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LED照明:新趨勢下需要什么樣的新元件?

金鑒實驗室 ? 2022-12-13 09:24 ? 次閱讀

若對LED照明這一細分市場進行深入探討,可以發現其滲透率除不斷提升家居,樓宇等室內照明外,還存在于部分戶外照明以及專業照明中,LED照明的增長勢頭也非常強勁,LED路燈照明是非常典型的應用場景之一。

LED路燈照明的先天優勢

傳統的路燈照明通常采用高壓鈉燈(HPS)或汞蒸氣燈(MH),技術已經非常成熟,不過與這兩者相比,LED照明有很多先天的優勢。

耗低


有研究資料顯示,路燈能耗一般約占城市市政能源預算30%。LED照明低能耗特性正好能減輕這一高額能源支出。據估計,世界各國改用LED路燈后,世界二氧化碳的排放量可降低幾百萬噸。

方向性好


傳統的道路照明光源缺乏方向性,一方面這會導致重點區域的照明亮度不足,另一方面由于光線散射到了不需要照明的區域,還會造成光污染。而LED燈出色的方向性正好可以克服這一問題,既可以照亮限定的空間,同時也不會影響到周圍區域。

光效高


相對于高壓鈉或者汞蒸氣燈泡,LED燈源的光效更高,即單位功耗能產生更多流明。此外,LED的紅外(IR)和紫外(UV)光含量遠低于其他傳統光源,這意味著它產生的廢熱較少,整個燈具上的熱應力也小得多。

壽命長


眾所周知,LED具有較高的工作結溫和超長的壽命。據測算,在道路照明中LED照明陣列的使用壽命可達50,000小時或更長,是高壓鈉燈或金屬鹵化物燈的2-4倍。由于無需頻繁更換,由此帶來的相關物料和維護成本的節省讓人心動。

更環保


高壓鈉燈和汞蒸汽燈由于含有有毒物質(如汞),廢棄時需要專門的處理程序,費時費力,不環保;而金屬鹵化物燈有時會爆炸。并且LED燈具不存在上述問題,在使用時更加環保和安全。

可控性強


LED路燈驅動方式是由AC/DCDC/DC兩種電源變換成LED供給需要的電壓與電流。這樣雖使電路復雜性加大,但比傳統交流照明技術可控性好、響應速度快、能達到快速開關、調光等效果,并且LED的色溫還可通過元器件的選擇得到準確的調控。而提高可控性,恰恰是實現自動化智能照明需要的關鍵因素,所以LED路燈在智慧城市建設名單上也是必不可少。

LED路燈照明的兩大趨勢

正因為以上突出優點,LED照明大規模運用于城市道路照明成為一種趨勢。不過,值得注意的是,這次技術升級并不是對傳統照明設備的簡單“替換”,而是一次系統的變革。在這一變化的進程中出現了兩種值得重視的傾向。

發展趨勢之一是智能化。前面已經提到LED燈可控性較強,為在它周圍創建自動化智能路燈系統提供了可能性。在這種路燈系統中,基于環境信息(例如,環境光,人或事物的生存與活動等)的精確算法甚至機器學習能力,無需人工干預,實現了路燈開關及明暗的自動調節,其所產生的好處是有目共睹的。而路燈作為覆蓋城市基礎設施網絡,其自身有可能成為物聯網更加智能化的邊緣節點,將來有可能為LED路燈附加更多功能(例如,氣象、空氣質量監測等),使其在智慧城市中發揮更加重要的作用。

但我們還能看到,這一智能化發展趨勢還將對LED路燈設計提出新的挑戰——系統將更加復雜。這就決定了在路燈外形空間受限的情況下,必須包括照明,驅動,傳感,控制,通信等功能和較多擴展功能,要迎接這個挑戰,標準化是唯一的出路,也是當前LED路燈照明的又一重要發展趨勢。標準化的優勢在于能夠使得更多的技術供應商功能模塊與LED路燈實現無縫融合,從而使得系統可擴展性得到了極大提高。

智能化促生標準化,標準化又推動智能化不斷深入——兩種潮流交互作用,推動LED路燈照明技術與應用不斷演變。

LED路燈架構的演變

這種技術和應用演進的結果,從LED路燈架構的演變上可見一斑。

路燈照明的標準化早已有之,大家最為熟悉的就是在世界上很多地區廣泛使用的ANSI C136標準,當今很多路燈都是依據這個標準而生產的。

最初的路燈采用的是傳統照明燈具,控制邏輯十分簡單——白天關閉、晚上打開,這只需一個光電二極管(光控器)即可實現。為了實現控制單元的可互換性,ANSI C136.10標準為區域照明設備定義了一個通用平臺,能夠實現基于交流線電壓和3極連接的光控器的插座標準化,基于ANSI C136.10開發的標準接口,也逐漸成為了行業中的事實標準(如圖1)。

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圖1:ANSI C136.10不可調光的3極光控器架構

但您也許會發現ANSI C136.10標準只能滿足3極光控器不可調光控制架構。而且隨著LED技術應用到路燈上,人們對高企能效可調光功能提出了越來越高的要求,需要全新的標準與架構進行補位,此全新標準即為ANSI C136.41。ANSI C136.41架構是在3極線電壓連接的基礎上加入信號輸出觸點的,可以把電網電源連接到ANSI C136.41光控系統中,把電源開關LED驅動器中;內部供電裝置(PSU)把電網電源變換成邏輯電壓,信號輸出線路去控制系統電源,從而實現LED燈具的控制與調整(如圖2)。并且該標準與原照明系統向背兼容,同時支持無線通信,為智能路燈提供經濟可靠的解決方案。

