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。本文通過對列車傳統(tǒng)車載燈具的測試對比，總結(jié)出了LED燈具在發(fā)光效率等方面相對于傳統(tǒng)燈具的優(yōu)勢，并通過對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LED燈具存在的優(yōu)點(diǎn)以及發(fā)光原理進(jìn)行簡要陳述
1.1對于LED燈的發(fā)光原理做出簡要分析
LED是由LightEmittingDiode的縮寫而成，而對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。光的波長結(jié)構(gòu)將會(huì)對光的顏色起到?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對于存在的優(yōu)勢進(jìn)行簡要分析
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對于電能能夠充分的節(jié)約LED芯片耗電相對較低，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)出超長的使用壽命LED芯片光源通常情況之下也被稱為一種長壽燈。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景場合，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)行全面的對比分析
2.1發(fā)光效率的對比分析
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)行對比分析
我們在實(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之間所建立的函數(shù)關(guān)系。通過大量數(shù)據(jù)對比分析得出以下幾大優(yōu)勢：
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，各波長存在的差距也不是很大。而對于熒光燈具在550nm波長范圍以下光譜就會(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)出光譜和對應(yīng)的波長更加廣泛，同時(shí)在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布也相對比較集中，不會(huì)出現(xiàn)過于分散的現(xiàn)象。除此之外LED芯片燈具相對于傳統(tǒng)熒光燈具還具有另一大優(yōu)勢，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)品的全面測試，最后是產(chǎn)品的檢測分析和品質(zhì)應(yīng)用檢驗(yàn)過程等，以下進(jìn)行簡要陳述分析。
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對于內(nèi)部的電源情況進(jìn)行簡要說明
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啟動(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)對電能做出進(jìn)一步的節(jié)約，同時(shí)還會(huì)更好的延長燈具使用壽命，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
