基于LED的鐵路信號(hào)燈的研究與開(kāi)發(fā)

劉定林，韓永忠，石　楊

(四川九洲光電科技股份有限公司，四川 綿陽(yáng)　621000)

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基于LED的鐵路信號(hào)燈的研究與開(kāi)發(fā)

劉定林，韓永忠，石楊

(四川九洲光電科技股份有限公司，四川 綿陽(yáng)621000)

本文介紹的一種白光LED光源，可以在任意類(lèi)型鐵路色燈信號(hào)機(jī)構(gòu)中安裝使用，兼容現(xiàn)有鐵路信號(hào)燈的供電、監(jiān)測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)，LED光源通過(guò)不同顏色的玻璃后，光強(qiáng)和色坐標(biāo)符合鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求。傳統(tǒng)鐵路色燈信號(hào)機(jī)是以雙燈絲白熾燈為光源，它最大的缺點(diǎn)是所用雙燈絲白熾燈壽命低；燈絲啟動(dòng)電流大，對(duì)供電裝置的壽命影響大；系統(tǒng)維護(hù)工作量大。據(jù)了解我國(guó)鐵路系統(tǒng)傳統(tǒng)色燈信號(hào)機(jī)約有20萬(wàn)～30萬(wàn)套，白光LED鐵路信號(hào)燈的研究有很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

LED信號(hào)燈；封裝；全壽命；光學(xué)傳感器

引言

據(jù)了解我國(guó)鐵路系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)色燈信號(hào)機(jī)約有20萬(wàn)～30萬(wàn)套，傳統(tǒng)鐵路色燈信號(hào)機(jī)是以雙燈絲白熾燈，采用內(nèi)外凸透鏡聚光方式。其中，無(wú)色的外透鏡和有色的內(nèi)透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)將白熾燈發(fā)出的發(fā)散白光過(guò)濾為內(nèi)透鏡定義的顏色，并轉(zhuǎn)換為平行光射出。鐵路信號(hào)機(jī)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1　鐵路信號(hào)機(jī)構(gòu)組成圖Fig.1　Structural drawing of railway signal lamp

為了保證鐵路行車(chē)安全，按照“故障導(dǎo)向安全”的原則，白熾燈由主、副兩個(gè)燈絲組成，主燈絲為主要工作燈絲，副燈絲為主燈絲備份。當(dāng)主燈絲損壞時(shí)，外部檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到這一情況，自動(dòng)向副燈絲供電，點(diǎn)亮副燈絲，同時(shí)報(bào)警。提示該“燈泡”需要更換維護(hù)。

白熾燈光源作為一種超百年的傳統(tǒng)光源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、光學(xué)性能較穩(wěn)定，但其發(fā)光原理決定了缺點(diǎn)也很明顯，如壽命短(一般僅1 000 h左右)、燈絲結(jié)構(gòu)脆弱(不耐震動(dòng)，易斷裂)、光效低等。因而信號(hào)機(jī)構(gòu)用信號(hào)燈維護(hù)量很大；隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展，鐵路里程的不斷增加，邊遠(yuǎn)、偏僻地域越來(lái)越多，信號(hào)燈的實(shí)際維護(hù)難度更大。頻繁的維護(hù)需求和較大的維護(hù)難度給列車(chē)安全行駛帶來(lái)了一定的隱患。

近年隨著LED技術(shù)的發(fā)展，采用LED作為發(fā)光顯示器件的鐵路信號(hào)機(jī)也逐漸開(kāi)始出現(xiàn)。目前主要采用多顆小功率顯示級(jí)LED組成發(fā)光光盤(pán)和大功率LED構(gòu)成的點(diǎn)式光源，它們與各自的信號(hào)機(jī)構(gòu)(與白熾燈鐵路信號(hào)機(jī)構(gòu)不兼容)組合構(gòu)成盤(pán)式信號(hào)機(jī)構(gòu)和點(diǎn)式信號(hào)機(jī)構(gòu)。盤(pán)式和點(diǎn)式信號(hào)機(jī)構(gòu)具有功耗低、工作電流小、無(wú)沖擊電流、可靠性較高的特點(diǎn)，但是無(wú)論盤(pán)式還是點(diǎn)光源式LED信號(hào)機(jī)構(gòu)都有以下缺點(diǎn)：

1)光源式均由LED顏色決定信號(hào)機(jī)顏色，所以均需有紅、綠、藍(lán)、黃、白等品種，具有品種多、維護(hù)準(zhǔn)備工作量大的缺點(diǎn)。

