LED照明:新趋势下需要什么样的新元件?

出处:网络 发布于:2022-11-24 16:39:12

    盘点我们身边的风口行业,LED照明肯定不会缺席。根据TrendForce集邦咨询的研究数据,到2026年LED照明市场规模将达到783.6亿美元,在2021年至2026年间仍然保持着3.9%的年复合增长率。
    如果进一步探究LED照明的细分市场,我们会发现,除了在家居、楼宇等室内照明领域继续提高渗透率,在一些户外照明和照明领域,LED照明也表现出了强劲的增长势头,其中LED路灯照明就是一个很典型的应用场景。
    路灯照明的先天优势
    传统的路灯照明通常采用高压钠灯(HPS)或汞蒸气灯(MH),技术已经非常成熟,不过与这两者相比,LED照明有很多先天的优势。
    能耗低
    有研究数据表明,在一个城市中,路灯能耗通常会占到市政能源预算的30%左右,而LED照明的低能耗特性恰好可以为这笔高昂的能源支出减负。据测算,在范围内改用LED路灯将使二氧化碳排放量减少数百万吨。
    方向性好
    传统的道路照明光源缺乏方向性,一方面这会导致重点区域的照明亮度不足,另一方面由于光线散射到了不需要照明的区域,还会造成光污染。而LED灯出色的方向性正好可以克服这一问题,既可以照亮限定的空间,同时也不会影响到周围区域。
    光效高
    与高压钠或汞蒸气灯泡相比,LED灯源具有较高的光效,也就是说单位功耗可以产生更高的流明。而且LED的红外(IR)和紫外(UV)光含量比其他传统光源低得多,这意味着其产生的废热更少,整个灯具上的热应力也小得多。
    寿命长
    众所周知,LED具有较高的工作结温和超长的寿命。据测算,在道路照明中LED照明阵列的使用寿命可达50,000小时或更长,是高压钠灯或金属卤化物灯的2-4倍。由于无需频繁更换,由此带来的相关物料和维护成本的节省让人心动。
    更环保
    由于含有有毒物质(如汞),高压钠灯和汞蒸气灯在废弃时需要专门的处理程序,费时费力且不环保;而且,金属卤化物灯在某些情况下还可能发生爆炸。而LED灯具则没有这些问题,使用起来更环保、更安全。
    可控性强
    路灯的驱动方式,是通过AC/DC以及DC/DC等电源转换为LED提供所需的电压和电流。这虽然增加了电路的复杂性,但是与传统的交流照明技术相比,具有更好的可控性,响应速度更快,可以实现快速的开关和调光,而且LED色温也可以通过元器件选型进行控制。而可控性的提升,正是自动化的智能照明所需的一个关键要素,因此LED路灯也就成为了智慧城市建设清单中不可或缺的一项。
    路灯照明的两大趋势
    正是由于上述突出优势,LED照明在城市道路照明中的大规模应用已经是大势所趋。但值得注意的是,这一技术升级并不是对传统照明装置简单的“替换”,而是系统性的变革。在这个变革过程中,有两个趋势很值得关注。
    一个趋势就是智能化。如上文所述,LED灯具有更强的可控性,这使得围绕其打造一个自动化的智能路灯系统成为可能。这样的路灯系统,无需人工的干预,即可根据环境信息(如环境光、人体或物体的存在和运动),基于的算法甚至是机器学习能力,自动调节路灯的开关和明暗,由此带来的效益显而易见。而且作为覆盖城市的一个基础设施网络,路灯本身也具有成为一个更智能的物联网边缘节点的潜质,未来在LED路灯身上很可能会附加更多的功能(如气象和空气质量监测),令其在智慧城市中扮演更重要的角色。
    不过我们也可以想见,这种智能化的趋势也会给LED路灯的设计带来新的挑战,即系统会变得越来越复杂。这意味着在路灯有限的外形空间内,需要包含照明、驱动、传感、控制、通信以及更多的扩展功能,想要应对这一挑战,标准化是一个必由之路,这也是LED路灯照明发展中另一个重要趋势。标准化带来的好处是,可以让更多技术供应商的功能模块无缝地集成到LED路灯中,让系统的可扩展性大为增强。
    智能化催生了标准化的发展,标准化反过来又促成智能化的深化——这两大趋势相互作用,共同推进着LED路灯照明技术和应用的演进。
    路灯架构的演变
    这种技术和应用演进的结果,从LED路灯架构的演变上可见一斑。
    路灯照明的标准化早已有之,大家为熟悉的就是在世界上很多地区广泛使用的ANSI C136标准,当今很多路灯都是依据这个标准而生产的。

