客車室照明系統(tǒng)中LED燈具的應用
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摘要：隨著我國高速鐵路事業(yè)的發(fā)展，旅客對車內照明環(huán)境品質的要求越來越高，在我國高速列車照明設計中廣泛采用LED燈具作為光源。根據青藏雪域高原特殊氣候，青藏鐵路列車做出了進一步的完善，使其整體的舒適性和安全性達到了最佳的狀態(tài)，啟用了更為科學合理的技術，使得列車能夠在極其惡劣的條件下仍會正常穩(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，為鐵路列車室內照明設計和應用提供依據。
關鍵詞：LED的發(fā)光原理；青藏客車；照明設計；LED發(fā)光效率
引言
當前經濟的不斷發(fā)展，使得我國的鐵路已經進入到了高速發(fā)展階段的當中，所以說人們對乘車過程提出了更高的要求標準，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，相應的技術也在不斷提升，使得照明不僅能夠起到基礎照明的作用，同時還會更好美化車廂環(huán)境效果。同時在不斷發(fā)展過程中led燈具已經成為一種主要的應用光源芯片，LED光源芯片往往會體現(xiàn)出功率消耗較小，發(fā)光效率更高，顯色指數更高，保證燈具使用壽命更加持久穩(wěn)定，在列車運行過程中將會越來越彰顯出巨大的作用。
1對LED燈具存在的優(yōu)點以及發(fā)光原理進行簡要陳述
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化成光能一種電氣元件，同時也是一種發(fā)光效率最高的一種半導體。LED導體的核心部分是由p型芯片和n型芯片所構成，同時在P型芯片和n型芯片上還存在p-n結構作為主要連接形式，在少數載流子與多數載流子復合作用下會把多余的能量進行全面的釋放，同時在能量的釋放過程中主要是光的形式存在，從而達到最大效率的電能轉換成光能。此外LED芯片還是由紅、橙、黃、綠、藍、紫色等不同顏色的發(fā)光體光所組成，因此我們經常將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支架上，一段連接著負極，另一端連接著正極，整個COB芯片會同樹脂結構進行充分的結合，以此能夠起到良好的防護作用。半導體芯片由兩部分組成，一部分是P型芯片導體，在整個應用過程中要發(fā)揮著主導地位，另一端是N型芯片導體，在這一部分結構當中會存在著大量的電子。但是要想保證這兩部分導體能夠發(fā)出應用的作用，一定要采用P-N結構進行全面的連接。當電流通過導線傳導在這個芯片的時候，電子就會大量的聚集在P區(qū)域內，在P區(qū)域內電子就會形成一定的復合形式，然后大量的電子就會以光子的形式發(fā)射出去，這樣的整個過程就是LED發(fā)光的主要原理。光的波長結構將會對光的顏色起到決定性作用，特別是P-N結構材料將會將會顯得尤為重要。
1.2對于存在的優(yōu)勢進行簡要分析
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行結合所組成，所以它會表現(xiàn)出較輕的特點，同時較小的體積還會有利于芯片的安裝。
1.2.2對于電能能夠充分的節(jié)約LED芯片耗電相對較低，往往是通過直流驅動映紅，經常會將耗電功率控制在0.06kW/h，電光轉換效率可達85%。同時在一般情況之下電壓會維持在1-3.6V，所產生的消耗一般不會超過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。在具體運行過程中主要是以固體冷光源為主，通過環(huán)氧樹脂達到封裝保護的目的，不會產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燈具在使用的時候會應用冷發(fā)光技術，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，不會產生任何污染，同時芯片還可以進行二次回收利用。在光線當中不會產生紫外線和紅外線，所以說它不會產生任何的輻射以及干擾，在應用的過程中不會產生任何有害氣體或者物質。
1.2.6表現(xiàn)出極強的耐用性LED芯片在環(huán)氧樹脂里的保護之下，比傳統(tǒng)光源要表現(xiàn)出極強的堅固性。在任何的外在條件之下，都會保證LED燈體不會輕易的出現(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，在計算機和RGB技術控制下實現(xiàn)多種顏色的不同變化，可產生256×256=65536種顏色，以此能夠形成不同種的光色色調，這樣才能夠滿足不同的場景場合，有助于實現(xiàn)豐富多彩的圖形效果。
