客車室照明系統(tǒng)中LED燈具的應(yīng)用

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摘要：隨著我國高速鐵路事業(yè)的發(fā)展，旅客對(duì)車內(nèi)照明環(huán)境品質(zhì)的要求越來越高，在我國高速列車照明設(shè)計(jì)中廣泛采用LED燈具作為光源。根據(jù)青藏雪域高原特殊氣候，青藏鐵路列車做出了進(jìn)一步的完善，使其整體的舒適性和安全性達(dá)到了最佳的狀態(tài)，啟用了更為科學(xué)合理的技術(shù)，使得列車能夠在極其惡劣的條件下仍會(huì)正常穩(wěn)定的行駛。本文通過對(duì)列車傳統(tǒng)車載燈具的測(cè)試對(duì)比，總結(jié)出了LED燈具在發(fā)光效率等方面相對(duì)于傳統(tǒng)燈具的優(yōu)勢(shì)，并通過對(duì)青藏車改造作為典范，為鐵路列車室內(nèi)照明設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LED的發(fā)光原理；青藏客車；照明設(shè)計(jì)；LED發(fā)光效率

引言

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使得我國的鐵路已經(jīng)進(jìn)入到了高速發(fā)展階段的當(dāng)中，所以說人們對(duì)乘車過程提出了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)，其中列車照明系統(tǒng)在乘客的感官享受方面要發(fā)揮著不可替代的作用，相應(yīng)的技術(shù)也在不斷提升，使得照明不僅能夠起到基礎(chǔ)照明的作用，同時(shí)還會(huì)更好美化車廂環(huán)境效果。同時(shí)在不斷發(fā)展過程中led燈具已經(jīng)成為一種主要的應(yīng)用光源芯片，LED光源芯片往往會(huì)體現(xiàn)出功率消耗較小，發(fā)光效率更高，顯色指數(shù)更高，保證燈具使用壽命更加持久穩(wěn)定，在列車運(yùn)行過程中將會(huì)越來越彰顯出巨大的作用。

1對(duì)LED燈具存在的優(yōu)點(diǎn)以及發(fā)光原理進(jìn)行簡(jiǎn)要陳述

1.1對(duì)于LED燈的發(fā)光原理做出簡(jiǎn)要分析

LED是由LightEmittingDiode的縮寫而成，而對(duì)于我們是將其命名為發(fā)光體二管，保證電能能夠全面轉(zhuǎn)化成光能一種電氣元件，同時(shí)也是一種發(fā)光效率最高的一種半導(dǎo)體。LED導(dǎo)體的核心部分是由p型芯片和n型芯片所構(gòu)成，同時(shí)在P型芯片和n型芯片上還存在p-n結(jié)構(gòu)作為主要連接形式，在少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合作用下會(huì)把多余的能量進(jìn)行全面的釋放，同時(shí)在能量的釋放過程中主要是光的形式存在，從而達(dá)到最大效率的電能轉(zhuǎn)換成光能。此外LED芯片還是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫色等不同顏色的發(fā)光體光所組成，因此我們經(jīng)常將LED芯片成為發(fā)光二極管。LED的核心部分就是COB芯片，芯片的一端支撐在一個(gè)支架上，一段連接著負(fù)極，另一端連接著正極，整個(gè)COB芯片會(huì)同樹脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的結(jié)合，以此能夠起到良好的防護(hù)作用。半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型芯片導(dǎo)體，在整個(gè)應(yīng)用過程中要發(fā)揮著主導(dǎo)地位，另一端是N型芯片導(dǎo)體，在這一部分結(jié)構(gòu)當(dāng)中會(huì)存在著大量的電子。但是要想保證這兩部分導(dǎo)體能夠發(fā)出應(yīng)用的作用，一定要采用P-N結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的連接。當(dāng)電流通過導(dǎo)線傳導(dǎo)在這個(gè)芯片的時(shí)候，電子就會(huì)大量的聚集在P區(qū)域內(nèi)，在P區(qū)域內(nèi)電子就會(huì)形成一定的復(fù)合形式，然后大量的電子就會(huì)以光子的形式發(fā)射出去，這樣的整個(gè)過程就是LED發(fā)光的主要原理。光的波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)將會(huì)對(duì)光的顏色起到?jīng)Q定性作用，特別是P-N結(jié)構(gòu)材料將會(huì)將會(huì)顯得尤為重要。

1.2對(duì)于存在的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析

1.2.1表現(xiàn)出體積較小特征LED芯片基本上是一塊很小的晶片同氧樹脂進(jìn)行結(jié)合所組成，所以它會(huì)表現(xiàn)出較輕的特點(diǎn)，同時(shí)較小的體積還會(huì)有利于芯片的安裝。