    初的路灯采用的是传统照明灯具,控制逻辑十分简单——白天关闭、晚上打开,这只需一个光电二极管(光控器)即可实现。为了实现控制单元的可互换性,ANSI C136.10标准为区域照明设备定义了一个通用平台,能够实现基于交流线电压和3极连接的光控器的插座标准化,基于ANSI C136.10开发的标准接口,也逐渐成为了行业中的事实标准(如图1)。

    图1:ANSI C136.10不可调光的3极光控器架构(图源:TE)

    不过你可能已经注意到,ANSI C136.10标准仅能够满足不可调光的3极光控器控制架构。而随着LED技术在路灯中的应用,对于具有更高能效的可调光功能的需求也在不断增长,这就需要新的标准和架构来补位,这个新标准就是ANSI C136.41。ANSI C136.41架构在3极线电压连接基础上增加了信号输出触点,可将电网电源接入ANSI C136.41光控系统,并将电源切换到LED驱动器;内部的供电装置(PSU)将电网电源转换为逻辑电压,通过信号输出线路去控制系统供电,实现对LED灯具的控制和调节(如图2)。而且这一标准向后兼容原有照明系统,还支持无线通信,提供了一种经济、可靠的智能路灯解决方案。

    图2:ANSI C136.41可调光控器架构(图源:TE)

    但是,ANSI C136.41标准并不完美,比如其不支持传感器信息的输入,这就限制了更自动化的路灯照明系统的实现。为此,照明行业联盟Zhaga推出了专为户外照明而制订的Zhaga Book 18标准,该标准中引入了DALI-2的D4i协议来解决照明系统中通信总线的设计,解决了困扰开发者的布线难题。Zhaga Book 18标准与ANSI C136.41一个很明显的差异就是,PSU不再是集成在光控器组件中,而是作为LED驱动器的一部分或单独的元件集成到灯具中。这种架构简化了照明器材控制节点的布线,支持一种全新的“双节点架构”,即在路灯系统中一个向上接入的节点设备作为光电管控制或通信节点,另一个向下接入的节点则可用于向下视角的运动或其他类型的传感器(如图3)。这样,一个完整的智能路灯系统就基本成型了,其控制、通信、传感等功能的扩展通过接入标准化模块就能方便地实现。

    图3:Zhaga Book 18双节点架构(图源:TE)

    值得注意的是,这种Zhaga Book 18的双节点架构并非LED路灯照明架构演变的终点,近年来一种整合了ANSI C136.41的优势以及Zhaga-D4i便利性和开放式架构的“混合双节点架构”又出现了。简而言之,混合双节点架构向上的节点设备是由7极ANSI C136.41接口连接的光控或通信节点(不将电网电源切换到LED驱动器),可从辅助PSU、驱动器内/外部或DALI总线为ANSI C136.41节点供电;朝下节点则仍是作为传感器输入设备,通过Zhaga Book 18接口连接(如图4)。基于这一架构的路灯系统进一步简化了布线,并可以充分利用ANSI和Zhaga标准的生态资源。