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圖2:ANSI C136.41可調光控器架構

但是,ANSI C136.41標準并不完美,比如其不支持傳感器信息的輸入,這就限制了更自動化的路燈照明系統的實現。為此,全球照明行業聯盟Zhaga推出了專為戶外照明而制訂的Zhaga Book 18標準,該標準中引入了DALI-2的D4i協議來解決照明系統中通信總線的設計,解決了困擾開發者的布線難題。Zhaga Book 18標準與ANSI C136.41一個很明顯的差異就是,PSU不再是集成在光控器組件中,而是作為LED驅動器的一部分或單獨的元件集成到燈具中。這種架構簡化了照明器材控制節點的布線,支持一種全新的“雙節點架構”,即在路燈系統中一個向上接入的節點設備作為光電管控制或通信節點,另一個向下接入的節點則可用于向下視角的運動或其他類型的傳感器(如圖3)。這樣,一個完整的智能路燈系統就基本成型了,其控制、通信、傳感等功能的擴展通過接入標準化模塊就能方便地實現。

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圖3:Zhaga Book 18雙節點架構

值得注意的是,這種Zhaga Book 18的雙節點架構并非LED路燈照明架構演變的終點,近幾年一個融合ANSI C136.41優點與Zhaga-D4i便利性與開放式架構于一體的“采用混合雙節點架構”再度興起。簡單地說,混合雙節點架構向上的節點設備是由7極ANSI C136.41接口連接的光控或通信節點(沒有電網電源向LED驅動器的轉換),可以從輔助PSU、驅動器內/外部或DALI總線向ANSI C136.41節點供電;朝下節點仍然充當傳感器輸入設備并通過Zhaga Book 18接口進行連接(如圖4)。基于該結構的路燈系統更進一步簡化布線,并且能夠充分利用ANSI,Zhaga等標準生態資源。

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圖4:Zhaga/ANSI混合雙節點架構

顯而易見,隨著LED路燈架構的演變,擺在開發者面前的技術選項也更豐富了,人們可以根據實際的設計需求,選擇最合適的架構,實現路燈照明系統的升級。而且,得益于標準化的推進,如今市面上符合ANSI或Zhaga標準的LED照明元器件和功能組件也越來越豐富,這都會讓LED路燈照明系統的智能化之旅更為順暢。

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TE的解決方案

一直以來,TE Connectivity(以下簡稱TE)在LED戶外和專業照明領域都有全面而深入的布局,根據技術的演進,不斷推出既有創新性,又符合行業標準的產品和解決方案。今天我們就來為大家推介幾款值得“種草”的明星產品。

LUMAWISE Endurance N+

控制底座與保護蓋

TE的LUMAWISE Endurance N+控制底座與保護蓋,是符合ANSI C136標準(ANSI C136.10/C136.41)的聯網照明控制配件,提供照明控制與燈具安裝插座間的電源與信號接口以及能對惡劣情況下的節點設備進行防護—這些對路燈照明系統來說是至關重要的性能—不論所設計的ANSI C136單節點或混合雙節點系統。

所述底座組件由電源扭鎖端子,簧片信號端子及一體式密封墊片組成,能夠達到IP66密封級別,避免灰塵及重噴射噴霧入侵;它半透明保護蓋能使日光透射至光感測器件上;在底座組件中整合通風孔的設計能夠延長殼體中電子元件預期壽命;同時其保護蓋滿足UL945-VA可燃性等級要求,上述特點能夠保證電源與信號接口及內部電子元器件的長時間可靠性與安全性。

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圖5:LUMAWISE Endurance N+控制底座與保護蓋

LUMAWISE Motion街道照明運動傳感器

除了提供LED路燈照明中的互連元件,TE也可提供完整的節點設備解決方案,比如LUMAWISE Motion街道照明運動傳感器。該傳感器可根據所檢測到指定區域內人體或物體的運動,進行LED燈具的調光控制。

LUMAWISE Motion通過了Zhaga-D4i認證,也就是說可應用在任何符合Zhaga-D4i標準的系統中。其可用作獨立控制器件,也可與Zhaga-D4i光電管或通信節點搭配使用,以提高控制水平。此外,其附帶的屏蔽罩可用于創建自定義的檢測區域。

該傳感器設有標準Zhaga book 18接口,適用于雙節點的LED路燈照明系統,無需特殊工具單手即可輕松從下方連接燈具,是一款功能全面、使用方便的傳感器組件。

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圖6:LUMAWISE Motion街道照明運動傳感器

NECTOR T可插拔照明連接器系統

戶外LED照明系統的布線中,對線路連接器也有特殊要求,其核心兩點是互連可靠性與操作便利性。

TE的NECTOR T可插拔照明連接器的密封等級為IP68,在戶外使用時不易受紫外線(陽光)、雨水和灰塵的影響,而在不插入(開路)的狀態下還能對插入接口進行防護,很適合高濕度的惡劣環境使用,例如道路照明,景觀照明和園藝照明。

從易用性上來說,本連接器為壓接與螺釘型端子連接,安裝迅速靈活,用標準的工具就可以很方便地進行安裝與維護;并且它支持預端接電纜的功能,能夠減少人力及安裝成本。NECTOR T連接器為用戶提供了三向及四向拆分器,接頭及面板安裝連接器等一整套產品系列,能夠滿足多樣化布線互連要求。

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圖7:NECTOR T可插拔照明連接器系統

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