數(shù)字照明控制

在歐洲乃至全球，常見的數(shù)字照明控制是DALI （數(shù)字尋址照明接口），DALI由IEC 62386中的一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)化確保了來自不同制造商的設(shè)備可以相互操作，另一種方法則是使用KNX樓宇自動(dòng)化照明控制，KNX類同DALI起源于歐洲，總部設(shè)立在比利時(shí)布魯塞爾，協(xié)會除了制定標(biāo)準(zhǔn)與推動(dòng)綠色節(jié)能智能大樓，所有產(chǎn)品均經(jīng)過第三方中立測試實(shí)驗(yàn)室的測試，以確保來自不同制造商的設(shè)備可以平穩(wěn)運(yùn)行，表1是KNX直接照明與利用DALI照明的系統(tǒng)比較表，顯現(xiàn)了使用KNX直接照明是較佳的系統(tǒng)解決方案。

表1 照明系統(tǒng)比較: KNX 直接照明（左）與KNX加DALI間接照明系統(tǒng) （右）

最低調(diào)光等級

眼無法以線性方式感知光線水平的變化，并且個(gè)體之間會出現(xiàn)輕微的感知變化，此響應(yīng)導(dǎo)致如圖1所示的測量光強(qiáng)度與感知光強(qiáng)度之間的差異。

圖1 人眼感受光強(qiáng)與用儀器量測對應(yīng)圖。來源：經(jīng)本文作者修改后第9版IESNA照明手冊

明緯 PWM KN系列LED電源供應(yīng)器提供三種調(diào)光曲線：線性、DALI、對數(shù)，可于KNX軟件ETS在線數(shù)據(jù)庫中下載，線性曲線為LED電源供應(yīng)器輸出與人機(jī)控制接口發(fā)送的命令相同，DALI曲線基于DALI標(biāo)準(zhǔn)里的公式，可為用戶提供出色的燈控體驗(yàn)，這是因?yàn)楦鶕?jù)DALI標(biāo)準(zhǔn)，上下兩階之間的差異被巧妙設(shè)計(jì)為定值，并且最小調(diào)光級別為0.1％（相當(dāng)于3％的人眼感受），對數(shù)曲線為根據(jù)IESNA照明手冊的對數(shù)響應(yīng)，因此對應(yīng)最小調(diào)光級別僅為0.01％ （相當(dāng)于1％的人眼感受）如圖3所示，因此適合于一些需要極弱光的特殊場合應(yīng)用，客戶可以自由選擇這三個(gè)曲線之一以獲得最佳結(jié)果。

圖2 明緯 PWM KN系列LED電源供應(yīng)器提供三種調(diào)光曲線

圖3為使用24V LED燈條進(jìn)行的超低調(diào)光測試，左圖所顯示的超低光亮度為使用明緯 PWM KN系列LED電源供應(yīng)器所提供的指數(shù)曲線相對于DALI標(biāo)準(zhǔn)，指數(shù)曲線顯示出更好的結(jié)果，須注意的是圖中照片是由電子相機(jī)拍攝(線性結(jié)果)其非同人類眼睛但還是能明顯示出差異，因此當(dāng)目視檢查感受會更為強(qiáng)烈明顯，這樣的超低調(diào)光適合一些弱光應(yīng)用例如電影院。

圖3 超低調(diào)旋光性能測試比較：基于同一調(diào)光指另分別從KNX和DALI LED電源供應(yīng)器的輸出為0.01％（左）與0.1％（右）

PWM調(diào)光頻率

恒壓輸出的LED電源供應(yīng)器光的變化是在一般使用PWM調(diào)整輸出電流的占空比進(jìn)而產(chǎn)生變化的平均電流來實(shí)現(xiàn)(脈沖寬度調(diào)制)，PWM為一種有效且精確調(diào)光技術(shù)因?yàn)槠淇梢赃_(dá)成寬范圍調(diào)光與輸出較高的頻率，用以避免閃爍(Flicker)或頻閃效應(yīng)(stroboscopic effect)，同時(shí)保持最小的LED的色溫偏移，常見的DALI LED電源供應(yīng)器具有一個(gè)固定的輸出頻率約在幾百赫茲取決于其電路設(shè)計(jì)，輸出高頻率設(shè)計(jì)是理想的但電源供應(yīng)器有可能因高頻而損壞或降低產(chǎn)品信賴度因?yàn)楦哳l代表了于電源供應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生更多的切換損失，明緯 PWM KN系列LED電源供應(yīng)器具有獨(dú)特的設(shè)計(jì)，客戶可自由的于在200Hz至4000Hz 之間更改輸出頻率，這頻率區(qū)間不只避免了人眼檢測到可見低于80 Hz頻率的Flicker閃爍，同時(shí)輸出4000Hz的PWM頻率不僅滿足2015年IEEE 1789的無風(fēng)險(xiǎn)規(guī)范(滿足則須 >3000Hz)亦符合歐盟市場將于2021年九月一號開始強(qiáng)制實(shí)施的Ecodesign其中的SVM （頻閃可見性測度）規(guī)范，SVM公式顯示了加權(quán)所有閃爍速率分量至2000Hz，這意味著使用4000Hz的PWM遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)范所需。