2)與傳統(tǒng)雙燈絲白熾燈信號(hào)機(jī)構(gòu)電氣性能差別大，與傳統(tǒng)供電、檢測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)不兼容；由于這類(lèi)信號(hào)機(jī)價(jià)格昂貴，且與傳統(tǒng)色燈信號(hào)機(jī)所配套使用的點(diǎn)燈單元、燈絲檢測(cè)繼電器均不兼容，這些設(shè)備僅在秦沈鐵路、北京局等地少量使用。

3)盤(pán)式LED色燈信號(hào)機(jī)構(gòu)采用的小功率LED，這種LED無(wú)專(zhuān)門(mén)散熱通道，僅靠正負(fù)引腳導(dǎo)熱，熱阻高，長(zhǎng)期工作光衰嚴(yán)重，壽命短,整體費(fèi)用高，不易在全路段推廣。

本文介紹了一種新型的白光LED的鐵路信號(hào)燈，它具有以下特點(diǎn)：

1)具有發(fā)明專(zhuān)利的二合一型LED集成封裝燈珠，這種封裝利用目前最新的新型導(dǎo)熱陶瓷的熱傳導(dǎo)原理，使用陶瓷作為L(zhǎng)ED支架，在單一的LED支架內(nèi)，主/副燈間巧妙的設(shè)計(jì)，保證技術(shù)指標(biāo)要求。

2)自動(dòng)檢測(cè)，安全報(bào)警功能，采用故障導(dǎo)向安全技術(shù)，該鐵路信號(hào)燈采用兩顆白光LED，做為主副發(fā)光器件，在電路設(shè)計(jì)上包含保護(hù)電路、2組DC-DC電路、工作狀態(tài)檢測(cè)電路、功率負(fù)載四大功能塊。其中，為滿足傳統(tǒng)電燈機(jī)構(gòu)的工作需求，功率負(fù)載將由工作狀態(tài)檢測(cè)電路智能判斷是否接入整個(gè)工作回路。

通過(guò)精確的主/副燈“延時(shí)”工作系統(tǒng)，無(wú)需其它保護(hù)系統(tǒng)和EMI設(shè)備，并可拋開(kāi)點(diǎn)燈單元，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)TB/T 3073—2003中要求的快速脈沖群測(cè)試、浪涌沖擊、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度等一系列嚴(yán)苛的電磁兼容測(cè)試。

3)長(zhǎng)壽命，高可靠性，白熾燈光源作為一種現(xiàn)世超百年的傳統(tǒng)光源，一般僅2 000 h左右，該產(chǎn)品壽命超過(guò)50 000 h，是傳統(tǒng)光源壽命的20倍以上。

4)安裝維護(hù)方便，傳統(tǒng)燈絲結(jié)構(gòu)脆弱(不耐震動(dòng)，易斷裂)、光效低)，因而信號(hào)機(jī)構(gòu)用信號(hào)燈維護(hù)量很大。頻繁的維護(hù)需求和較大的維護(hù)難度給列車(chē)安全行駛帶來(lái)了一定的隱患。該產(chǎn)品可以直接替換原來(lái)傳統(tǒng)光源，它與白熾燈盤(pán)式LED光源的維護(hù)勞動(dòng)力之比為1∶5∶7可大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

該產(chǎn)品已通過(guò)原鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通信信號(hào)站測(cè)試，并在成鐵貴陽(yáng)段上道試用。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益巨大，全國(guó)鐵路系統(tǒng)按150萬(wàn)個(gè)信號(hào)燈計(jì)算，全面推廣后，每年可節(jié)約維護(hù)費(fèi)15億元人民幣，能大幅度降低鐵路信號(hào)方面的風(fēng)險(xiǎn)，社會(huì)效益巨大。

1　白光LED鐵路信號(hào)燈主要技術(shù)指標(biāo)

直接替換傳統(tǒng)25 W雙燈絲白熾燈的白光LED鐵路信號(hào)燈，首先要滿足色燈信號(hào)機(jī)構(gòu)色坐標(biāo)、光強(qiáng)等光學(xué)要求，其次必需與現(xiàn)有鐵路信號(hào)供電系統(tǒng)、檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)兼容匹配。

1.1白光LED鐵路信號(hào)燈性能(見(jiàn)表1)

