铁路信号灯技术简介.doc

大功率LED在铁路信号灯上的应用 常州市良久机械制造有限公司电子部 张福章（213177） 一：前言： 铁路事业的高速发展对铁路信号灯及铁路行车安全提出更高的要求。铁路信号灯以往使用的是白炽灯泡、卤素灯泡等，使用寿命短、更换频繁、劳动强度大、无论是行车还是维修人员的安全存在很多的危险。 白炽灯泡和卤素灯泡的发光原理都是利用物体受热发光原理和热辐射原理而实现的。普通灯泡具有：简单、成本低廉、亮度容易调整和控制、显色性好（Ra=100）等等，但同时有很多缺点：使用寿命短（1000小时-3000小时）、发光效率低（仅有12%--18%可转化为光能，其余部分都以热能的形式散失）、色温低（2700-3100K），电源电压的波动适应性能差等。 随着照明产品技术的提高，金属卤素灯（白光灯，简称卤素灯，又称钨卤灯泡、卤素石英灯泡，是白炽灯的一个变种）由高压水银灯发展而来，由高纯度石英管材制造而成，石英管材内充入了含有汞、氩、镓的碘化物、铁的碘化物以及一些稀有金属卤化物。钨电极通过钼带密封后形成电路，并以金属灯头带引线作为末端。卤素灯泡与白炽灯的最大差别在于：就是卤素灯的玻璃外壳中充有一些卤族元素气体（通常是碘或溴），其工作原理为：当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸汽被冷却到大约800度并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨（碘化钨或溴化钨）。卤化钨向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上，由于卤化钨是一种很不稳定的化合物，其遇热后又会重新分解成卤素蒸汽和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补被蒸发掉的部分，通过再生循环过程，灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长（几乎是白炽灯的四倍），同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度，更高的色温和更高的发光效率。但是，其使用寿命、能源转换效率和制造、使用环节造成的重金属污染等因素远不能适应目前及今后节能减排的要求。 半导体LED发光二极管照明技术，是近几年发展起来的新型绿色照明产业。在20世纪90年代，随着氮化物LED的发明，LED的发光效率有了质的飞跃。作为光源，LED的优势体现在三个方面：节能、环保和长寿命。LED不依靠灯丝发热来发光，能量转换效率非常高，它只需要白炽灯15%--20%的耗能，与节能式荧光灯相比也只需要40%-50%左右的耗能。在使用寿命方面，LED采用固体封装，结构牢固，寿命可达数万小时，是荧光灯寿命的数10倍和白炽灯寿命的近百倍。 常州市良久机械制造有限公司根据我国铁路事业的大力发展，传统的卤素灯与白炽灯、小功率LED信号灯已经远不能适应铁路高速运输的形势，在2006年底就开始研发大功率LED铁路信号灯。 众所周知，半导体LED发光二极管由于制造工艺和半导体的特性，pn结温越高，其使用寿命越短，发光效率衰减严重。另一方面，LED信号灯控制电路受环境和电磁干扰、雷电干扰等其它因素影响，使LED信号灯发生误点和灭灯等现象，造成了铁路停车等事故。为此，我们进行若干次试验和修改，特别在抗17KV-35KV电磁场干扰、抗雷击干扰、使用环境等方面，结合现有的小功率LED铁路信号灯优缺点，研制了大功率LED信号灯和卤素灯点灯二合一控制单元，既适应现有的铁路信号机构点灯电路，又可以取消现有灯丝变压器，既可控制大功率LED信号灯，又可使用在现有卤素信号灯单元，不改变铁路部门原有的信号灯信号开放及控制模式。 我们研制的点灯控制单元，分为两种。高压点灯单元采用电源宽电压输入（AC130V-265V），取消原有的灯丝变压器，直流恒压输出，对卤素信号灯泡正常工作和延长使用寿命起到了很好的作用，解决了以往变压器单一供电，转换效率低，电源电压波动大，影响灯泡使用寿命和发光效率；低压点灯单元供电端直接取自原灯丝变压器白炽灯泡的电源端。对每只LED发光管则采取恒流驱动、检测取样，使每只LED工作状态受检测控制电路监测，当30%LED开路或30%LED短路损坏时，点灯单元发出报警。 点灯控制单元设计技术参数： 1：输入电源电压：AC130V—AC265V，50Hz、AC7-17V，50Hz两种规格；输入电流：AC30mA-60mA、AC115mA两种； 2：输出电压、电流： DC14.5V，3.5A（适用卤素灯泡与白炽灯铁路信号灯、小功率LED信号灯）； 3：可控门槛截止电压： AC120V、AC150V； 4：抗电磁（17KV-35KV）干扰和雷电干扰：符合GB/T17626.5—1999、TB/T3073、IEC61000-4-5 等标准， 大于三级A级； 5：工作环境温度：-40---+75度； 6：工作环境湿度：90%； 7：整机耗散功率：13W、28W两种； 8：发光面直径：150mm； 9：信号灯灯光散角（垂直、水平