CN111050443A

CN111050443A - 高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统

Info

Publication number: CN111050443A
Application number: CN201911371370.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡志华; 蔡纪海; 宋带林
Original assignee: Jiangsu Josun Electronics Co ltd
Current assignee: Jiangsu Josun Electronics Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-04-21

Abstract

本发明涉及一种高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，包括智能光传感器、自适应调光控制器、集中供电智能LED冗余驱动电源及LED光源，LED光源为列车客室内部提供照明；智能光传感器用于收集外界自然环境光照度；自适应调光控制器用于接收并处理智能光传感器的照度数据，并将数据发送；集中供电智能LED冗余驱动电源为高铁/地铁客室内的LED光源供电，并接收自适应调光控制器的数据，对客室内的LED光源的亮度进行自动调整。该高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统运用无级调光技术，达到根据外界环境光自动控制客室内照度目的，从而大大降低了高铁/地铁列车能耗，达到节能减排的目的。

Description

高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统

技术领域：

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种用于轨道车辆的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统。

背景技术：

随着城轨车辆照明技术的发展，以及随车辆设计对照明系统绿色、高效节能的需求，我国在城轨车辆设计中广泛应用LED照明系统，能够大幅降低列车能耗，达到节能减排的目的，以及LED发光的丰富色温可选性，更大程度的适配乘客乘坐车辆的舒服性体验和节能要求。

然而现有技术中高铁/地铁内的LED照明系统大多为普通照明系统，无法根据环境要求集中控制、自动调节器光照强度，从而造成了资源的浪费。

发明内容：

本发明针对现有技术中缺陷，提供一种节能高效、安装维护方便、能够实现自动调光的自适应高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统。

LED寿命长，节能高效，LED光源理论使用寿命为8-10万小时，实际因各种因素影响，LED灯管使用寿命也有5-8万小时。

LED光源高光效的输出和简易的安装维护过程也是十分合适被用于高铁/地铁列车车辆客室照明的重要原因。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的自适应高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，是一款带自动照度控制的照明控制系统，包括智能光传感器、自适应调光控制器、集中供电智能LED冗余驱动电源及LED光源；

所述LED光源为高铁/地铁列车客室内部提供照明；

所述智能光传感器用于收集外界自然环境光照度；

所述自适应调光控制器与智能光传感器连接，用于接收并处理智能光传感器的照度数据，并将数据发送；

所述集中供电智能LED冗余驱动电源分别与LED光源、调光控制器及智能光传感器连接，为高铁/地铁客室内的LED光源供电，并接收调光控制器的数据，对高铁/地铁客室内的LED光源的亮度进行自动调整。

在本发明一较佳实施例中，所述自适应调光控制器包括微处理器及与微处理器连接的电源转换电路、多路数字信号输入转换电路、多路模拟量信号输入转换电路、一路模拟输出信号、多路数字输出信号、人机交互电路、RS485通信电路、多路按键参数设置电路。

其中，所述自适应调光控制器具有手动调光模式和自动调光模式，输出照度可在0％-100％范围内调节。

作为优选，所述智能光传感器包括环境光采集器、电阻器、电压源、模数转换器及环境光采集器，所述接收器与电阻器连接形成电压，通过模数转换器读出，模数转换器通过连线连接到环境光采集器及电压源，构成一个完整的环路。

在本发明一较佳实施例中，所述集中供电智能LED冗余驱动电源采用LLC谐振电源，包括EMI滤波模块、DC/DC变换模块、电压取样模块、驱动控制模块、信号反馈模块、通讯模块及LED模块，所述EMI滤波模块、驱动控制模块分别DC/DC变换模块连接，所述DC/DC变换模块通过与LED模块连接，DC/DC变换模块通过电压取样模块与信号反馈模块连接，所述信号反馈模块与驱动控制模块连接，所述通讯模块与LED模块连接。

