如何使用新型室內外LED照明標準連接器
發布時間:2021-04-16 責任編輯:lina
【導讀】發光二極管 (LED) 徹底改變了室內外照明。這種固態照明 (SSL) 技術擁有出色的效率、可控性、色譜、熱性能以及獨特的外形,正將古老的愛迪生白熾燈泡(以及熒光燈、金屬鹵化物燈或鈉蒸汽燈)淘汰出局。現在,大多數室內外新設計以及現有設計的升級改造,都會首先考慮 LED。不(bu)過(guo),設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)仍(reng)要(yao)小(xiao)心(xin)。在(zai)快(kuai)速(su)創(chuang)新(xin)的(de)同(tong)時(shi),也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)些(xie)隱(yin)患(huan),比(bi)如(ru)非(fei)標(biao)連(lian)接(jie)和(he)終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)錯(cuo)配(pei),這(zhe)些(xie)都(dou)會(hui)造(zao)成(cheng)負(fu)麵(mian)的(de)客(ke)戶(hu)體(ti)驗(yan)。
發光二極管 (LED) 徹底改變了室內外照明。這種固態照明 (SSL) 技術擁有出色的效率、可控性、色譜、熱性能以及獨特的外形,正將古老的愛迪生白熾燈泡(以及熒光燈、金屬鹵化物燈或鈉蒸汽燈)淘汰出局。現在,大多數室內外新設計以及現有設計的升級改造,都會首先考慮 LED。不(bu)過(guo),設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)仍(reng)要(yao)小(xiao)心(xin)。在(zai)快(kuai)速(su)創(chuang)新(xin)的(de)同(tong)時(shi),也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)些(xie)隱(yin)患(huan),比(bi)如(ru)非(fei)標(biao)連(lian)接(jie)和(he)終(zhong)端(duan)用(yong)戶(hu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)錯(cuo)配(pei),這(zhe)些(xie)都(dou)會(hui)造(zao)成(cheng)負(fu)麵(mian)的(de)客(ke)戶(hu)體(ti)驗(yan)。
它徹底改變的不僅僅是光源本身。例如,LED 照明也在改變連接器的設計和外形及其固定裝置(稱為燈具),這些連接器是任何照明係統的必要組成部分,它們不接受交流線路電壓,而是接受較低的直流電壓,典型電流通常在 3 安培 (A) 至 7 A 之間。此外, LED 照明係統通常是支持數字可尋址照明接口 (DALI) 和 Zhaga 行業標準的控製網絡的一部分,並作為智能家居或辦公的關鍵一環提供智能、節能、高性能的照明。
因此,在進行 LED 照明係統設計之前,工程師有責任熟悉這些標準及其在現實世界連接器中的反映,因為新的設計正在迅速興起。
本文簡要回顧了為什麼 LED 會如此普及,然後介紹並描述了這兩種連接標準,以確保智能 LED 設計的互操作性、快速開發和輕鬆部署。最後介紹了 Amphenol ICC 的連接器,並作為相關標準及其應用的實際體現概述了這些連接器的使用情況。
為什麼 LED 如此普及
LED 發展成為照明光源有很多促進因素:
成本降低推動產量提高,進而進一步推動成本降低、產量提高
LED 作為光源的基本可靠性和壽命的增強
電路改進,主要是驅動這些 LED 的電源改進
智能控製裝置甚至網絡 I/O 的使用提高了對 LED 的控製便利性
以色溫(開爾文)和顯色指數 (CRI) 為特征的光學輸出質量的改善
政府為提高照明效率以節約能源而采取的激勵、標準和強製措施(據估計,照明占總能耗的 15% 至 20%)
行業和政府標準的製定,這些標準確保了 LED 光源之間的互操作性以及與智能控製器的兼容性。
最後一點尤為重要。傳統白熾燈泡有一個重要的尺寸種類就是 "E26" 26 毫米 (mm) 直徑的愛迪生螺口燈泡,這在美國和許多其他國家的住宅環境中幾乎普遍使用(圖 1),正被 LED 和熒光燈泡所取代,但程度還較小。當然還有其他尺寸,如 E12 底座,但 E26 是目前使用最廣泛的。

當然,標準化為單一底座和插口可以降低成本。同這種技術還催生出多種燈泡形狀、功率水平以及圍繞這種基礎打造的其他屬性,同時減少了對長期更換燒壞燈泡的擔憂。早期幾代 LED 燈泡采用 E26 底座,以兼容現有插口,讓用戶習慣於 LED 照明。這些 E26 LED 燈泡仍在廣泛銷售,因為目前有無數個這樣的插口在使用,所以替代過程時間將會很長。
然而,與白熾燈相比,LED 在電流、電壓(直流)和功耗方麵有很大的不同,白熾燈泡通常使用 120/240 伏交流電供電。另外,E26 插口的導線往往有比較大的螺紋端子,這對於 LED 光源供電來說並不理想(圖 2)。因此,為了讓 LED 從係統層麵到物理連接層麵都能充分發揮其潛力,需要新的標準和連接器類型。

