LED照明：新趋势下需要什么样的新元件？

 

若对LED照明这一细分市场进行深入探讨，可以发现其渗透率除不断提升家居，楼宇等室内照明外，还存在于部分户外照明以及专业照明中，LED照明的增长势头也非常强劲，LED路灯照明是非常典型的应用场景之一。

 

LED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。
 

 

耗低

 

有研究资料显示，路灯能耗一般约占城市市政能源预算30%。LED照明低能耗特性正好能减轻这一高额能源支出。据估计，世界各国改用LED路灯后，世界二氧化碳的排放量可降低几百万吨。

 

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

 

相对于高压钠或者汞蒸气灯泡，LED灯源的光效更高，即单位功耗能产生更多流明。此外，LED的红外（IR）和紫外（UV）光含量远低于其他传统光源，这意味着它产生的废热较少，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

 

高压钠灯和汞蒸汽灯由于含有有毒物质（如汞），废弃时需要专门的处理程序，费时费力，不环保；而金属卤化物灯有时会爆炸。并且LED灯具不存在上述问题，在使用时更加环保和安全。

 

可控性强

 

LED路灯驱动方式是由AC/DC和DC/DC两种电源变换成LED供给需要的电压与电流。这样虽使电路复杂性加大，但比传统交流照明技术可控性好、响应速度快、能达到快速开关、调光等效果，并且LED的色温还可通过元器件的选择得到准确的调控。而提高可控性，恰恰是实现自动化智能照明需要的关键因素，所以LED路灯在智慧城市建设名单上也是必不可少。

 

LED路灯照明的两大趋势

 

正因为以上突出优点，LED照明大规模运用于城市道路照明成为一种趋势。不过，值得注意的是，这次技术升级并不是对传统照明设备的简单“替换”，而是一次系统的变革。在这一变化的进程中出现了两种值得重视的倾向。

 

发展趋势之一是智能化。前面已经提到LED灯可控性较强，为在它周围创建自动化智能路灯系统提供了可能性。在这种路灯系统中，基于环境信息（例如，环境光，人或事物的生存与活动等）的精确算法甚至机器学习能力，无需人工干预，实现了路灯开关及明暗的自动调节，其所产生的好处是有目共睹的。而路灯作为覆盖城市基础设施网络，其自身有可能成为物联网更加智能化的边缘节点，将来有可能为LED路灯附加更多功能（例如，气象、空气质量监测等），使其在智慧城市中发挥更加重要的作用。

 

但我们还能看到，这一智能化发展趋势还将对LED路灯设计提出新的挑战——系统将更加复杂。这就决定了在路灯外形空间受限的情况下，必须包括照明，驱动，传感，控制，通信等功能和较多扩展功能，要迎接这个挑战，标准化是唯一的出路，也是当前LED路灯照明的又一重要发展趋势。标准化的优势在于能够使得更多的技术供应商功能模块与LED路灯实现无缝融合，从而使得系统可扩展性得到了极大提高。

 

智能化促生标准化，标准化又推动智能化不断深入——两种潮流交互作用，推动LED路灯照明技术与应用不断演变。

 

LED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，大家最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。
 

 

最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

 

但您也许会发现ANSI C136.10标准只能满足3极光控器不可调光控制架构。而且随着LED技术应用到路灯上，人们对高企能效可调光功能提出了越来越高的要求，需要全新的标准与架构进行补位，此全新标准即为ANSI C136.41。ANSI C136.41架构是在3极线电压连接的基础上加入信号输出触点的，可以把电网电源连接到ANSI C136.41光控系统中，把电源开关到LED驱动器中；内部供电装置（PSU）把电网电源变换成逻辑电压，信号输出线路去控制系统电源，从而实现LED灯具的控制与调整（如图2）。并且该标准与原照明系统向背兼容，同时支持无线通信，为智能路灯提供经济可靠的解决方案。

 

图2：ANSI C136.41可调光控器架构

 

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，全球照明行业联盟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

 

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，近几年一个融合ANSI C136.41优点与Zhaga-D4i便利性与开放式架构于一体的“采用混合双节点架构”再度兴起。简单地说，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（没有电网电源向LED驱动器的转换），可以从辅助PSU、驱动器内/外部或DALI总线向ANSI C136.41节点供电；朝下节点仍然充当传感器输入设备并通过Zhaga Book 18接口进行连接（如图4）。基于该结构的路灯系统更进一步简化布线，并且能够充分利用ANSI,Zhaga等标准生态资源。

 

图4：Zhaga/ANSI混合双节点架构

 

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，选择最合适的架构，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。

 

TE的解决方案

 

一直以来，TE Connectivity（以下简称TE）在LED户外和专业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。

 

LUMAWISE Endurance N+

控制底座与保护盖

 

TE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，提供照明控制与灯具安装插座间的电源与信号接口以及能对恶劣情况下的节点设备进行防护—这些对路灯照明系统来说是至关重要的性能—不论所设计的ANSI C136单节点或混合双节点系统。

 

所述底座组件由电源扭锁端子，簧片信号端子及一体式密封垫片组成，能够达到IP66密封级别，避免灰尘及重喷射喷雾入侵；它半透明保护盖能使日光透射至光感测器件上；在底座组件中整合通风孔的设计能够延长壳体中电子元件预期寿命；同时其保护盖满足UL945-VA可燃性等级要求，上述特点能够保证电源与信号接口及内部电子元器件的长时间可靠性与安全性。

 

图5：LUMAWISE Endurance N+控制底座与保护盖

 

 

LUMAWISE Motion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。

 

LUMAWISE Motion通过了Zhaga-D4i认证，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

 

NECTOR T可插拔照明连接器系统

 

户外LED照明系统的布线中，对线路连接器也有特殊要求，其核心两点是互连可靠性与操作便利性。

 

TE的NECTOR T可插拔照明连接器的密封等级为IP68，在户外使用时不易受紫外线（阳光）、雨水和灰尘的影响，而在不插入（开路）的状态下还能对插入接口进行防护，很适合高湿度的恶劣环境使用，例如道路照明，景观照明和园艺照明。

 

从易用性上来说，本连接器为压接与螺钉型端子连接，安装迅速灵活，用标准的工具就可以很方便地进行安装与维护；并且它支持预端接电缆的功能，能够减少人力及安装成本。NECTOR T连接器为用户提供了三向及四向拆分器，接头及面板安装连接器等一整套产品系列，能够满足多样化布线互连要求。

 

图7：NECTOR T可插拔照明连接器系统