    图4:Zhaga/ANSI混合双节点架构(图源:TE)
    显而易见,随着LED路灯架构的演变,摆在开发者面前的技术选项也更丰富了,人们可以根据实际的设计需求,选择合适的架构,实现路灯照明系统的升级。而且,得益于标准化的推进,如今市面上符合ANSI或Zhaga标准的LED照明元器件和功能组件也越来越丰富,这都会让LED路灯照明系统的智能化之旅更为顺畅。
    的解决方案
    一直以来,TE Connectivity(以下简称TE)在LED户外和照明领域都有全面而深入的布局,根据技术的演进,不断推出既有创新性,又符合行业标准的产品和解决方案。今天我们就来为大家推介几款值得“种草”的明星产品。
    控制底座与保护盖
    的LUMAWISE Endurance N+控制底座与保护盖,是符合ANSI C136标准(ANSI C136.10 / C136.41)的联网照明控制配件,在照明控制和灯具安装插座之间提供电源和信号接口,并可在恶劣条件下为节点设备提供保护——这对于路灯照明系统是一个非常关键的特性——无论是设计ANSI C136单节点还是混合双节点系统都适用。

    该底座组件包括电源扭锁端子、簧片信号端子和一体式密封垫片,可实现IP66的密封等级,防止灰尘和重喷射喷雾的侵入;其半透明的保护盖可让日光透射到光感测器件;将通风孔集成到底座组件的设计,可延长外壳内电子元件的预期寿命;同时,其保护盖符合UL94 5-VA可燃性等级,这些特性可确保电源和信号接口以及内部电子元器件长期的可靠性和安全性。

    图5:LUMAWISE Endurance N+控制底座与保护盖(图源:TE)
    街道照明运动传感器
    除了提供LED路灯照明中的互连元件,TE也可提供完整的节点设备解决方案,比如LUMAWISE Motion街道照明运动传感器。该传感器可根据所检测到指定区域内人体或物体的运动,进行LED灯具的调光控制。
    通过了Zhaga-D4i,也就是说可应用在任何符合Zhaga-D4i标准的系统中。其可用作独立控制器件,也可与Zhaga-D4i光电管或通信节点搭配使用,以提高控制水平。此外,其附带的屏蔽罩可用于创建自定义的检测区域。

    该传感器设有标准Zhaga book 18接口,适用于双节点的LED路灯照明系统,无需特殊工具单手即可轻松从下方连接灯具,是一款功能全面、使用方便的传感器组件。

    图6:LUMAWISE Motion街道照明运动传感器(图源:TE)
    可插拔照明连接器系统
    户外LED照明系统布线,对于线对线连接器也会提出特殊的要求,其中的两点就是互连的可靠性和操作的便利性。
    的NECTOR T可插拔照明连接器具有IP68的密封等级,在室外使用不易受到紫外线(阳光)、雨水和灰尘的影响,而且在未插接(开路)状态下也可为插接接口提供保护,非常适合在高湿度恶劣环境中应用,如道路照明、景观照明、园艺照明等。

    在易用性方面,该连接器采用压接和螺钉型端子,安装快速灵活,使用标准工具即可轻松安装和维修;而且其支持预端接电缆,可降低人力和安装成本。NECTOR T连接器提供完整的产品系列,包括三向和四向拆分器、接头和面板安装连接器,可以满足多样化的布线互连需求。

    图7:NECTOR T可插拔照明连接器系统(图源:TE)
    本文小结
    灯具因其具有能耗低、方向性好、寿命长、响应快、无污染、可控性强等特性,正在快速渗透到照明领域的方方面面(如室内和户外照明),并且也在解锁更多的创意新应用(如农业和园艺照明)。在这个过程中,智能化和标准化两大趋势共同推动着技术和应用的快速演进,也在驱动着系统架构和基础元器件的创新。
    在这个大潮流中,TE亦步亦趋,从连接器到功能组件不断推出创新的LED照明产品和方案,助力开发者点亮LED照明的未来!本文推介的这几款为LED新趋势而打造的新产品,大家来深入了解一下吧。
关键词:LED照明

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