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了解并使用新型室内外 LED 照明标准连接器

关键词:LED 照明 DALI 连接器

时间:2021-03-18 09:53:19      来源:网络

发光二极管 (LED) 彻底改变了室内外照明。这种固态照明 (SSL) 技术拥有出色的效率、可控性、色谱、热性能以及独特的外形,正将古老的爱迪生白炽灯泡(以及荧光灯、金属卤化物灯或钠蒸汽灯)淘汰出局。现在,大多数室内外新设计以及现有设计的升级改造,都会首先考虑 LED。不过,设计人员仍要小心。在快速创新的同时,也会出现一些隐患,比如非标连接和终端用户解决方案错配,这些都会造成负面的客户体验。

发光二极管 (LED) 彻底改变了室内外照明。这种固态照明 (SSL) 技术拥有出色的效率、可控性、色谱、热性能以及独特的外形,正将古老的爱迪生白炽灯泡(以及荧光灯、金属卤化物灯或钠蒸汽灯)淘汰出局。现在,大多数室内外新设计以及现有设计的升级改造,都会首先考虑 LED。不过,设计人员仍要小心。在快速创新的同时,也会出现一些隐患,比如非标连接和终端用户解决方案错配,这些都会造成负面的客户体验。
 
它彻底改变的不仅仅是光源本身。例如,LED 照明也在改变连接器的设计和外形及其固定装置(称为灯具),这些连接器是任何照明系统的必要组成部分,它们不接受交流线路电压,而是接受较低的直流电压,典型电流通常在 3 安培 (A) 至 7 A 之间。此外, LED 照明系统通常是支持数字可寻址照明接口 (DALI) 和 Zhaga 行业标准的控制网络的一部分,并作为智能家居或办公的关键一环提供智能、节能、高性能的照明。
 
因此,在进行 LED 照明系统设计之前,工程师有责任熟悉这些标准及其在现实世界连接器中的反映,因为新的设计正在迅速兴起。

本文简要回顾了为什么 LED 会如此普及,然后介绍并描述了这两种连接标准,以确保智能 LED 设计的互操作性、快速开发和轻松部署。最后介绍了 Amphenol ICC 的连接器,并作为相关标准及其应用的实际体现概述了这些连接器的使用情况。
 
为什么 LED 如此普及

LED 发展成为照明光源有很多促进因素:

成本降低推动产量提高,进而进一步推动成本降低、产量提高
LED 作为光源的基本可靠性和寿命的增强
电路改进,主要是驱动这些 LED 的电源改进
智能控制装置甚至网络 I/O 的使用提高了对 LED 的控制便利性
以色温(开尔文)和显色指数 (CRI) 为特征的光学输出质量的改善
政府为提高照明效率以节约能源而采取的激励、标准和强制措施(据估计,照明占总能耗的 15% 至 20%)
行业和政府标准的制定,这些标准确保了 LED 光源之间的互操作性以及与智能控制器的兼容性。
 
最后一点尤为重要。传统白炽灯泡有一个重要的尺寸种类就是 "E26" 26 毫米 (mm) 直径的爱迪生螺口灯泡,这在美国和许多其他国家的住宅环境中几乎普遍使用(图 1),正被 LED 和荧光灯泡所取代,但程度还较小。当然还有其他尺寸,如 E12 底座,但 E26 是目前使用最广泛的。

当然,标准化为单一底座和插口可以降低成本。同这种技术还催生出多种灯泡形状、功率水平以及围绕这种基础打造的其他属性,同时减少了对长期更换烧坏灯泡的担忧。早期几代 LED 灯泡采用 E26 底座,以兼容现有插口,让用户习惯于 LED 照明。这些 E26 LED 灯泡仍在广泛销售,因为目前有无数个这样的插口在使用,所以替代过程时间将会很长。
 
然而,与白炽灯相比,LED 在电流、电压(直流)和功耗方面有很大的不同,白炽灯泡通常使用 120/240 伏交流电供电。另外,E26 插口的导线往往有比较大的螺纹端子,这对于 LED 光源供电来说并不理想(图 2)。因此,为了让 LED 从系统层面到物理连接层面都能充分发挥其潜力,需要新的标准和连接器类型。

认识到现代照明接口标准的需求后,数字照明接口联盟 (DiiA) 开发了 DALI 标准。
 
DALI 标准重新定义了照明连接

DALI 是一个数字照明控制的专用协议,能够轻松实现牢固、可扩展和灵活的照明网络安装(图 3)。第一个版本 DALI-1 更适合用于荧光灯镇流器的数字控制、配置和查询,考虑 LED 的因素较少。它取代了现有 0/1 至 10 伏模拟控制方式的简单、单向、广播式操作。

