对于小功率灯泡光效低的思考

djdshp

现在的电筒灯泡，小功率的光效往往只有大功率的一半，为何差距如此之大？
首先是市场因素：小功率泡的应用面很狭窄，生产量不如大功率泡。大功率泡往往用在医疗器械等方面，这就决定了其利润很高，有利润，水平高一些就很正常了。
下面是纯粹的技术原因：
1 卤钨灯的工作原理决定了，必须维持一定的温度才可以正常工作，而大小功率泡的插脚和外壳往往一样的。这样，外壳大小一样，温升一样，辐射热量就必然一样。很显然，小功率泡的效率低些。
2 小功率的灯丝一般直径也会细一些，那么工作温度一样时，小泡的丝必然先断，所以为保证寿命，小泡的工作温度必然要调低，温度低，则光效差。
3 如果用同一种规格的钨丝，小泡的丝相应截短，若不考虑泡壳散热因素，则两种灯的光效必然差不多。带来的问题则是，同规格钨丝通过的电流完全一样，则小功率泡的电压必然调低，现实当中，这个不大容易实现。一般做法是，保持电压不变，降低钨丝的截面，又回到了上面。

如何提高小功率泡的光效？
1 小泡用小壳
2 小泡用粗钨丝
3 调整电压，维持电流
4 专门生产（电筒专用），形成规模效应

funder

粗钨丝可能无法达到需要的电阻值。

djdshp

电阻降低，就降低电压。
实际上，因为电压的规格少，就要维持电压不变，换细的灯丝

funder

低电压就需要大电流，似乎大电流的驱动难度相对要高一些。如果传导不是主要散热方式，减小壳体的作用就不大了。

djdshp

在这里，先不考虑电路的问题。那么低电压灯泡就是电池的问题了。

卤钨灯的外壳温度很高，热辐射，对流，接触都会大量散热。传统灯泡工作原理不太相同，这里不做讨论

提高光效，除了减小外壳，在可能的情况下，缩小灯丝，减少光辐射面积，也可以提高光效

funder

光辐射和热辐射都是和灯丝表面积成正比的，如果维持光辐射减小面积，就还是要提高灯丝表面亮度，说白了也就是提高灯丝温度。

djdshp

对。

对于大的充气灯泡或者现在的卤钨灯，灯内气体流动会带走热量。

外壳大小还是很重要的

djdshp

灯丝是细长的钨丝卷成螺旋形的。
假设功率不变，钨丝表面积不变，则光度不变。假如调整钨丝，变短变粗，则电阻变小，需调整电压来适应。
如果长度缩短为原来的一半，则钨丝直径增加一倍，寿命也可以增加（增加幅度应当大于一倍）。
如果寿命不变，则加粗灯丝可以提高功率---光效也可以提高

平流层

你指的光效是可见光效,要想可见光部分输出比较好的话温度一定要到5000k,才会有大部分能量在可见光波段,寿命一般与钨丝丝径一致性有关,而不直接和粗细有关,前提上其他条件基本一致,你的假设实际上改变了功率.

平流层

另外钨丝粗了表面积大了他的热辐射会变大,只有热辐射和电阻发热做功平衡时才是灯泡的工作状态,所以这时候实际上色温应该下降了,你指的表面积不变也不可能.总之你的几个假设都是违反物理规律的.

djdshp

白炽灯的工作原理决定了其提高的光效提高得有限。
寿命与钨丝丝径一致性有关,这个我很赞同。实质就是，钨丝最细的部分决定了灯泡的寿命，对吧？
我相信，更粗的钨丝，其缺陷（最细部分）在同样技术条件下也会相应增大。
钨丝的寿命其实质就是钨丝的升华问题，更粗则升华时间延长。

我假设是：灯丝辐射面积不变，功率维持不变（需要调整电压电流来实现），则寿命与钨丝的粗细直接相关。

平流层

辐射面积不可能不变,粗的表面积大很多,而且是指数关系,总之你这个假设很多地方自相矛盾.

djdshp

加粗则必然缩短，如何维持面积不变，这个是几何上最基本的问题

这么简单的问题，何来“许多”的自相矛盾？

平流层

如果长度缩短为原来的一半，则钨丝直径增加一倍
这是你自己说的,后面又否认,前后都说的不一致,实在没办法跟你讲道理了

djdshp

呵呵呵，你自己推算一下看看。我只说面积不变，可没说体积是怎么变的


体积变化，则电阻变化，所以需要调整电压，电流来适应

djdshp

同电压下，不同功率的比较：

两节锂电的白炽灯，功率小的有9V的502D桶，也有L600用的7388，功率分别是10W左右和接近30W。

抛开具体产品，只讨论10W和30W的理论设计：

1 假设光色不变，则钨丝的温度两者相等，光效也相等。
2 灯丝辐射面积与功率成比例。
3 同种材料电阻率相同，电阻与灯丝直径的平方负相关，同灯丝长度正相关。

按照以上条件，再加上电功率公式等，可以列出一个方程。最终得出以下结论：
1 10W,30W光效相等（简化条件后）的话，10W灯丝要短一些（9的开3次根），直径要细一些（3的开3次根=1.44）
2 直径细，则灯泡寿命成比例缩短
3 维持相当的寿命，则小功率灯泡需要降低光效

djdshp

同功率下，不同电压的比较：
502的一体光杯中，有使用两节电池的7.4V泡（还有9V的），也有使用一节的3.7V泡，两者功率接近。
为简化计，假设两者功率相等，按照上面类似方法，可以得出，一节电池的，灯丝可以直径粗些（2的开3次方），灯丝可以短一些（2的开3次方）.

结论：电压低的灯泡，灯丝可以粗一些，则提高寿命和光效的潜力大一些

djdshp

综合上面两贴的结果，可以得出结论：大功率泡可以用粗灯丝，寿命自然长，电压降低也有利于延长寿命。其中功率因素要大于电压的影响。
可以通过成倍地缩短寿命，提升少量的光效。所以，大功率泡的光效可以高一点。

关于影响光效的其他因素留待整理

djdshp

同电压同功率下，不同寿命灯泡的比较：
先考虑同样色温和光效下：灯丝的表面积必须一样大小，则采用同种材料，无解。因为这样的条件下设计长寿命泡，则必然要加粗灯丝，灯丝加粗，则电阻率下降，为维持电阻不变，则需要加长灯丝。表面积在灯丝直径和长度都增加的情况下，是无法维持面积不变的。
这样，长寿灯泡必然要降低光效。

xguoyi

够专业