1.2.2對(duì)于電能能夠充分的節(jié)約LED芯片耗電相對(duì)較低，往往是通過直流驅(qū)動(dòng)映紅，經(jīng)常會(huì)將耗電功率控制在0.06kW/h，電光轉(zhuǎn)換效率可達(dá)85%。同時(shí)在一般情況之下電壓會(huì)維持在1-3.6V，所產(chǎn)生的消耗一般不會(huì)超過0.1瓦，在相同工況下要傳統(tǒng)鹵素光源的效率更高。

1.2.3會(huì)表現(xiàn)出超長(zhǎng)的使用壽命LED芯片光源通常情況之下也被稱為一種長(zhǎng)壽燈。在具體運(yùn)行過程中主要是以固體冷光源為主，通過環(huán)氧樹脂達(dá)到封裝保護(hù)的目的，不會(huì)產(chǎn)生燒斷積沉等問題的出現(xiàn)，如果是在正常的工作狀態(tài)之下，往往會(huì)維持在6年左右的使用壽命，相對(duì)于傳統(tǒng)光源要表現(xiàn)出極強(qiáng)的使用壽命。

1.2.4顯示出極高的亮度，散熱極快LED燈具在使用的時(shí)候會(huì)應(yīng)用冷發(fā)光技術(shù)，散熱量要比傳統(tǒng)燈具表現(xiàn)出極快的特性。

1.2.5表現(xiàn)出良好的環(huán)保特性LED芯片是由更為環(huán)保的材料組成，不會(huì)產(chǎn)生任何污染，同時(shí)芯片還可以進(jìn)行二次回收利用。在光線當(dāng)中不會(huì)產(chǎn)生紫外線和紅外線，所以說它不會(huì)產(chǎn)生任何的輻射以及干擾，在應(yīng)用的過程中不會(huì)產(chǎn)生任何有害氣體或者物質(zhì)。

1.2.6表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐用性LED芯片在環(huán)氧樹脂里的保護(hù)之下，比傳統(tǒng)光源要表現(xiàn)出極強(qiáng)的堅(jiān)固性。在任何的外在條件之下，都會(huì)保證LED燈體不會(huì)輕易的出現(xiàn)損壞。

1.2.7表現(xiàn)出不同的色彩變幻LED光源可以充分利用光源本身的基色，在計(jì)算機(jī)和RGB技術(shù)控制下實(shí)現(xiàn)多種顏色的不同變化，可產(chǎn)生256×256=65536種顏色，以此能夠形成不同種的光色色調(diào)，這樣才能夠滿足不同的場(chǎng)景場(chǎng)合，有助于實(shí)現(xiàn)豐富多彩的圖形效果。

1.2.8能夠體現(xiàn)出一定的先進(jìn)性同傳統(tǒng)的單色調(diào)光源相比較，LED芯片也被稱為是一種微型電子產(chǎn)品。它能夠同計(jì)算機(jī)網(wǎng)略技術(shù)、信息通信技術(shù)、圖像應(yīng)用技術(shù)、全面控制技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合應(yīng)用，在數(shù)字信息領(lǐng)域當(dāng)中十分高端的產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)全面的升級(jí)變換，以此能夠更好的豐富我們的世界。

1.2.9能夠體現(xiàn)出全面的綜合價(jià)值首先，能夠?qū)崿F(xiàn)持久使用，通常情況之下使用壽命達(dá)到上萬小時(shí)，相比鎢絲燈泡的能夠體現(xiàn)出更為持久的使用壽命，同時(shí)在使用過程中更加的安全穩(wěn)固，不會(huì)產(chǎn)生過多的部件，已經(jīng)全面取締玻璃的使用；其次，大小更為科學(xué)合理，大多數(shù)的情況之下芯片的直徑只有5毫米；再次，在能耗表現(xiàn)方面，能夠?qū)?5%的電能轉(zhuǎn)換成光能，體現(xiàn)出極高的轉(zhuǎn)換效率，還不會(huì)產(chǎn)生過多的能量浪費(fèi)；最后，應(yīng)用的材質(zhì)更加環(huán)保，不會(huì)產(chǎn)生多余的重金屬雜物等，能夠展現(xiàn)出更多的功能特性：對(duì)于多種色溫都能夠進(jìn)行全面操控，讓整個(gè)的空間效果更加舒適。