该标准还包括一个广播选项,通过简单的重新配置,每个 DALI 设备可以被分配一个单独的地址,允许对单个设备进行数字控制。此外,DALI 设备还可以通过编程进行分组操作,这样就可以通过软件对照明系统进行重新配置,从而避免改变布线。
 
随着用户期望的增长以及 LED 技术的改进,促进了现在 DALI-2 标准的发展。DALI-2 不仅仅是一个行业标准,现在也是国际电工委员会的标准 (IEC 62386)。DALI-2 增加了许多新的命令和功能。DALI-1 只包括控制模式,而 DALI-2 则涵盖了控制设备,如应用控制器和输入设备(如传感器),以及总线电源。其重点放在不同厂商产品的互操作性上,并有 DALI-2 认证计划提供支持,以确认产品与规范的兼容性(图 4)。

与所有的综合标准一样,DALI-2 也很复杂。简而言之,用单线对作为总线,DALI 网络上的每个设备都可以单独寻址。总线同时用于提供信号和电源,支持的电源能在 16 伏直流电压(典型值)下提供最高 250 毫安 (mA) 的电流。该标准支持由交流线路或直流电源轨供电的设备。
 
虽然有各种标准对超低电压 (ELV) 进行了定义,但 IEC 对 ELV 设备或电路的定义是:电导体与接地间的电势差不超过交流 50 伏或直流 120 伏。DALI 控制电缆被归类为 ELV 设备,因此只需要与交流市电保持基本绝缘;它可以跟市电线路或包括市电线路的多芯电缆一起走线。
 
超越 DALI-2:Zhaga 规范瞄准了灯具

DALI-2 等标准固然重要,但也只能到此为止。界定如何将标准与具体应用(如 LED 照明和灯具)联系起来不在其定义范围内。为解决这一问题,国际 Zhaga 联盟制定了 LED 灯具所用元器件的接口行业规范。该联盟是 IEEE 行业标准与技术组织的成员项目,截至 2019 年,已有 120 多家成员。
 
要搞清照明设备和灯具的区别,现在正是时候。照明工程协会 (IES) 照明手册、ANSI/NEMA 标准和 IEC 都使用了“灯具”一词。它于 2002 年被添加到《美国国家电气规范》(NEC) 手册中,其正式定义为“一个完整的照明单元,由一盏或多盏灯以及设计用于分配光线、定位和保护灯管以及将灯管连接到电源的零部件组成”。灯具包括灯和所有直接与照明装置的分布、定位和保护有关的零部件,具体不包括支撑部件,如臂、筋或杆;用于固定灯具的紧固件;控制或安全装置;或电源导线。灯具的形式多种多样,适用于各种场合,从功能严格的户外街道照明到室内办公照明,甚至是“时尚”的零售或家居照明。
 
“照明设备”在NEC中没有定义,一般是指用户心目中的任何东西,可能包括以下一些或全部要素:灯管(灯泡),或许带灯罩、灯球、透镜或漫射器、支架、灯杆或灯具配件,以及其他要素。
 
Zhaga 规范正式名称为 Books(规格书),针对电气、机械、光学、热学和通信接口,并允许组件的互操作性。通过遵守 Zhaga 规范,设计人员可以确保用户拥有可互操作、可更换或维修的组件,并确保 LED 灯具在安装后可在新技术出现时进行升级。
 
Zhaga Book 18 和 Book 20 对使用 LED 灯具的设计人员来说特别有用;前者侧重于户外设计,而后者则是针对室内应用。

Zhaga Book 18:“户外灯具与传感/通信模块之间的智能接口”规定了电源和通信方面的内容,此外还规定了 1.0 版定义的连接系统的机械配合和电气引脚。它简化了应用模块的添加,如添加传感器和通信节点到 LED 灯具,并确保了即插即用的互操作性。

Zhaga Book 20:“室内灯具与传感/通信模块的智能接口”定义了室内 LED 灯具与传感/通信节点的智能接口。该节点连接到 LED 驱动器和控制系统,通常可以提供传感器输入或实现网络组件之间的通信。节点可以在现场安装和更换。
 
结语

LED 照明已经极大地改变了工业、商业和住宅的室内外照明。它将能效、长寿命和灯具配置的灵活性近乎完美地结合在一起。

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