LED 照明標準連接器標準方案解析

發(fā)光二極管（LED）徹底改變了室內(nèi)外照明。這種固態(tài)照明（SSL）技術(shù)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?，F(xiàn)在，大多數(shù)室內(nèi)外新設(shè)計以及現(xiàn)有設(shè)計的升級改造，都會首先考慮LED。不過，設(shè)計人員仍要小心。在快速創(chuàng)新的同時，也會出現(xiàn)一些隱患，比如非標連接和終端用戶解決方案錯配，這些都會造成負面的客戶體驗。
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(shè)計和外形及其固定裝置（稱為燈具），這些連接器是任何照明系統(tǒng)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7A之間。此外，LED照明系統(tǒng)通常是支持數(shù)字可尋址照明接口（DALI）和Zhaga行業(yè)標準的控制網(wǎng)絡的一部分，并作為智能家居或辦公的關(guān)鍵一環(huán)提供智能、節(jié)能、高性能的照明。
因此，在進行LED照明系統(tǒng)設(shè)計之前，工程師有責任熟悉這些標準及其在現(xiàn)實世界連接器中的反映，因為新的設(shè)計正在迅速興起。
本文簡要回顧了為什么LED會如此普及，然后介紹并描述了這兩種連接標準，以確保智能LED設(shè)計的互操作性、快速開發(fā)和輕松部署。最后介紹了AmphenolICC的連接器，并作為相關(guān)標準及其應用的實際體現(xiàn)概述了這些連接器的使用情況。
為什么LED如此普及
LED發(fā)展成為照明光源有很多促進因素：
成本降低推動產(chǎn)量提高，進而進一步推動成本降低、產(chǎn)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(qū)動這些LED的電源改進
以色溫（開爾文）和顯色指數(shù)（CRI）為特征的光學輸出質(zhì)量的改善
政府為提高照明效率以節(jié)約能源而采取的激勵、標準和強制措施（據(jù)估計，照明占總能耗的15%至20%）
行業(yè)和政府標準的制定，這些標準確保了LED光源之間的互操作性以及與智能控制器的兼容性。
最后一點尤為重要。傳統(tǒng)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(huán)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(shù)還催生出多種燈泡形狀、功率水平以及圍繞這種基礎(chǔ)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(xiàn)有插口，讓用戶習慣于LED照明。這些E26LED燈泡仍在廣泛銷售，因為目前有無數(shù)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）和功耗方面有很大的不同，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，這對于LED光源供電來說并不理想（圖2）。因此，為了讓LED從系統(tǒng)層面到物理連接層面都能充分發(fā)揮其潛力，需要新的標準和連接器類型。

認識到現(xiàn)代照明接口標準的需求后，數(shù)字照明接口聯(lián)盟（DiiA）開發(fā)了DALI標準。
DALI標準重新定義了照明連接
DALI是一個數(shù)字照明控制的專用協(xié)議，能夠輕松實現(xiàn)牢固、可擴展和靈活的照明網(wǎng)絡安裝（圖3）。第一個版本DALI-1更適合用于熒光燈鎮(zhèn)流器的數(shù)字控制、配置和查詢，考慮LED的因素較少。它取代了現(xiàn)有0/1至10伏模擬控制方式的簡單、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(shè)備可以被分配一個單獨的地址，允許對單個設(shè)備進行數(shù)字控制。此外，DALI設(shè)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系統(tǒng)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(shù)的改進，促進了現(xiàn)在DALI-2標準的發(fā)展。DALI-2不僅僅是一個行業(yè)標準，現(xiàn)在也是國際電工委員會的標準（IEC62386）。DALI-2增加了許多新的命令和功能。DALI-1只包括控制模式，而DALI-2則涵蓋了控制設(shè)備，如應用控制器和輸入設(shè)備（如傳感器），以及總線電源。其重點放在不同廠商產(chǎn)品的互操作性上，并有DALI-2認證計劃提供支持，以確認產(chǎn)品與規(guī)范的兼容性（圖4）。

與所有的綜合標準一樣，DALI-2也很復雜。簡而言之，用單線對作為總線，DALI網(wǎng)絡上的每個設(shè)備都可以單獨尋址?？偩€同時用于提供信號和電源，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(shè)備。
雖然有各種標準對超低電壓（ELV）進行了定義，但IEC對ELV設(shè)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控制電纜被歸類為ELV設(shè)備，因此只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(guī)范瞄準了燈具
DALI-2等標準固然重要，但也只能到此為止。界定如何將標準與具體應用（如LED照明和燈具）聯(lián)系起來不在其定義范圍內(nèi)。為解決這一問題，國際Zhaga聯(lián)盟制定了LED燈具所用元器件的接口行業(yè)規(guī)范。該聯(lián)盟是IEEE行業(yè)標準與技術(shù)組織的成員項目，截至2019年，已有120多家成員。
要搞清照明設(shè)備和燈具的區(qū)別，現(xiàn)在正是時候。照明工程協(xié)會（IES）照明手冊、ANSI/NEMA標準和IEC都使用了“燈具”一詞。它于2002年被添加到《美國國家電氣規(guī)范》（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(shè)計用于分配光線、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(guān)的零部件，具體不包括支撐部件，如臂、筋或桿；用于固定燈具的緊固件；控制或安全裝置；或電源導線。燈具的形式多種多樣，適用于各種場合，從功能嚴格的戶外街道照明到室內(nèi)辦公照明，甚至是“時尚”的零售或家居照明。
“照明設(shè)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、燈桿或燈具配件，以及其他要素。
Zhaga規(guī)范正式名稱為Books（規(guī)格書），針對電氣、機械、光學、熱學和通信接口，并允許組件的互操作性。通過遵守Zhaga規(guī)范，設(shè)計人員可以確保用戶擁有可互操作、可更換或維修的組件，并確保LED燈具在安裝后可在新技術(shù)出現(xiàn)時進行升級。
ZhagaBook18和Book20對使用LED燈具的設(shè)計人員來說特別有用；前者側(cè)重于戶外設(shè)計，而后者則是針對室內(nèi)應用。
ZhagaBook18：“戶外燈具與傳感/通信模塊之間的智能接口”規(guī)定了電源和通信方面的內(nèi)容，此外還規(guī)定了1.0版定義的連接系統(tǒng)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(jié)點到LED燈具，并確保了即插即用的互操作性。
ZhagaBook20：“室內(nèi)燈具與傳感/通信模塊的智能接口”定義了室內(nèi)LED燈具與傳感/通信節(jié)點的智能接口。該節(jié)點連接到LED驅(qū)動器和控制系統(tǒng)，通?？梢蕴峁﹤鞲衅鬏斎牖?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡組件之間的通信。節(jié)點可以在現(xiàn)場安裝和更換。
結(jié)語
LED照明已經(jīng)極大地改變了工業(yè)、商業(yè)和住宅的室內(nèi)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(jié)合在一起。