42的圆弧朝中心面Y一侧的圆弧半径恒定，远离中心面Y一侧的圆弧半径逐条递减，其参数为灯罩4朝中心面一侧的圆弧半径为0.4-0.6mm，远离中心面一侧的圆弧半径逐条递减，其递减量为0.01-0.02mm。如图5，近灯罩4中心面Y一侧的圆弧，称为近圆弧R，远中心面Y一侧的圆弧，称为远圆弧R`。

再如图1和图2，所述PCB板3固定在铝型材2的安装平面21上，且在两者之间施以导热硅胶，以使光源的发热极大限度传导给铝型材2，并通过外表面的散热槽24向外扩散；在PCB板3的表面设有一反光板5，该反光板5对应LED灯珠6位置开设有孔眼，反光板5套设在LED灯珠6外围，底部抵触在PCB板3上、两长边卡设在铝型材2的定位槽23中，形成绷紧状态，使得反光板5截面成抛物面结构，有效地将光线反射至灯罩4一侧；灯罩4借助扣脚41装设于所述铝型材2边沿的扣合槽22中，形成灯罩4的装配定位。灯头1安装在铝型材2两端，灯头1上的电极与PCB板3电连接；本发明的电源模块7采用分离式结构，也即分成两部分，分别嵌入在两端灯头1内，并与PCB板3电连接，不占用灯管发光部分。

参照图6和图7，电源模块7，其电源接入经供电检测单元、整流单元后分两路，一路经高频控制单元后驱动LED灯组，另一路依次经工频市电控制单元、恒流开关电源单元后驱动LED灯组；所述供电检测单元为三个绕组的变压器T1，次级第一绕组输出给高频自锁单元，高频自锁单元输出抑制工频市电控制单元工作状态，该工频市电控制单元导通状态由恒流开关电源单元输出的反馈信号维持；所述供电检测单元次级第二绕组输出给高频控制单元，控制高频控制单元导通或断开。

所述整流单元为四个高频二极管D1-D4组成的整流桥；所述高频控制单元为二极管D5、电阻R1、电容C1和稳压管Z1组成积分电路，控制可控硅Q1的导通与截止；所述高频自锁单元由电阻R2、二极管D6和稳压基准三极管Q3组成，当检测单元输出为高电平，高频控制单元导通时，R2端输入高电平，则稳压基准管Q3导通，抑制了工频市电控制单元的控制端电压，使之小于Z2的开启阈值，锁定工频市电控制单元处于断开状态；所述工频市电控制单元，由可控硅Q2、稳压管Z2、二极管D7、电阻R3、R4、R5和电容C2组成；所述开关电源单元为由电阻R6-R14、电容C4-C6，恒流控制IC U1、MOS管Q4、二极管D9和变压器T2组成的自激式原边反馈的恒流电源，输出经滤波后给LED灯组提供恒流电源。

光路分析

参照图8至图11，本发明所描述的灯罩如上图8所示，灯罩外表面为光滑一体的曲面，内侧为密集下凹圆弧细条纹组成的不光滑曲面。圆弧高度不超过0.3毫米，圆弧不超过0.6毫米，圆弧半径靠中心面Y外侧一边逐条成递减，越往两边越小。

如图9的局部的光路折射角，从LED发出的光，经过内表面之后，不同曲率的圆弧折射成不同角度的光，曲率越大（圆弧半径越小）折射角度越大，该侧光的角度被改变的越大，这样在左侧的光就有更多的光被折射向左侧。从图中可以看出，光被内表面折射后，产生交叉，从灯罩表面发出的光的角度更加离散，视觉上，光线更加均匀柔和。

如图10的局部的光路折射角，从LED发出的光，经过内表面之后，不同曲率的圆弧折射成不同角度的光，左右对称分散开来。同样我们也看到光被相邻细条纹圆弧面折射后产生交叉。

如图11的局部的光路折射角，从LED发出的光，经过内表面之后，不同曲率的圆弧折射成不同角度的光，曲率越大（圆弧半径越小）折射角度越大，该侧光的角度被改变的越大，这样在右侧的光就有更多的光被折射向右侧。光呈大角度扩散开。