認識到現代照明接口標準的需求後,數字照明接口聯盟 (DiiA) 開發了 DALI 標準。
DALI 標準重新定義了照明連接
DALI 是一個數字照明控製的專用協議,能夠輕鬆實現牢固、可擴展和靈活的照明網絡安裝(圖 3)。第一個版本 DALI-1 更適合用於熒光燈鎮流器的數字控製、配置和查詢,考慮 LED 的因素較少。它取代了現有 0/1 至 10 伏模擬控製方式的簡單、單向、廣播式操作。

該標準還包括一個廣播選項,通過簡單的重新配置,每個 DALI 設備可以被分配一個單獨的地址,允許對單個設備進行數字控製。此外,DALI 設備還可以通過編程進行分組操作,這樣就可以通過軟件對照明係統進行重新配置,從而避免改變布線。
隨著用戶期望的增長以及 LED 技術的改進,促進了現在 DALI-2 標準的發展。DALI-2 不僅僅是一個行業標準,現在也是國際電工委員會的標準 (IEC 62386)。DALI-2 增加了許多新的命令和功能。DALI-1 隻包括控製模式,而 DALI-2 則涵蓋了控製設備,如應用控製器和輸入設備(如傳感器),以及總線電源。其重點放在不同廠商產品的互操作性上,並有 DALI-2 認證計劃提供支持,以確認產品與規範的兼容性(圖 4)。

與所有的綜合標準一樣,DALI-2 也很複雜。簡而言之,用單線對作為總線,DALI 網絡上的每個設備都可以單獨尋址。總線同時用於提供信號和電源,支持的電源能在 16 伏直流電壓(典型值)下提供最高 250 毫安 (mA) 的電流。該標準支持由交流線路或直流電源軌供電的設備。
雖然有各種標準對超低電壓 (ELV) 進行了定義,但 IEC 對 ELV 設備或電路的定義是:電導體與接地間的電勢差不超過交流 50 伏或直流 120 伏。DALI 控製電纜被歸類為 ELV 設備,因此隻需要與交流市電保持基本絕緣;它可以跟市電線路或包括市電線路的多芯電纜一起走線。
超越 DALI-2:Zhaga 規範瞄準了燈具
DALI-2 等標準固然重要,但也隻能到此為止。界定如何將標準與具體應用(如 LED 照明和燈具)聯係起來不在其定義範圍內。為解決這一問題,國際 Zhaga 聯盟製定了 LED 燈具所用元器件的接口行業規範。該聯盟是 IEEE 行業標準與技術組織的成員項目,截至 2019 年,已有 120 多家成員。
要搞清照明設備和燈具的區別,現在正是時候。照明工程協會 (IES) 照明手冊、ANSI/NEMA 標準和 IEC 都使用了“燈具”一詞。它於 2002 年被添加到《美國國家電氣規範》(NEC) 手冊中,其正式定義為“一個完整的照明單元,由一盞或多盞燈以及設計用於分配光線、定位和保護燈管以及將燈管連接到電源的零部件組成”。燈具包括燈和所有直接與照明裝置的分布、定位和保護有關的零部件,具體不包括支撐部件,如臂、筋或杆;用於固定燈具的緊固件;控製或安全裝置;或電源導線。燈具的形式多種多樣,適用於各種場合,從功能嚴格的戶外街道照明到室內辦公照明,甚至是“時尚”的零售或家居照明。
“照明設備”在NEC中沒有定義,一般是指用戶心目中的任何東西,可能包括以下一些或全部要素:燈管(燈泡),或許帶燈罩、燈球、透鏡或漫射器、支架、燈杆或燈具配件,以及其他要素。
Zhaga 規範正式名稱為 Books(規格書),針對電氣、機械、光學、熱學和通信接口,並允許組件的互操作性。通過遵守 Zhaga 規範,設計人員可以確保用戶擁有可互操作、可更換或維修的組件,並確保 LED 燈具在安裝後可在新技術出現時進行升級。
Zhaga Book 18 和 Book 20 對使用 LED 燈具的設計人員來說特別有用;前者側重於戶外設計,而後者則是針對室內應用。
Zhaga Book 18:“戶外燈具與傳感/通信模塊之間的智能接口”規定了電源和通信方麵的內容,此外還規定了 1.0 版定義的連接係統的機械配合和電氣引腳。它簡化了應用模塊的添加,如添加傳感器和通信節點到 LED 燈具,並確保了即插即用的互操作性。
Zhaga Book 20:“室內燈具與傳感/通信模塊的智能接口”定義了室內 LED 燈具與傳感/通信節點的智能接口。該節點連接到 LED 驅動器和控製係統,通常可以提供傳感器輸入或實現網絡組件之間的通信。節點可以在現場安裝和更換。
結語
LED 照明已經極大地改變了工業、商業和住宅的室內外照明。它將能效、長壽命和燈具配置的靈活性近乎完美地結合在一起。
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