试论LED平面光源照明灯具在地铁车辆上的应用

张宇

摘要：介绍了LED 照明灯具的优点，针对“满天星”LED 平面光源照明灯具在地铁车辆上的应用，从灯具布置、供电方式、安装及接线、照度模拟分析等方面进行了详细阐述。

关键词：LED；灯具；满天星；地铁车辆；平面光源

随着铁路车辆的发展，在提高速度等级的同时，车辆的舒适性、节能和环保指标也被提到一个新的高度。在“绿色、智能、人文”一体化发展趋势下，车辆内部照明系统迫切需要一种高效节能、环保的绿色照明灯具取代传统照明灯具。LED 平面光源照明灯具的特性恰好满足了铁路车辆的要求。

一、我国铁路车辆照明灯具现状

我国铁路车辆照明灯具主要采用荧光灯照明，某些电气柜内的检修灯具仍然采用的是白炽灯，近几年LED 点光源也被应用到个别区域以取代白炽灯照明。在铁道客车上，餐车吧台顶部普遍应用LED 平面光源。2010年，高速动车组车辆上平板式节能美观的LED 平面光源作为主照明应用在全列车厢上。

二、LED平面光源照明灯具优点

（1）绿色环保。LED 照明灯具主要材料为硅、铜以及封装用的树脂，而传统的卤钨灯中充有卤化物，荧光灯管中更是使用了有剧毒的汞，单支灯管汞含量在10 mg 左右，超过了欧盟RoHS 指令对单灯汞含量不大于5 mg 的豁免要求。当灯管破裂后，汞会迅速挥发，相比于国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为0. 01 mg /m3，其在周围空气中的浓度会在极短时间内达到10 ～ 20 mg /m3，严重超标。荧光灯在工作中还会发出一定量的紫外线，而LED 照明灯具不存在环境污染问题，在使用中也不会危害人体健康。

（2）结构简单。LED 平面光源照明工具具有固体光源的最大优点：不充气、无玻璃外壳、无气体密封问题、耐冲击，而所有的传统光源均使用玻璃外壳，存在安全隐患。

（3）可控性好。响应时间快（可达微秒级），可反复频繁亮灭，可以很方便地设计成PWM 调光灯具，适应轨道客车照明要求，节约更多能源。LED灯具可在紧急情况或者有需要时进入微亮状态，车厢内照度会整体下降，但仍然比较均一，而不是传统的门区或部分位置灯具工作，造成车厢内照度差别较大。

（4）灵活性好。LED 照明灯具光源精巧，功率小至60 mW，大至5 W，单颗体积小至3. 5 mm × 2. 8mm × 1. 5 mm，使其能适应各种几何尺寸和不同空间大小的装饰照明要求，诸如：点、线、面、球、异形式等，这种灵活性是传统光源特别是荧光灯所无法达到的。

（5）照明效果好。LED 照明灯具可以做成面光源，发光面积极大，整个发光面光强一致，不会出现亮区暗区，而传统荧光灯因结构原因，必然会存在暗区，并且极难消除。基于以上这些特点，LED 平面光源照明灯具应用到铁道车辆上比传统灯具更合适。

三、“满天星”LED 平面光源照明灯具的应用

3.1灯具布置

“满天星”LED 照明灯具的布置不同于传统地铁车辆照明灯带的设计，由多个直径为30 mm 的LED 筒灯均匀排布在顶板上组成，筒灯的横向间距为280 mm，纵向间距为100 mm，每个门罩板上排布4 个筒灯用于门区域照明，乘客在车内观察有一种星星点点的感觉，顾命名为“满天星”。

3.2 供电方式

“满天星”LED 照明灯具线路采用电缆跨接布线方式、集中式驱动电源供电方案：每节车厢内所有灯具都由2 个驱动电源供电，灯具1 路、2 路之间间隔交叉排布。每路灯具的电源由1 个集中式驱动电源供电。每只LED 灯在电气回路上都是并联连接，当某一路灯具损坏时，另一路中的灯具将正常工作，不受任何影响。

客室照明驱动电源设有专门的紧急照明信号接口，当意外造成车内动力供电中断或低压电源故障时，紧急照明信号将由正常的低电平自动切换为高电平，客室照明系统将由正常照明模式自动切换为紧急照明模式，驱动电源各自接收到一个高电平紧急照明启动信号，自动降低恒流输出，从而使车内所有灯具照度降低且门区域灯具仍然保持正常照度。这样既能节约车内电池电力消耗，又能使客室的照度均匀分布，并且突出门区域的位置，给乘客疏散以明确的指引。

3.3 安装及接线

LED 照明灯具结构采用铝合金加工而成，整个灯具重量小于60 g，采用不锈钢弹簧片卡入车体顶板，卡入后起到支撑灯体的作用，结构简单。重量分布计算说明，假如一块分缝板内排布18 個射灯，那么总重量为60 ×18 =1 080 g，车顶顶板厚度为6 mm，由于其有一定的面积且灯又是分布排列的，重量分散，因此不影响顶板承重。接线采用万可插头式连接方式，方便、快捷。

3.4 照度模拟分析

照度定义：单位面积内所射入光的量，也就是光通量除以面积（m2）所得到的值，用来表示某一场所的明亮度。表面上一点的照度E 是入射在包含该点的面元上的光通量dΦ 除以该面元面积dA 所得之商，即：E = dΦ/dA，单位lx，1 lx = 1 lm/m2。

铁道车辆客室照度应满足GB /T 7928 - 2003 中对客室照度的要求：距离地板面800 mm 处测得的照明强度平均值不小于200 lx。

3.4.1灯具出光图

LED 光源发光面积极大，整个发光面光强一致，不会出现亮区暗区。

3.4.2照度模拟分析

DIALux 软件是为了模拟计算室内室外照明需求，为实际配置灯具提供准确参考信息的仿真软件。主要是通过运用设计方案中灯具的配光曲线文件进行照度计算得出一些关键的照明指标，通过对这些关键指标的分析可以提前得出该照明方案的合理性，并通过调整方案的部分参数来满足实际的照明需求。

3.4.3工作面等照度曲线图

以光源或灯具为中心，在空间中某一剖面上的照度相等的点的连线称为空间等照度曲线。通过仿真3D 伪色表现图和距离车厢地板面800 mm 处等照度曲线图模拟分析得出结论，车辆最小照度为50 lx，最大照度为436 lx，车辆平均照度为335 lx，完全满足GB /T 7928 - 2003 标准中规定的距离地板面800 mm 处测得的照明强度平均值不小于200 lx 的要求。

四、总结

LED 平面光源照明灯具将是今后城轨车辆照明应用的大趋势。“满天星”LED 平面光源照明灯具在车辆应用上的方案，对城轨车辆照明系统的设计有一定的参考作用。

参考文献：

[1]高健飞，刘文平，胡晓春. 铁道车辆LED 平面光源照明灯具设计探索[J]铁道车辆，2009（10）：33 - 36.