如图8本发明的灯罩，每个细条纹形成的凹透镜，都能将光扩散为更大的角度，在中心为对称的凹透镜，延伸两侧，凹透镜角度设计成往侧面倾斜，可实现更多的光从侧面发出。使得出光的发光角度D，大于180度。

再者，LED发出来的光到达灯罩内表面的时候，也有部分光被反射回来，内侧安装高反射率的反光板（超过90%的反射率），光被反光板反射后再次透射向灯罩，如此一来，一方面有更多的光出灯罩发出，另一方面，从灯罩面上出来的光的角度更加离散，视觉效果光更均匀，柔和，大大改善眩光问题。

总结：

1.根据朗伯曲线，本发明从光源到灯罩边缘的张角为45度，Cos45=0.707.即到达灯罩内表面的光，最边缘的也有70%的中心光强。视觉上分辨不出强弱。可认为光到达灯罩内表面是均匀的。

2.经过内表面不同弧度的圆弧折射，从外表面任何一点发出的光都是多种角度复合的光，发光角度离散。这样从外表面发出的光就更加均匀。消除了眩光。

3.从反光板反射回灯罩的光，也是多种角度，到达灯罩，经不同弧度的圆弧折射后，更是离散的角度从灯罩表面溢出。另外，被反光板反射回来的光，也有部分经两侧的的圆弧折射向更大的角度，增加了整体的发光角度。

4.实际产品检测的结果正如我们分析的。整灯发光均匀柔和，发光角度超过200度，平均光束角超过120度。

Claims (5)

1.一种LED光源的T5灯管，包括灯头、T5灯管规格的铝型材、PCB板、灯罩、装配在PCB板上的LED灯珠和安装在灯头内的电源模块；所述铝型材截面成类半圆弧造型，PCB板固定在铝型材上，灯头安装在铝型材两端，并与PCB板电连接；铝型材底部成型有一下沉式安装平面，两边沿对称成型有槽口朝外的扣合槽和槽口朝内的定位槽，外表面成型有散热槽；所述PCB板固定在所述的安装平面上，且在两者之间施以导热硅胶；所述灯罩截面成弧形结构，两边沿对称成型有向内的扣脚，借助该扣脚装设于所述铝型材边沿的扣合槽中，形成灯罩的装配定位；所述PCB板表面设有一反光板，该反光板对应LED灯珠处开设有孔眼，反光板套设在LED灯珠外围，底部抵触在PCB板上、两长边卡设在铝型材的定位槽中，反光板截面成抛物面结构；其特征是灯罩外表面光滑、内表面成型有密集排列的细条纹，细条纹截面为圆弧下凹结构，形成凹透镜光扩散镜面；所述细条纹圆弧高度小于0.3mm，半径小于0.6mm；所述灯罩内表面的细条纹的圆弧面为双圆弧组成，以灯罩中心面为界，每条细条纹的圆弧朝中心面一侧的圆弧半径恒定，远离中心面一侧的圆弧半径逐条递减。

2.根据权利要求1所述的一种LED光源的T5灯管，其特征是灯罩朝中心面一侧的圆弧半径为0.4-0.6mm，远离中心面一侧的圆弧半径逐条递减，其递减量为0.01-0.02mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种LED光源的T5灯管，其特征是灯罩截面成弧形结构指的是中心区域半径大，往两侧区域半径逐渐变小，成类半圆弧或类半椭圆弧结构。

4.根据权利要求1所述的一种LED光源的T5灯管，其特征是电源模块分成两部分，分别嵌入在两端灯头内，并与PCB板电连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种LED光源的T5灯管，其特征是所述电源模块，其电源接入经供电检测单元、整流单元后分两路，一路经高频控制单元后驱动LED灯组，另一路依次经工频市电控制单元、恒流开关电源单元后驱动LED灯组；所述供电检测单元为三个绕组的变压器T1，次级第一绕组输出给高频自锁单元，高频自锁单元输出抑制工频 市电控制单元工作状态，该工频市电控制单元导通状态由恒流开关电源单元输出的反馈信号维持；所述供电检测单元次级第二绕组输出给高频控制单元，控制高频控制单元导通或断开；所述供电检测单元次级第三绕组输出给整流单元，提供工频市电控制单元和高频控制单元工作电源。