表1　鐵路信號(hào)燈性能參數(shù)表

LED鐵路信號(hào)燈顏色應(yīng)符合TB/T 2081—1989《鐵路信號(hào)燈光顏色》的規(guī)定，白光LED燈裝入色燈信號(hào)機(jī)構(gòu)通電工作，白光通過(guò)濾色玻璃后的顏色符合規(guī)定要求，濾色玻璃的顏色有五種，分別是：紅、綠、黃、藍(lán)、月白。由于白熾燈光譜與普通LED光譜有顯著差別，會(huì)導(dǎo)致普通LED白光經(jīng)濾色后不能同時(shí)滿足五種顏色的色坐標(biāo)要求。因此是否能找到符合要求的白光LED 是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

光強(qiáng)應(yīng)符合TB/T2353—93《鐵路信號(hào)燈光強(qiáng)度》的規(guī)定。由于LED光效遠(yuǎn)大于白熾燈，因此，光強(qiáng)問(wèn)題較易解決。

雙燈絲白熾燈有光通量要求，但LED光具有單向性，在色燈信號(hào)機(jī)中其光利用率更高，不考慮色坐標(biāo)因素，LED燈的光通量要求會(huì)更低。

1.2LED鐵路信號(hào)燈其它要求

1)定焦盤(pán)裙邊的上平面與燈頭內(nèi)套應(yīng)有不小于3 mm的間隙；

2)燈頭與裙邊的平行度和垂直度均不大于0.06 mm，其裙邊應(yīng)能承受35N以上壓力而不變形；

3)燈頭與燈體的固定應(yīng)牢固，并能經(jīng)受3N·m的扭力矩而不脫開(kāi)；

4)燈具為雙光源，主光源和副光源平行，主光源在下，副光源在上，其軸心線與燈頭的中心線相垂直；

5)燈具接通115%額定電壓10 s不損壞；

6)主光源損壞時(shí)，副光源應(yīng)能可靠點(diǎn)亮；

7)燈具能承受下列機(jī)械振動(dòng)：頻率為35 Hz，加速度2.5 g的振動(dòng)；

8)頻率為5 Hz，加速度2 g的振動(dòng)

9)燈具應(yīng)具有電磁兼容性能，燈具與點(diǎn)燈單元及機(jī)構(gòu)共同經(jīng)電磁兼容試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括：射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度、工頻磁場(chǎng)抗擾度、靜電放電抗擾度、脈沖磁場(chǎng)抗擾度、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌(沖擊)抗擾度、電壓暫將、短時(shí)中斷和電壓變化等；試驗(yàn)等級(jí)及試驗(yàn)應(yīng)按GB/T 17626—2006的規(guī)定進(jìn)行。

1.3LED鐵路信號(hào)燈結(jié)構(gòu)尺寸要求

在色燈信號(hào)機(jī)中，燈泡的安裝位置、燈絲高度、主副燈絲間距都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而保證色燈信號(hào)機(jī)光輸出符合要求。在白光LED燈設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮這些因素，才能進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)尺寸要求符合TB/T 1917—2008《鐵路信號(hào)燈泡技術(shù)條件》。

1.4LED鐵路信號(hào)燈兼容性要求

現(xiàn)有信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中使用的燈絲監(jiān)督繼電器，工作在交流220V側(cè)(一次側(cè))，其工作電流為100 mA，釋放電流為40 mA，而工作在交流12V側(cè)(二次側(cè))的雙燈絲白熾燈對(duì)應(yīng)功耗為25 W。

從當(dāng)前LED光效推算，LED燈株功率為4 W就可以滿足光強(qiáng)要求，因此，白光LED燈還需增加22 W功耗才能與原有系統(tǒng)兼容。

1.5LED鐵路信號(hào)燈安全性要求

白熾燈故障模式只有開(kāi)路(斷絲)一種模式，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，其功耗為0，可確保燈絲監(jiān)督繼電器可靠釋放，從而切換副燈工作。這就是故障導(dǎo)向安全的體現(xiàn)。半導(dǎo)體發(fā)光元件LED故障模式有開(kāi)路和短路兩種模式，當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，都沒(méi)有光輸出。LED故障的檢測(cè)模式、發(fā)生故障后整燈功耗的處理都需要以故障導(dǎo)向安全的原則進(jìn)行處理。

2　LED鐵路信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1總體方案

傳統(tǒng)白熾燈用于信號(hào)燈時(shí)，其功率約25 W左右，具備主/副雙燈絲，在主燈絲損壞后，點(diǎn)燈單元進(jìn)行報(bào)警。老式點(diǎn)燈繼電器方式是在一次側(cè)或二次側(cè)設(shè)置繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)主副燈絲轉(zhuǎn)換。這些繼電器都是根據(jù)雙燈絲白熾燈性能設(shè)計(jì)得到，其性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　鐵路信號(hào)燈用白熾燈性能參數(shù)表