1.2.8能夠體現(xiàn)出一定的先進性同傳統(tǒng)的單色調光源相比較，LED芯片也被稱為是一種微型電子產品。它能夠同計算機網略技術、信息通信技術、圖像應用技術、全面控制技術進行充分結合應用，在數字信息領域當中十分高端的產品，能夠實現(xiàn)全面的升級變換，以此能夠更好的豐富我們的世界。
1.2.9能夠體現(xiàn)出全面的綜合價值首先，能夠實現(xiàn)持久使用，通常情況之下使用壽命達到上萬小時，相比鎢絲燈泡的能夠體現(xiàn)出更為持久的使用壽命，同時在使用過程中更加的安全穩(wěn)固，不會產生過多的部件，已經全面取締玻璃的使用；其次，大小更為科學合理，大多數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，能夠將85%的電能轉換成光能，體現(xiàn)出極高的轉換效率，還不會產生過多的能量浪費；最后，應用的材質更加環(huán)保，不會產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行全面操控，讓整個的空間效果更加舒適。
2進行全面的對比分析
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燈發(fā)出的光通量與瓦數的比值，經常以流明每瓦作為主要單位來使用。通過大量的實踐分析得出表1具體數值。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)鹵素燈泡的10倍。
2.2利用光譜圖進行對比分析
我們在實驗室內做出了大量的數據分析，以此得出了不同的光譜分析結果。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關系。通過大量數據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)光效率要遠遠超過熒光燈具發(fā)光效率,與此同時在產生相同的光通量條件之下，熒光燈具消耗的電能往往會更多。
2.2.2光譜分布角度進行全面分析我們通過數據分析得出，LED芯片燈具的在400-700nm波長范圍內都會有光譜的有效分布，同時還會展現(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顯得較低，通常情況下會表現(xiàn)在不連續(xù)的幾個區(qū)間范圍內。所以我們得出結論LED燈具的所展現(xiàn)出光譜和對應的波長更加廣泛，同時在各個區(qū)域內的分布也相對比較集中，不會出現(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數值，提供出不同的色溫應用，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計分析
在進行青藏車客室燈光照明設計的時候，主要包括產品進一步描述分析，應用產品光環(huán)境模擬，應用產品的全面測試，最后是產品的檢測分析和品質應用檢驗過程等，以下進行簡要陳述分析。
3.1產品的進一步描述分析
LED燈具是以COB為主要光源，它由LED芯片、燈具驅動電源、鋁型材的散熱結構、TR透鏡所組成。
3.2燈具產品的檢測分析
燈體均采用壓鑄鋁結構材料,表面進行了全面的氧化處理，內部采用高功率的透鏡進行控光，以此能夠實現(xiàn)的最佳的光色效果。
3.3對于內部的電源情況進行簡要說明
由于當地氣候條件的限制，為了能夠適應高原自然環(huán)境和外在氣候條件，驅動電源一定要采用低壓啟動模式，在電路上應用繼電器作為主要保護，這樣才能夠更好控制初始電壓，這樣才能夠對整個燈的電流和電壓進行全面控制。
4結論
隨著我國的經濟不斷發(fā)展，使得燈具行業(yè)已經發(fā)生了翻天覆地的變化，已經由傳統(tǒng)的鹵素光源逐漸轉變成LED芯片，它的出現(xiàn)將會對電能做出進一步的節(jié)約，同時還會更好的延長燈具使用壽命，以此能夠發(fā)出更大作用和價值。同時LED燈具表現(xiàn)出穩(wěn)定性，在青藏列車客室應用上，越來越表現(xiàn)出不可替代的作用，以此能夠為列車安全穩(wěn)定運行做出重要的保障。
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作者：張銀龍 單位：中國鐵路青藏集團有限公司