其中，所述EMI滤波模块的输入端设置有线路雷击浪涌保护模块。

作为优选，所述集中供电智能LED冗余驱动电源采用冗余设计，采用双备份电源，包括热备份电源及冷备份电源。

本发明的有益效果是：该高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统运用无级调光技术，达到根据外界环境光自动控制客室内照度目的，从而大大降低了列车能耗，达到节能减排的目的。

附图说明：

图1为本发明的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统的对应关系图；

图2为本发明的高铁/地铁列车客室集中供电调光控制系统的电气接线图；

图3为本发明的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统的原理图；

图4为本发明的自适应调光控制器的内部电路的原理图；

图5为本发明的自适应调光控制器的外形图；

图6为图5的左视图；

图7为图5的右视图；

图8为本发明的智能光传感器的原理图；

图9为本发明的环境光传感器电流环电流和环境光对应曲线图；

图10为本发明的集中供电智能LED冗余驱动电源的内部电路的原理图；

图11为本发明的集中供电智能LED冗余驱动电源的外形图；

图12为图11的左视图；

图13为图11的右视图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，由智能光传感器、自适应调光控制器、集中供电智能LED冗余驱动电源及LED光源组成。如图2所示的电气接线图，两光电传感器1与自适应调光控制器2连接，两集中供电智能LED冗余驱动电源3与自适应调光控制器2连接，集中供电智能LED冗余驱动电源3通过断路器接入照明列车线中。

如图3所示的原理图，所述LED光源为高铁/地铁列车客室内部提供照明；

所述智能光传感器(环境光采集器)用于收集外界环境光照度；

所述自适应调光控制器(照明控制器)用于接收并运算处理智能光传感器的照度数据，并将数据发送给中供电智能LED驱动电源；

所述集中供电智能LED冗余驱动电源为客室内的LED光源供电，并接收调光控制器的数据，改变输出控制信号PWM的占空比，对客室内的LED光源的亮度进行自动调整。

其中，智能光传感器设计2套安装在门区中间车顶部位置，集中供电智能LED冗余驱动电源设计4套安装在贯通道侧位的机柜内部，LED光源安装在客室灯具的灯体内部。

本发明的自适应调光控制器的内部电路如图4所示，包括微处理器及与微处理器连接的电源转换电路、3路数字信号输入转换电路、2路模拟量信号输入转换电路、1路模拟输出信号、4路数字输出信号、HMI人机交互电路、隔离型RS485通信电路、多路按键参数设置电路。

其工作电压：DC110V(DC77V-137.5V)；功耗：不大于10W；LCD显示屏：显示系统状态和车内照度等各种参数。

本发明的自适应调光控制器的外部结构如图5-7所示，包括盒体及盖合在盒体两端的端盖，端盖上开设有各接口。

调光控制器4上可设置手动调光模式和自动调光模式。手动模式下调光控制器屏蔽所有环境光传感器数据，输出照度可在0％-100％范围内调节。

调光控制器上设置有便于查看的电源指示灯及故障指示灯，并可以上报故障。

调光控制器接收环境光传感器的信号，输出调光信号给LED电源模块，从而调节客室LED灯具亮度。

可通过调光控制器上的按键调节光衰补偿，可在15％～100％的范围内调整，步进不大于为5％。可接收应急信号，并按控制逻辑输出给LED电源模块调节信号。

自动调光时，调光控制器输出照度不超过调光控制器上设置的保护照度值。

本发明的智能光传感器如图8所示，图示中显示了一个4-20mA电流环系统。由列车提供一个24V电源(VLoop)，同时给环境光采集器(Sensor)供电。环境光采集器对外部环境光进行测量，然后输出一个4-20mA的电流，其与外部环境光的强弱成比例。该电流通过线路，传输到某个接收机系统(Receiver)。之后，电流遇到电阻器(RL)形成电压，其通过一个模数转换器(24VDC)读出，然后再经过进一步处理。通过连线，连接回到为环路供电的电压源(VLoop)，这样构成一个完整的环路。

