新建筑的建造為建筑師提供了接受新技術(shù)的機(jī)會(huì)，以減少現(xiàn)場(chǎng)的碳足跡。固態(tài)照明（SSL）的高效率和長(zhǎng)壽命使其成為環(huán)保項(xiàng)目照明的首選。例如，消費(fèi)電子巨頭蘋果公司已經(jīng)為所有正在進(jìn)行建設(shè)或重大改造的設(shè)施制定了LED照明標(biāo)準(zhǔn)。

然而，將SSL安裝到現(xiàn)有建筑物會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的白熾燈泡或熒光燈管直接來(lái)自交流電源。相比之下，LED需要低壓，恒流直流電源，因此將SSL連接到傳統(tǒng)接線需要使用稱為LED驅(qū)動(dòng)器的專用電源。這些LED驅(qū)動(dòng)器增加了成本，占用空間并產(chǎn)生熱量。

但是，最近一種替代方案 - 特別適用于現(xiàn)代辦公環(huán)境并且可以顯著降低改造SSL的成本 - 已經(jīng)脫穎而出：以太網(wǎng)供電（PoE）。 PoE允許局域網(wǎng)（LAN）的布線將數(shù)據(jù)和電力傳輸?shù)竭B接的設(shè)備。本文介紹了基于PoE的LED照明基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)于其他布線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，并介紹了設(shè)計(jì)人員如何利用最新一代寬電壓輸入，恒流LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)施PoE SSL解決方案。

改裝LED

典型的辦公環(huán)境主要是熒光燈的穩(wěn)定冷白光。雖然熒光燈管具有合理的效率，平均為60至100流明/瓦，但其電氣性能已被最新一代LED燈黯然失色。甚至像Luminus Devices的MP-3030系列這樣的“中功率”LED也具有122 lm/W（3 V和150 mA）的功效。 Cree'sXLamp XP-L系列的大功率器件（價(jià)格稍貴）可以輸出超過(guò)150 lm/W（2.95 V和1.05 A）。

LED的使用壽命更長(zhǎng)比熒光燈管。在正常使用中，辦公室經(jīng)理可能會(huì)合理地期望熒光燈管可以持續(xù)使用大約10,000小時(shí) - LED常常發(fā)光五倍;由于燈中使用的汞，熒光燈管確實(shí)帶來(lái)了一些環(huán)境問(wèn)題。汞的含量很少，但這種重金屬的健康影響是累積的，因此需要謹(jǐn)慎處理。 LED不會(huì)出現(xiàn)這種有毒金屬問(wèn)題。蘋果等公司熱衷于轉(zhuǎn)而采用SSL來(lái)照亮其運(yùn)營(yíng)，這也許不足為奇了。

熒光燈管采用交流電源供電（某些電子管可以使用直流電源供電，但這是不同的是，電流從400 mA到1.5 A.相反，LED采用恒流，低直流電壓供電。當(dāng)然，操作特性因制造商而異，但通常LED需要2.8至3.5 V的電壓和150 mA至2 A的電流。例如Lumileds LUXEON TX等流行的高亮度LED的操作要求，正向電壓為2.8 V，電流為700 mA至1.5 A. LED驅(qū)動(dòng)器提供解決方案。

除了電壓調(diào)節(jié)，LED驅(qū)動(dòng)器還可以將控制信號(hào)解釋為暗淡并改變顏色發(fā)出的光。這些器件有恒壓或恒流兩種類型。恒流驅(qū)動(dòng)器支持脈沖寬度調(diào)制（PWM）和恒定電流降低方法，用于在調(diào)暗LED時(shí)調(diào)節(jié)輸出電流。例如，Richtek最近推出了RT8471 LED驅(qū)動(dòng)器。該產(chǎn)品是一款連續(xù)模式降壓（“降壓”）穩(wěn)壓器，設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)7至36 V電源的單個(gè)或多個(gè)LED。通過(guò)模擬或PWM輸入信號(hào)的PWM調(diào)光實(shí)現(xiàn)LED亮度控制。輸出電流高達(dá)1.2 A.

設(shè)計(jì)人員根據(jù)應(yīng)用要求將LED驅(qū)動(dòng)器與LED匹配，包括要供電的LED數(shù)量，供電類型和功能等因素LED的特性。

一些LED制造商提供“AC LED”，它可以直接擰入傳統(tǒng)燈泡騰出的插座中。 LED仍然必須由低壓直流電源驅(qū)動(dòng)，照明制造商通過(guò)將整流器和LED驅(qū)動(dòng)器集成到燈具中來(lái)解決問(wèn)題，同時(shí)降低了單元的價(jià)格。

PoE提供了一種從傳統(tǒng)布線為SSL供電的低成本替代方案。許多辦公室已經(jīng)使用PoE系統(tǒng)來(lái)連接VoIP電話，無(wú)線接入點(diǎn)，調(diào)制解調(diào)器和其他建筑服務(wù)，例如安全攝像頭和運(yùn)動(dòng)傳感器，并且將LED照明添加到這樣的網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)簡(jiǎn)單且便宜。第二個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的信息承載能力賦予SSL一定程度的智能，而無(wú)需采用“智能”照明通常所需的復(fù)雜無(wú)線技術(shù)。