其中C i 是第i 個(gè)傅里葉分量的相對幅度；T i 是第i 個(gè)傅立葉分量頻率下正弦波頻閃效應(yīng)的可見性許可值

公式1SVM頻閃可見性測度，取自2021年九月一號于歐盟市場強(qiáng)制實(shí)施的Ecodesign

KNX 恒壓輸出LED電源供應(yīng)器應(yīng)用

本文介紹四種典型恒壓輸出LED電源供應(yīng)器應(yīng)用，首先為LED燈帶應(yīng)用，其次沿自傳統(tǒng)低壓鹵素?zé)?2Vac供電方式但發(fā)光源改為LED技術(shù)，第三種為市場上也常見的24Vdc LED投射燈，最后一種為額外加DC-DC電源供應(yīng)器用于驅(qū)動(dòng)恒流LED燈板，我們首先討論LED燈條的應(yīng)用。

首先LED電源供應(yīng)器經(jīng)ETS程序化后，電源供應(yīng)器被置于最終應(yīng)用場合而其輸出與LED燈帶相連接，然后連接KNX控制線以進(jìn)行控制，當(dāng)然最后電源供應(yīng)器需連接至交流電源，當(dāng)LED電源供應(yīng)器從按鈕或任何其他KNX輸入設(shè)備接收到命令時(shí)，燈光將依照指令對應(yīng)動(dòng)作為打燈開、關(guān)閉、變亮或暗。

圖4 LED燈條應(yīng)用

第二種應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)用于投射燈照明場合12Vac LED燈，優(yōu)點(diǎn)包括可以完全替換MR16 低壓鹵素?zé)簦粚σ粺o痛替換、超長壽命、提供基本與可調(diào)光版本，這意味著即使燈源意外損壞客戶也可以自行更換而無需擔(dān)心安全問題，常見燈座尺寸為GU4、GU5.3、G4和G53，因此應(yīng)用范圍謂廣泛，在KNX系統(tǒng)中傳統(tǒng)方法驅(qū)動(dòng)這些燈的是將相切調(diào)光器與電子降壓變壓器一起使用。這種系統(tǒng)復(fù)雜且成本高。本文提出解決方案為使用明緯 PWM KN系列LED電源供應(yīng)器來直接驅(qū)動(dòng)這類型的LED燈具。

如文章末尾的影片所示，KNX直接驅(qū)動(dòng)方式連接非常簡單，且更好的是多組燈可以并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，須注意的是在使用無調(diào)光的燈情況下，僅對LED電源供應(yīng)器程序化燈開和關(guān)功能避免調(diào)光以免燈具損壞，無調(diào)光的燈具包裝上與規(guī)格書上有一個(gè)不可調(diào)光符號，若燈具為可調(diào)光種類，可將LED電源供應(yīng)器程序化為燈開、關(guān)與調(diào)光功能，調(diào)光范圍還取決于燈具規(guī)格，用戶可以使用ETS程序調(diào)整電源供應(yīng)器相關(guān)參數(shù)以適合其使用，從而獲得最佳性能。

圖5 傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)12Vac LED的方法（左）；KNX直接驅(qū)動(dòng)方法（右）

第三種投射燈照明應(yīng)用但驅(qū)動(dòng)源為24Vdc LED燈具，優(yōu)點(diǎn)為類似于前段描述的12Vac燈具，此外驅(qū)動(dòng)電壓為24Vdc，同瓦數(shù)負(fù)載電流損耗于傳輸線較小，可使用輸出24V LED電源供應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)燈具開、關(guān)和調(diào)光功能、亦可并聯(lián)多組燈具同時(shí)控制，影片中演示了一個(gè)60瓦LED電源供應(yīng)器驅(qū)動(dòng)多個(gè)24V LED燈具，在需要超低亮度的應(yīng)用中，LED電源供應(yīng)器的最小輸出設(shè)置可為0.01％。

圖6 驅(qū)動(dòng)24Vdc LED燈的KNX直接電源供應(yīng)器

最后一種應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)恒流LED燈板或燈具，為此需要在恒壓電源供應(yīng)器和LED之間增加一個(gè)DC-DC驅(qū)動(dòng)器，明緯提供LDD、LDB和LDH系列DC-DC驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，取決應(yīng)用于是否需要升壓或降壓模式，多組燈具亦可以并聯(lián)使用，影片中顯示了兩個(gè)恒流的LED面板由一個(gè)12V輸出60瓦LED電源供應(yīng)器搭配兩個(gè)獨(dú)立的LDB驅(qū)動(dòng)器以提高電壓同時(shí)保持輸出恒定電流進(jìn)行燈光控制。

圖7 KNX直接電源供應(yīng)器加DC/DC驅(qū)動(dòng)器用于恒流LED 面板燈應(yīng)用

結(jié)論

本文介紹了使用KNX直接照明系統(tǒng)會比使用KNX搭配DAL的間接照明系統(tǒng)更具優(yōu)勢，此外明緯PWM KN系列為一款恒電壓源LED電源供應(yīng)器提供了優(yōu)異的解決方案，不僅可以避免DALI網(wǎng)關(guān)與LED電源供應(yīng)器之間的不兼容問題，而且還提供了更多智能化功能用于現(xiàn)代化樓宇之照明系統(tǒng)，此外使用KNX直接照明系統(tǒng)可避免使用傳統(tǒng)方式的降壓變壓器代表系統(tǒng)建構(gòu)的成本將大幅降低而同時(shí)減少組件亦代表整體信賴度可大幅提升。