环境光传感器电流环电流和环境光对应曲线如图9所示，当环境光大于1000LUX后，感光器的电流环已经达到最上限(约30mA)。继续加大环境光照度将不会有电流环的变化。

传统LED照明是每个灯具都带单独电源供电，检修维护极不方便，且成本较贵，灯具亮灯后一致性也差，本发明采用列车上单灯不带电源，电源集中放置到列车的两端部配电柜中，其车厢内灯具在电气结构上分为4路灯带，分别都由DC110V供电，车内左右两侧2路灯具，且间隔分布。通常情况下，每节车采用4个集中供电智能LED冗余驱动电源，用于整个客室的照明。

采用集中驱动电源供电的优势之一是：照度自动调节。因为自适应调光功能的介入，多部分时间段LED灯具的功率工作在50％-70％区间(满负荷运作状态下，LED工作电流有足够的冗余量--25％)，从而极大程度解决了灯具的光衰问题。

采用集中驱动电源供电的优势之二是：节能。针对马来西亚线及上海地铁13号线LED照明项目，平均照度在300Lx以上，每节车厢所耗电能在640W以内，非集中供电的LED灯具每节车厢所耗电能都在900W以上(分散驱动式供电)，说明集中驱动电源效率比较高，LED的利用率比较合理。

采用集中驱动电源供电的优势之三是：节约成本。与传统供电方案相比，避免了一盏灯具一个逆变电源，降低生产成本。且大大减少了安装维护的时间和费用，降低灯具维护成本。

采用集中驱动电源供电的优势之四是：紧急照明时能提供整车的均匀的照度。传统的分散驱动电源供电在紧急照明时，只能在门区内或靠近门区的地方局部提供照度。

采用集中驱动电源供电的优势之五：整套系统信息集中于控制器，控制器可以实时检测四路电源工组状态，一旦有一路驱动出现故障，控制器会马上显示故障信息，便于检修和维护；并能发送控制指令，使相邻电源进入备份模式，保证车厢内正常照明；通过控制器可以实现光衰补偿，只需要通过控制器设置界面设置需要的亮度，就可以实现客户需要的照明亮度。

客室照明驱动电源设有专门的紧急照明信号接口，当意外造成高铁/地铁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，四个驱动电源各自接收到一个高电平紧急照明启动信号，自动降压恒流输出(具体值根据具体要求确定)，从而使车内所有灯具照度降低。以节约车内后备电池电力消耗。

集中驱动电源下的紧急照明能够给客室提供均匀的照度，而传统的分散驱动电源供电的紧急照明只在门区内提供照度。

本发明的驱动电源采用高质量的电子元器件，为了保证灯具的正常工作，采用隔离式电源。本发明的集中供电智能LED冗余驱动电源如图10所示，包括EMI滤波模块、DC/DC变换模块、电压取样模块、驱动控制模块、信号反馈模块、通讯模块(通讯部分)及LED模块，所述EMI滤波模块、驱动控制模块分别DC/DC变换模块连接，所述DC/DC变换模块通过与LED模块连接，DC/DC变换模块通过电压取样模块与信号反馈模块连接，所述信号反馈模块与驱动控制模块连接，所述通讯模块与LED模块连接。

该电路具备完善的防输入浪涌、过压、欠压，输出空载、过载、短路等各种保护功能。采用特殊的恒流控制方式使得通过每一路的LED电流均处于受控状态，以确保所有LED的实际工作电流都不会超出厂家给定的推荐值。另外，随时检测驱动器输出电压，并限制其最高输出电压，以保证任何情况下，LED均不会因为驱动器输出电压过高而导致过流，从而保证LED的工作寿命。这种驱动器在设计时即留有较大的功率裕度，同时在元器件选材方面，均使用耐高温、长寿命、高可靠性的优质元器件，严格控制加工过程，来保证驱动器的整体可靠性。