表3　鐵路信號(hào)燈用繼電器性能參數(shù)表

根據(jù)以上分析，鐵路信號(hào)燈可采用兩顆白光LED，做為主副發(fā)光器件，根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度要求，結(jié)合目前LED光效性能，設(shè)定主副LED燈株功率為7 W左右可以滿足要求；為了適應(yīng)繼電器和點(diǎn)燈單元的電流檢測(cè)模式和檢測(cè)性能，為主燈設(shè)計(jì)分離式功率消耗模塊，該模塊功耗設(shè)為20 W，主燈總消耗功率可達(dá)25 W，可滿足一次測(cè)(220V)和二次測(cè)(12V)的電流檢測(cè)要求。

由于副燈部分不需要檢測(cè)和報(bào)警，無(wú)需功率消耗模塊。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)參考了傳統(tǒng)白熾燈尺寸、點(diǎn)燈機(jī)構(gòu)空間(特別是高柱型機(jī)構(gòu))、散熱情況等，將光源、熱源分離，以保證光源部分的壽命；此外，因應(yīng)用上對(duì)光源的“假顯示”性能有要求，因此，對(duì)產(chǎn)品的外觀采用了黑色噴砂處理，增強(qiáng)了漫反射性能。產(chǎn)品效果如圖2、圖3所示。

圖2　光源部分效果圖Fig.2　Effect picture of light source

圖3　熱源部分效果圖Fig.3　Effect picture of heat source

2.3白光LED燈珠的設(shè)計(jì)

基于大量測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)的要求，現(xiàn)有的通用LED燈珠首先在普通外形結(jié)構(gòu)及bincode劃分上很難直接用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其問(wèn)題主要是一方面為達(dá)到光強(qiáng)要求和良好導(dǎo)熱的需求，至少需要尺寸5050級(jí)別封裝的LED燈珠，而5050級(jí)別燈珠主/副燈間距至少5 mm，無(wú)法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)主/副燈的間距要求(3 mm)，因此設(shè)計(jì)一款二合一(主/副燈)燈珠或?qū)ΜF(xiàn)有5050 LED進(jìn)行特殊定制生產(chǎn)，是兩種可行的解決方案。兩種方案在設(shè)計(jì)及實(shí)際使用中各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)分析如下。

5050型LED是較為主流的LED封裝形式，其封裝可覆蓋1 W～5 W的應(yīng)用情況，封裝尺寸及外形見(jiàn)圖4。

圖4　5050型LED尺寸外觀示意圖Fig.4　Size sketch appearance of 5050 LED

5050型LED封裝、生產(chǎn)工藝成熟，在1～3 W內(nèi)均能可靠散熱。但用于本產(chǎn)品時(shí)，一方面即使兩燈珠緊靠排列，其間距也達(dá)5 mm，無(wú)法滿足TB/T 1917—2008中關(guān)于主/副燈具間距的要求，因此需要對(duì)5050型支架進(jìn)行改良，并制定執(zhí)行針對(duì)性的新型生產(chǎn)工藝，鐵路信號(hào)燈專(zhuān)用支架產(chǎn)品與普通型產(chǎn)品對(duì)比示意圖如圖5所示：

圖5　LED鐵路信號(hào)燈專(zhuān)用支架與普通支架對(duì)比Fig.5　The drawing of special stent compared with ordinary stent for LED railway signal lamp

另一方面，根據(jù)大量測(cè)試，本產(chǎn)品應(yīng)用中，LED需驅(qū)動(dòng)至4 W方能滿足光強(qiáng)需求，因此，在燈板的設(shè)計(jì)上采取了2個(gè)應(yīng)對(duì)措施：第一，選擇導(dǎo)熱率3.0的鋁型材基板；第二，鋁板布板時(shí)采用大量覆銅，并將銅層裸露，覆蓋高導(dǎo)熱率導(dǎo)熱墊片，以滿足可靠地散熱要求。鋁基板覆銅如圖6所示。

