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LED照明:新趨勢下需要什么樣的新元件?

作者:時間:2022-12-01來源:Mouser收藏

盤點我們身邊的風口行業,照明肯定不會缺席。根據TrendForce集邦咨詢的研究數據,到2026年全球照明市場規模將達到783.6億美元,在2021年至2026年間仍然保持著3.9%的年復合增長率。

本文引用地址:http://www.newmiphone.com/article/202212/441127.htm


如果進一步探究照明的細分市場,我們會發現,除了在家居、樓宇等室內照明領域繼續提高滲透率,在一些戶外照明和專業照明領域,LED照明也表現出了強勁的增長勢頭,其中LED路燈照明就是一個很典型的應用場景。


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。


能耗低


有研究數據表明,在一個城市中,路燈能耗通常會占到市政能源預算的30%左右,而LED照明的低能耗特性恰好可以為這筆高昂的能源支出減負。據測算,在全球范圍內改用LED路燈將使全球二氧化碳排放量減少數百萬噸。


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


與高壓鈉或汞蒸氣燈泡相比,LED燈源具有較高的光效,也就是說單位功耗可以產生更高的流明。而且LED的紅外(IR)和紫外(UV)光含量比其他傳統光源低得多,這意味著其產生的廢熱更少,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


由于含有有毒物質(如汞),高壓鈉燈和汞蒸氣燈在廢棄時需要專門的處理程序,費時費力且不環保;而且,金屬鹵化物燈在某些情況下還可能發生爆炸。而LED燈具則沒有這些問題,使用起來更環保、更安全。


可控性強


LED路燈的驅動方式,是通過AC/DC以及DC/DC等電源轉換為LED提供所需的電壓和電流。這雖然增加了電路的復雜性,但是與傳統的交流照明技術相比,具有更好的可控性,響應速度更快,可以實現快速的開關和調光,而且LED色溫也可以通過元器件選型進行精確控制。而可控性的提升,正是自動化的智能照明所需的一個關鍵要素,因此LED路燈也就成為了智慧城市建設清單中不可或缺的一項。


LED路燈照明的兩大趨勢


正是由于上述突出優勢,LED照明在城市道路照明中的大規模應用已經是大勢所趨。但值得注意的是,這一技術升級并不是對傳統照明裝置簡單的“替換”,而是一次系統性的變革。在這個變革過程中,有兩個趨勢很值得關注。


一個趨勢就是智能化。如上文所述,LED燈具有更強的可控性,這使得圍繞其打造一個自動化的智能路燈系統成為可能。這樣的路燈系統,無需人工的干預,即可根據環境信息(如環境光、人體或物體的存在和運動),基于精確的算法甚至是機器學習能力,自動調節路燈的開關和明暗,由此帶來的效益顯而易見。而且作為覆蓋城市的一個基礎設施網絡,路燈本身也具有成為一個更智能的物聯網邊緣節點的潛質,未來在LED路燈身上很可能會附加更多的功能(如氣象和空氣質量監測),令其在智慧城市中扮演更重要的角色。


不過我們也可以想見,這種智能化的趨勢也會給LED路燈的設計帶來新的挑戰,即系統會變得越來越復雜。這意味著在路燈有限的外形空間內,需要包含照明、驅動、傳感、控制、通信以及更多的擴展功能,想要應對這一挑戰,標準化是一個必由之路,這也是LED路燈照明發展中另一個重要趨勢。標準化帶來的好處是,可以讓更多技術供應商的功能模塊無縫地集成到LED路燈中,讓系統的可擴展性大為增強。


智能化催生了標準化的發展,標準化反過來又促成智能化的深化——這兩大趨勢相互作用,共同推進著LED路燈照明技術和應用的演進。


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

(圖源:TE)


不過你可能已經注意到,ANSI C136.10標準僅能夠滿足不可調光的3極光控器控制架構。而隨著LED技術在路燈中的應用,對于具有更高能效的可調光功能的需求也在不斷增長,這就需要新的標準和架構來補位,這個新標準就是ANSI C136.41。ANSI C136.41架構在3極線電壓連接基礎上增加了信號輸出觸點,可將電網電源接入ANSI C136.41光控系統,并將電源切換到LED驅動器;內部的供電裝置(PSU)將電網電源轉換為邏輯電壓,通過信號輸出線路去控制系統供電,實現對LED燈具的控制和調節(如圖2)。而且這一標準向后兼容原有照明系統,還支持無線通信,提供了一種經濟、可靠的智能路燈解決方案。


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圖2:ANSI C136.41可調光控器架構

(圖源:TE)


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

(圖源:TE)


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,近年來一種整合了ANSI C136.41的優勢以及Zhaga-D4i便利性和開放式架構的“混合雙節點架構”又出現了。簡而言之,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(不將電網電源切換到LED驅動器),可從輔助PSU、驅動器內/外部或DALI總線為ANSI C136.41節點供電;朝下節點則仍是作為傳感器輸入設備,通過Zhaga Book 18接口連接(如圖4)?;谶@一架構的路燈系統進一步簡化了布線,并可以充分利用ANSI和Zhaga標準的生態資源。


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圖4:Zhaga/ANSI混合雙節點架構

(圖源:TE)


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。


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,在照明控制和燈具安裝插座之間提供電源和信號接口,并可在惡劣條件下為節點設備提供保護——這對于路燈照明系統是一個非常關鍵的特性——無論是設計ANSI C136單節點還是混合雙節點系統都適用。


該底座組件包括電源扭鎖端子、簧片信號端子和一體式密封墊片,可實現IP66的密封等級,防止灰塵和重噴射噴霧的侵入;其半透明的保護蓋可讓日光透射到光感測器件;將通風孔集成到底座組件的設計,可延長外殼內電子元件的預期壽命;同時,其保護蓋符合UL94 5-VA可燃性等級,這些特性可確保電源和信號接口以及內部電子元器件長期的可靠性和安全性。


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圖5:LUMAWISE Endurance N+控制底座與保護蓋

(圖源:TE)


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

(圖源:TE)


NECTOR T可插拔照明連接器系統


戶外LED照明系統布線,對于線對線連接器也會提出特殊的要求,其中最核心的兩點就是互連的可靠性和操作的便利性。


TE的NECTOR T可插拔照明連接器具有IP68的密封等級,在室外使用不易受到紫外線(陽光)、雨水和灰塵的影響,而且在未插接(開路)狀態下也可為插接接口提供保護,非常適合在高濕度惡劣環境中應用,如道路照明、景觀照明、園藝照明等。


在易用性方面,該連接器采用壓接和螺釘型端子,安裝快速靈活,使用標準工具即可輕松安裝和維修;而且其支持預端接電纜,可降低人力和安裝成本。NECTOR T連接器提供完整的產品系列,包括三向和四向拆分器、接頭和面板安裝連接器,可以滿足多樣化的布線互連需求。


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圖7:NECTOR T可插拔照明連接器系統

(圖源:TE)


本文小結


LED燈具因其具有能耗低、方向性好、壽命長、響應快、無污染、可控性強等特性,正在快速滲透到照明領域的方方面面(如室內和戶外照明),并且也在解鎖更多的創意新應用(如農業和園藝照明)。在這個過程中,智能化和標準化兩大趨勢共同推動著技術和應用的快速演進,也在驅動著系統架構和基礎元器件的創新。


在這個大潮流中,TE亦步亦趨,從連接器到功能組件不斷推出創新的LED照明產品和方案,助力開發者點亮LED照明的未來!本文推介的這幾款為LED新趨勢而打造的新產品,大家來深入了解一下吧。



關鍵詞: Mouser LED

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