本发明的集中供电智能LED冗余驱动电源5的外部结构如图11-13所示，包括盒体及盖合在盒体两端的端盖，端盖上开设有各接口。集中供电智能LED冗余驱动电源采用LLC谐振电源，这种工作原理的电源，工作可靠、效率高(90-95％)、稳定性好、体积小；保护功能齐全，满足TB/T2219-2003的要求。

本发明的集中供电驱动电源专门进行了冗余设计，由于集中供电方式是通过一个驱动电源来控制同一路电路中的多个灯具，当这一路中的一个灯具或多个灯具不亮时，是不会影响其他灯具正常工作的。但当驱动电源故障时，会导致其控制的一路所有灯具不亮，因此，我们可对驱动电源做冗余设计，通常的做法是：采用双备份电源。同一个电源出现故障，蒋自动切换到另一个电源工作。电源的备份通常分两种方式：热备份和冷备份。两种备份都可以实现。

照明控制器启动后，经系统自检没有组件缺失和故障，系统进入正常工作模式。自适应调光控制器通过智能光传感器收集到的外界环境光的照度数据，经过对比运算判断处理后，通知集中供电智能LED冗余驱动电源调整LED光源的亮度。

如当高铁/地铁驶出地面时，光传感器侦测到有较强的外界环境光照度，将自动降低客室内灯具的亮度。当高铁/地铁驶入地下或隧道时，光传感器侦测到外界环境光很弱时，将立即自动提高客室内灯具的照明亮度。

通过高速的反复过程，运用无级调光技术，最终达到根据外界环境光自动控制客室内照度目的。

应急照明模式：因系统组件或线路故障而采取的应急措施和处理机制。当照明控制器系统检测应急照明信号(DC110V)时，自动禁用光感功能作用的，并指示故障信息，同时启动门区和贯通道区域的应急照明。

当系统任一部件故障工作异常时，系统自动输出故障报警信号。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，包括智能光传感器、自适应调光控制器、集中供电智能LED冗余驱动电源及LED光源；

所述LED光源为高铁/地铁列车客室内部提供照明；

所述智能光传感器用于收集外界自然环境光照度；

所述集中供电智能LED冗余驱动电源分别与LED光源、自适应调光控制器及智能光传感器连接，为高铁/地铁客室内的LED光源供电，并接收自适应调光控制器的数据，对高铁/地铁客室内的LED光源的亮度进行自动调整。

2.根据权利要求1所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述自适应调光控制器包括微处理器及与微处理器连接的电源转换电路、多路数字信号输入转换电路、多路模拟量信号输入转换电路、一路模拟输出信号、多路数字输出信号、人机交互电路、RS485通信电路、多路按键参数设置电路。

3.根据权利要求2所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述自适应调光控制器具有手动调光模式和自动调光模式，输出照度可在0％-100％范围内调节。

4.根据权利要求1所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述智能光传感器包括接收器、电阻器、电压源、模数转换器及环境光采集器，所述接收器与电阻器连接形成电压，通过模数转换器读出，模数转换器通过连线连接到环境光采集器及电压源，构成一个完整的环路。

5.根据权利要求1所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述集中供电智能LED冗余驱动电源采用LLC谐振电源，包括EMI滤波模块、DC/DC变换模块、电压取样模块、驱动控制模块、信号反馈模块、通讯模块及LED模块，所述EMI滤波模块、驱动控制模块分别DC/DC变换模块连接，所述DC/DC变换模块通过与LED模块连接，DC/DC变换模块通过电压取样模块与信号反馈模块连接，所述信号反馈模块与驱动控制模块连接，所述通讯模块与LED模块连接。

6.根据权利要求5所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述EMI滤波模块的输入端设置有线路雷击浪涌保护模块。

7.根据权利要求1或5或6所述的高铁/地铁列车客室照明灯具集中供电调光控制系统，其特征在于：所述集中供电智能LED冗余驱动电源采用冗余设计，采用双备份电源，包括热备份电源及冷备份电源。