2進(jìn)行全面的對(duì)比分析

2.1發(fā)光效率的對(duì)比分析

通常情況之下不同光源的發(fā)光效率是不同的，主要將其定義為每個(gè)燈發(fā)出的光通量與瓦數(shù)的比值，經(jīng)常以流明每瓦作為主要單位來使用。通過大量的實(shí)踐分析得出表1具體數(shù)值。LED芯片光源發(fā)光效率是熒光燈管光源發(fā)光效率的2.5倍，是傳統(tǒng)鹵素?zé)襞莸?0倍。

2.2利用光譜圖進(jìn)行對(duì)比分析

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)做出了大量的數(shù)據(jù)分析，以此得出了不同的光譜分析結(jié)果。通常情況下我們將光譜定義為輻射源光譜密度與波長(zhǎng)之間所建立的函數(shù)關(guān)系。通過大量數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出以下幾大優(yōu)勢(shì)：

2.2.1具備極高的發(fā)光效率通過發(fā)光效率的比較，熒光燈發(fā)光效率數(shù)值僅是維持在40lm/W，而LED發(fā)光芯片燈具發(fā)光效率為915lm/W，可以看到LED燈具的發(fā)光效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熒光燈具發(fā)光效率,與此同時(shí)在產(chǎn)生相同的光通量條件之下，熒光燈具消耗的電能往往會(huì)更多。

2.2.2光譜分布角度進(jìn)行全面分析我們通過數(shù)據(jù)分析得出，LED芯片燈具的在400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)都會(huì)有光譜的有效分布，同時(shí)還會(huì)展現(xiàn)出良好的均勻性，各波長(zhǎng)存在的差距也不是很大。而對(duì)于熒光燈具在550nm波長(zhǎng)范圍以下光譜就會(huì)顯得較低，通常情況下會(huì)表現(xiàn)在不連續(xù)的幾個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)。所以我們得出結(jié)論LED燈具的所展現(xiàn)出光譜和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)更加廣泛，同時(shí)在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布也相對(duì)比較集中，不會(huì)出現(xiàn)過于分散的現(xiàn)象。除此之外LED芯片燈具相對(duì)于傳統(tǒng)熒光燈具還具有另一大優(yōu)勢(shì)，能夠提供出廣泛的色溫?cái)?shù)值，提供出不同的色溫應(yīng)用，以此能夠展現(xiàn)出不同的光色效果。

3在青藏列車燈具的主要設(shè)計(jì)分析

在進(jìn)行青藏車客室燈光照明設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要包括產(chǎn)品進(jìn)一步描述分析，應(yīng)用產(chǎn)品光環(huán)境模擬，應(yīng)用產(chǎn)品的全面測(cè)試，最后是產(chǎn)品的檢測(cè)分析和品質(zhì)應(yīng)用檢驗(yàn)過程等，以下進(jìn)行簡(jiǎn)要陳述分析。

3.1產(chǎn)品的進(jìn)一步描述分析

LED燈具是以COB為主要光源，它由LED芯片、燈具驅(qū)動(dòng)電源、鋁型材的散熱結(jié)構(gòu)、TR透鏡所組成。

3.2燈具產(chǎn)品的檢測(cè)分析

燈體均采用壓鑄鋁結(jié)構(gòu)材料,表面進(jìn)行了全面的氧化處理，內(nèi)部采用高功率的透鏡進(jìn)行控光，以此能夠?qū)崿F(xiàn)的最佳的光色效果。

3.3對(duì)于內(nèi)部的電源情況進(jìn)行簡(jiǎn)要說明

由于當(dāng)?shù)貧夂驐l件的限制，為了能夠適應(yīng)高原自然環(huán)境和外在氣候條件，驅(qū)動(dòng)電源一定要采用低壓?jiǎn)?dòng)模式，在電路上應(yīng)用繼電器作為主要保護(hù)，這樣才能夠更好控制初始電壓，這樣才能夠?qū)φ麄€(gè)燈的電流和電壓進(jìn)行全面控制。

4結(jié)論

隨著我國的經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，使得燈具行業(yè)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，已經(jīng)由傳統(tǒng)的鹵素光源逐漸轉(zhuǎn)變成LED芯片，它的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)電能做出進(jìn)一步的節(jié)約，同時(shí)還會(huì)更好的延長(zhǎng)燈具使用壽命，以此能夠發(fā)出更大作用和價(jià)值。同時(shí)LED燈具表現(xiàn)出穩(wěn)定性，在青藏列車客室應(yīng)用上，越來越表現(xiàn)出不可替代的作用，以此能夠?yàn)榱熊嚢踩€(wěn)定運(yùn)行做出重要的保障。

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作者：張銀龍 單位：中國鐵路青藏集團(tuán)有限公司