圖6　鋁基板覆銅示意圖Fig.6　Schematic diagram of aluminum substrate with copper pour

但使用5050型LED需要特別注意，其受本身尺寸的限制，工作在4 W情況下，盡管在測(cè)試及模擬時(shí)能滿足散熱要求，但實(shí)際使用時(shí)，特別是夏季工作在野外的密閉機(jī)構(gòu)中，LED的熱沉積現(xiàn)象較嚴(yán)重，可能對(duì)LED的壽命及色漂移提出嚴(yán)重的考驗(yàn)；此外，兩顆LED在焊接時(shí)需要緊密排布才能滿足間距要求，批量化生產(chǎn)工藝有極大難度，需要特殊工藝保證措施。

二合一型集成封裝燈珠，是近一兩年為滿足單顆LED的大功率化逐漸產(chǎn)生的一種封裝形式。這種封裝利用新型導(dǎo)熱陶瓷的熱傳導(dǎo)原理，使用陶瓷作為L(zhǎng)ED支架，支架尺寸更大，內(nèi)部有更多固晶空間，排布晶元、設(shè)計(jì)線路有更大更靈活空間，此外，在單一的LED支架內(nèi)，主/副燈間距可輕易滿足間距要求，對(duì)批量生產(chǎn)有較大優(yōu)勢(shì)。二合一型LED外形尺寸及主/副間距如圖7所示。

圖7　二合一型LED外形尺寸示意圖Fig.7　Size sketch appearance of LED

而二合一集成封裝燈珠在本案應(yīng)用中也有其缺點(diǎn)，一方面，陶瓷支架需要單獨(dú)開(kāi)設(shè)模具，研發(fā)周期較長(zhǎng)，更重要的是，主/副燈珠在一個(gè)支架中，共用熒光粉后，若工作溫度極高，在主燈老化的同時(shí)，副燈也被動(dòng)老化，存在一定的安全隱患。

綜上，LED器件的選擇上，兩種方案各有利弊，綜合考慮研發(fā)周期、成本以及可靠性上，本設(shè)計(jì)暫選5050型LED器件。

2.4電路設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，證實(shí)采用專(zhuān)門(mén)研制的4 W的LED燈珠作為光源,出光總量可滿足5種色玻璃在濾色后的光強(qiáng)要求。由此從光強(qiáng)需求、散熱條件、器件可靠性等方面通盤(pán)考慮， LED鐵路信號(hào)燈光源總體來(lái)說(shuō)在電路設(shè)計(jì)包含保護(hù)電路、2組DC-DC電路、工作狀態(tài)檢測(cè)電路、功率負(fù)載四大功能塊。其中，為滿足傳統(tǒng)電燈機(jī)構(gòu)的工作需求，功率負(fù)載將由工作狀態(tài)檢測(cè)電路智能判斷是否接入整個(gè)工作回路。整電路框圖如圖8所示。

圖8　電路框圖Fig.8　Circuit block diagram

工作原理：點(diǎn)燈電源通電后，主/副燈同時(shí)通電工作，此時(shí)，工作狀態(tài)檢測(cè)電路需檢測(cè)主燈工作狀態(tài)，若主燈亮，則功率負(fù)載接入電路，同時(shí)通過(guò)繼電器斷開(kāi)副燈，此時(shí)，因主回路正常工作，且工作電流大于2A，點(diǎn)燈單元本身切斷副燈回路供電；反之，無(wú)論是工作的開(kāi)始階段還是工作中，檢測(cè)電路會(huì)持續(xù)的檢測(cè)主燈的工作狀態(tài)，若主燈熄滅，檢測(cè)電路會(huì)通過(guò)繼電器切斷功率負(fù)載，并接通副燈回路，此時(shí)，主回路的電流極小，點(diǎn)燈單元會(huì)恢復(fù)副燈的供電，并報(bào)警。

由以上分析可知，電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何設(shè)計(jì)可靠并較簡(jiǎn)潔的工作狀態(tài)檢測(cè)電路。

電路設(shè)計(jì)原理如圖9所示，檢測(cè)電路通過(guò)檢測(cè)主回路工作情況，通過(guò)繼電器控制功率負(fù)載和副燈供電的通斷，可實(shí)現(xiàn)電路邏輯工作目標(biāo)。

圖9　電路原理框圖Fig.9　Schematic circuit diagram

檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，通常通過(guò)檢測(cè)負(fù)載工作時(shí)的電壓或電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，但在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，一方面，空間限制很大，較復(fù)雜的檢測(cè)電路并不便于實(shí)現(xiàn)，另一方面，LED的開(kāi)路損壞或短路損壞，也并不容易簡(jiǎn)單的通過(guò)一套電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，經(jīng)多方研究，在本設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性的引入了光學(xué)傳感器檢測(cè)系統(tǒng)。光學(xué)傳感系統(tǒng)，僅檢測(cè)主燈發(fā)光情況，無(wú)論主燈開(kāi)路或短路，都被光學(xué)傳感系統(tǒng)簡(jiǎn)化為“滅燈”這一種狀態(tài)，極大的簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)；并且最大程度的減少了由于電子元件或工作狀態(tài)差異引起的誤報(bào)、漏報(bào)，實(shí)現(xiàn)了可靠的工作。