什么是POE ？

首先出現(xiàn)的PoE是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議語(yǔ)音（VoIP）電話供電問(wèn)題的回答。 2000年，電信設(shè)備供應(yīng)商思科推出了允許以太網(wǎng)電纜承載48 VDC電源以支持VoIP電話的技術(shù)。

到2003年6月，IEEE以太網(wǎng)小組委員會(huì)批準(zhǔn)了IEEE 802.3af PoE標(biāo)準(zhǔn)。 2009年，第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3at被批準(zhǔn)，它定義了一種可以處理更多功率的類似技術(shù)。 IEEE 802.3af詳細(xì)介紹了一種PoE技術(shù)，旨在為每個(gè)設(shè)備提供高達(dá)15.4 W的直流電源（最低44 VDC和350 mA）。 （由于電纜損耗，設(shè)備只能提供12.95 W的功率。）該技術(shù)使用單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RJ45連接器和CAT 5（甚至CAT 3）電纜，可處理數(shù)十瓦（圖1）。

圖1：PoE使用標(biāo)準(zhǔn)RJ45連接器和CAT 5電纜。

可以傳輸電源在以太網(wǎng)電纜的未使用導(dǎo)體上，因?yàn)榈湫偷?0到100 Mbps以太網(wǎng)物理層只需要CAT 5電纜中的四對(duì)中的兩對(duì)。通過(guò)向每對(duì)應(yīng)用共模電壓，也可以在電纜的數(shù)據(jù)導(dǎo)體上傳輸功率 - 由于以太網(wǎng)技術(shù)的差分信號(hào)，這不會(huì)干擾電纜的數(shù)據(jù)傳輸。

IEEE 802.3af定義了兩種類型的PoE設(shè)備，即供電設(shè)備（PSE）和受電設(shè)備（PD）。 PSE從其自身的傳統(tǒng)電源獲取電力，然后管理通過(guò)以太網(wǎng)電纜網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到PD的電力，PD通過(guò)RJ45連接器獲取所需的電力，而無(wú)需內(nèi)置電源。 PoE能夠通過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米的典型以太網(wǎng)電纜為PD供電。

圖2：PoE端點(diǎn)電源插入實(shí)現(xiàn)。 （由Maxim Integrated提供）

PoE增加情報(bào)

SSL是“智能家居”的關(guān)鍵組成部分 - 這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和設(shè)備可以自動(dòng)完成許多日常任務(wù)的住所。通過(guò)將燈連接到強(qiáng)大的計(jì)算設(shè)備（如專有控制器，智能手機(jī)，平板電腦和PC），SSL系統(tǒng)可以“未來(lái)驗(yàn)證”，并能夠利用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的新興功能。將SSL連接到現(xiàn)有的PoE局域網(wǎng)（LAN）可以為系統(tǒng)增加智能，而無(wú)需增加無(wú)線連接的復(fù)雜性和費(fèi)用。

在PoE配置中，每個(gè)SSL實(shí)際上都是標(biāo)準(zhǔn)的RJ45連接器“插頭并播放具有自己的Internet協(xié)議（IP）地址的設(shè)備。該即插即用設(shè)備還可以包含傳感器（例如，用于檢測(cè)環(huán)境光水平并相應(yīng)地調(diào)整光的輸出），甚至還有其他功能，例如充當(dāng)無(wú)線接入點(diǎn)。 PoE連接使每個(gè)SSL能夠發(fā)送有關(guān)本地環(huán)境的實(shí)時(shí)信息，例如，可以更精確地調(diào)整溫度和濕度（圖3）。

圖3：PoE連接的LED燈可以包含將數(shù)據(jù)發(fā)送回中央控制器的傳感器。 （由Maxim提供）

與傳統(tǒng)供電的照明相比，PoE連接的SSL還具有操作優(yōu)勢(shì)，特別是在緊急情況下。例如，在緊急情況下，燈可以照亮建筑物外的安全路線或通過(guò)改變顏色來(lái)指示危險(xiǎn)區(qū)域。

Maxim Integrated已經(jīng)編寫了一份應(yīng)用說(shuō)明 [3] ，它描述了與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施供電系統(tǒng)相比，PoE連接LED的優(yōu)勢(shì)。

符合PoE標(biāo)準(zhǔn)的LED驅(qū)動(dòng)器

從照明設(shè)計(jì)師的角度來(lái)看，PoE連接SSL的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于降低了LED燈電源的復(fù)雜性。這使得LED產(chǎn)品更容易設(shè)計(jì)，更便宜，更緊湊，同時(shí)也減輕了熱管理挑戰(zhàn)。

連接到PoE插座的LED燈充當(dāng)PD，從網(wǎng)絡(luò)吸取干凈，可調(diào)節(jié)的直流電源需要一個(gè)主功率調(diào)節(jié)級(jí)來(lái)從AC轉(zhuǎn)換為DC并降低電源電壓。然而，PoE（標(biāo)稱）44 VDC電源不適合直接為L(zhǎng)ED供電，因?yàn)樗鼈冃枰目刂频暮懔骱銐涸础?/p>

有許多DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器適用于調(diào)節(jié)PoE電源。一些制造商甚至聲稱他們的設(shè)備符合“符合PoE標(biāo)準(zhǔn)”，而其他制造商則沒(méi)有提及合規(guī)性，即使他們的設(shè)備可以安全地用于PD。 “兼容”LED驅(qū)動(dòng)器基本上可以接受PoE工作范圍內(nèi)的輸入電壓（標(biāo)稱44 VDC，但通常在37-57 V范圍內(nèi)）。但是，有一些規(guī)則將PD的合規(guī)性作為一個(gè)完整的單元。例如，除了標(biāo)準(zhǔn)化備用對(duì)和共模數(shù)據(jù)對(duì)電力傳輸?shù)默F(xiàn)有實(shí)踐之外，PoE標(biāo)準(zhǔn)還提供PSE和PD之間的信令。該信令允許PSE檢測(cè)符合設(shè)備，避免損壞連接到網(wǎng)絡(luò)的非PoE設(shè)備。為了檢測(cè)PD，PSE在導(dǎo)體上施加2.8到10V之間的DC電壓，并通過(guò)測(cè)量回路電流來(lái)確定是否連接了PD。 PD應(yīng)提供19至27kΩ的電阻負(fù)載，并且120 nF或更小的并聯(lián)電容作為“特征”。

Maxim Integrated的MAX16832是適用于PoE照明的LED驅(qū)動(dòng)器。該器件具有6.5至65 V的寬電壓輸入范圍（可輕松適應(yīng)PoE的37-57 V輸入范圍），并提供高達(dá)1 A的恒定輸出電流，精度為±3％。專用的PWM輸入可在很寬的亮度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)脈沖LED調(diào)光。 2 MHz開關(guān)鼓勵(lì)使用更小的磁性元件。從45 V輸入驅(qū)動(dòng)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)五個(gè)LED時(shí)，效率據(jù)稱約為95％。當(dāng)LED燈串的溫度超過(guò)指定點(diǎn)時(shí)，模擬熱折返功能可降低LED電流。圖4顯示了MAX16832的典型應(yīng)用電路。

圖4：Maxim MAX16832 LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用電路。

雖然該公司沒(méi)有專門為PoE應(yīng)用推廣其降壓LED驅(qū)動(dòng)器，英飛凌的DEG6070芯片是符合PoE標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品電源的合適基礎(chǔ)。 ILD6070設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)普通照明應(yīng)用中的高功率LED，平均電流高達(dá)0.7 A，在輸入電壓范圍內(nèi)具有±3％的精度。芯片的輸入范圍為4.5至60 V，多功能PWM輸入信號(hào)允許使用模擬DC電壓或外部PWM信號(hào)對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光。一旦超過(guò)IC的可調(diào)結(jié)溫閾值，集成的過(guò)溫保護(hù)電路可降低LED電流。該公司表示，LED驅(qū)動(dòng)器的效率可在很寬的范圍內(nèi)達(dá)到98％。

同樣，德州儀器（TI）提供多種寬輸入降壓LED驅(qū)動(dòng)器，適用于PoE連接的LED燈應(yīng)用。一個(gè)很好的例子是LM3414HV，一種輸入電壓范圍為4到65 V的恒流器件，能夠以±3％的精度提供高達(dá)1 A的電流。據(jù)稱效率高達(dá)96％。據(jù)稱，該公司專有的脈沖電平調(diào)制（PLM）控制方法可確保高轉(zhuǎn)換效率和真正的平均電流調(diào)節(jié)。

即插即用LED燈

已配備PoE LAN的辦公設(shè)施，將SSL改造到網(wǎng)絡(luò)提供了一種享受LED照明優(yōu)勢(shì)的廉價(jià)方式。由于基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)到位，因此可以大大節(jié)省布線和專業(yè)人員的費(fèi)用。不僅可以將燈插入RJ45連接器插座，而且網(wǎng)絡(luò)的信息承載能力增加了智能，而無(wú)需增加費(fèi)用和無(wú)線連接的復(fù)雜性。

對(duì)于改裝LED燈的設(shè)計(jì)者，提供其產(chǎn)品的PoE版本是增加銷售的有希望的途徑。此外，由于該設(shè)計(jì)不需要相對(duì)低效的整流和初始電壓降壓階段，因此可以使LED燈的電源更小，更簡(jiǎn)單，更便宜和更有效。許多芯片供應(yīng)商提供一系列集成降壓DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器，具有寬電壓輸入范圍，適用于PoE連接LED燈的電源。但是，設(shè)計(jì)人員有責(zé)任確保其產(chǎn)品符合IEEE802.3at或af標(biāo)準(zhǔn)，然后才能作為“PoE投訴”產(chǎn)品銷售。