此外，電路本身通過(guò)精確的主/副燈“延時(shí)”工作系統(tǒng)，無(wú)需其它保護(hù)系統(tǒng)、EMI設(shè)備，并可拋開(kāi)點(diǎn)燈單元，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)TB/T 3073—2003中要求的快速脈沖群測(cè)試(GB/T 17626.4—2006)、浪涌沖擊(GB/T 17626.5—2006)、射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度(GB/T 17626.3—2006)等一系列嚴(yán)苛的電磁兼容測(cè)試。

2.5熱設(shè)計(jì)

根據(jù)電路設(shè)計(jì)LED鐵路信號(hào)燈光源因發(fā)光LED燈株為4 W左右，算上電路其它損耗，總功率僅7 W，為能配合點(diǎn)燈單元，故另需功率負(fù)載進(jìn)行匹配，而功率負(fù)載消耗功率為20 W。因此考慮到此部分功率全部轉(zhuǎn)換為熱能，耗能電路溫度較高，因此將光源部分和功率電阻部分分為獨(dú)立的兩部分，以達(dá)到熱分離的目的如圖10所示。

圖10　熱分離結(jié)構(gòu)圖Fig.10　Thermal separation structure

3　LED鐵路信號(hào)燈功能、性能指標(biāo)測(cè)試與分析

經(jīng)過(guò)實(shí)際樣機(jī)制作調(diào)試，樣機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試情況如下。

3.1電性能情況

產(chǎn)品電性能情況如表4所示。

表4　產(chǎn)品電性能達(dá)標(biāo)分析表

3.2光學(xué)性能情況

光強(qiáng)測(cè)試是在光學(xué)暗室中進(jìn)行，采用分布式光度計(jì)測(cè)試。同時(shí)也對(duì)鹵素?zé)襞軱TX12-25在信號(hào)機(jī)中的光強(qiáng)性能進(jìn)行了測(cè)試。表5中羅列了光強(qiáng)、有效光通量和發(fā)光角度的對(duì)比數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示：XHD-LED鐵路信號(hào)燈優(yōu)于LTX12-25鐵路信號(hào)燈泡。

色坐標(biāo)測(cè)試采用1 m積分球測(cè)試。同時(shí)也對(duì)鹵素?zé)襞軱TX12-25在信號(hào)機(jī)中的色坐標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。表6中羅列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)色坐標(biāo)的要求(坐標(biāo)系中一個(gè)封閉的區(qū)域)，并羅列3組LED信號(hào)燈測(cè)試坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其中一組的坐標(biāo)在舌形域內(nèi)的位置如圖11所示。

表5　光強(qiáng)、光通量、角度對(duì)比

表6　坐標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)

圖11　坐標(biāo)位置圖Fig.11　Location plan of coordinates

3.3電磁兼容試驗(yàn)

產(chǎn)品在北京鐵科院成功完成了電磁兼容試驗(yàn)，試驗(yàn)情況見(jiàn)表7。

4　結(jié)論

經(jīng)過(guò)充分調(diào)研，精心設(shè)計(jì)制作，LED鐵路信號(hào)燈樣機(jī)測(cè)試都滿足鐵路信號(hào)燈的要求，值得大力推廣使用。

表7　EMS試驗(yàn)測(cè)試情況

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Research and Development of LED Railway Signal Lamp

LIU Dinglin, HAN Yongzhong, SHI Yang

(Sichuan Jiuzhou Optoelectronic Technology Co.,Ltd., Mianyang621000, China)

This paper Introduced a white-light LED light source, it can be installed in any color light type railway signal use, compatible with existing railway signal power supply, monitoring, alarm systems, different colors of the led light source through the glass, luminous intensity and chromaticity coordinates meet the standard requirements. Traditional rail color lamp signals in double-filament incandescent lamp as light source, its biggest shortcoming is the dual-filament incandescent lamp life and low; the filament current, effects on the supply of life system maintenance. According to China’s traditional railway system color light signal about 20.3 million units, study on white light LED railway signals have great economic and social significance.

LED signal light; package; lifetime; optics sensor

TN2

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.020