深入解读DALI和Zhaga：两种LED照明标准及其连接器选型

来源:eetop发布时间:2023-01-063756浏览

发光二极管 (LED) 彻底改变了室内外照明。这种固态照明 (SSL) 技术拥有出色的效率、可控性、色谱、热性能以及独特的外形，正将古老的爱迪生白炽灯泡（以及荧光灯、金属卤化物灯或钠蒸汽灯）淘汰出局。现在，大多数室内外新设计以及现有设计的升级改造，都会首先考虑LED。不过，在这个过程中，设计人员仍要小心，因为在快速创新的同时，也会出现一些隐患，比如非标连接和终端用户解决方案错配，这些都会造成负面的客户体验。

这是因为，LED照明彻底改变的不仅仅是光源本身。例如，LED照明也在改变连接器的设计和外形及其固定装置（称为灯具），这些连接器是任何照明系统的必要组成部分，它们不接受交流线路电压，而是接受较低的直流电压，典型电流通常在3安培 (A) 至7A之间。此外， LED照明系统通常是支持数字可寻址照明接口 (DALI) 和Zhaga行业标准的控制网络的一部分，并作为智能家居或办公的关键一环提供智能、节能、高性能的照明。

因此，在进行LED照明系统设计之前，工程师需要熟悉这些标准及其对现实世界连接器的影响，因为新的设计正在迅速兴起。

本文简要回顾了为什么LED会如此普及，然后介绍并描述了这两种连接标准，以确保智能LED设计的互操作性、快速开发和轻松部署。最后介绍了Amphenol Communications Solutions (ACS)的连接器，并通过这些连接器的实际用例，帮助大家了解相关标准及其应用。

为什么LED如此普及

LED发展成为照明光源有很多促进因素：

成本降低推动产量提高，进而进一步推动成本降低、产量提高
LED作为光源的基本可靠性和寿命的增强
电路改进，主要是驱动这些LED的电源改进
智能控制装置甚至网络I/O的使用提高了对LED的控制便利性
以色温（开尔文）和显色指数 (CRI) 为特征的光学输出质量的改善
政府为提高照明效率以节约能源而采取的激励、标准化和强制措施（据估计，照明占总能耗的15%至20%）
行业和政府标准的制定，这些标准确保了LED光源之间的互操作性以及与智能控制器的兼容性。

最后一点尤为重要。传统白炽灯泡有一个重要的尺寸种类就是“E26”，即26毫米 (mm) 直径的爱迪生螺口灯泡，这在美国和许多其他国家的住宅环境中几乎普遍使用（图1），正被LED 和荧光灯泡所取代，但程度还较小。当然还有其他尺寸，如E12底座，但E26是目前使用最广泛的。

图1：26mm E26爱迪生底座是目前使用最广泛的灯泡底座，不过也有一些更小和更大的底座，可满足不同的应用需求（图片来源：LOHAS LED Ltd.）

当然，标准化为单一底座和插口可以降低成本。这种技术还催生出多种灯泡形状、功率水平以及围绕这种基础打造的其他属性，同时减少了对长期更换烧坏灯泡的担忧。早期几代LED灯泡采用E26底座，以兼容现有插口，让用户习惯于LED照明。这些E26 LED灯泡仍在广泛销售，因为目前有无数个这样的插口在使用，所以替代过程时间将会很长。

然而，与白炽灯相比，LED在电流、电压（直流）和功耗方面有很大的不同，白炽灯泡通常使用120/240伏交流电供电。另外，E26插口的导线往往有比较大的螺纹端子，这对于LED光源供电来说并不理想（图2）。因此，为了让LED从系统层面到物理连接层面都能充分发挥其潜力，需要新的标准和连接器类型。

图2：E26插口接线所需的大螺纹端子影响了对LED光源的最佳利用（图片来源：Family Handyman via Pinterest）

认识到现代照明接口标准的需求后，数字照明接口联盟 (DiiA) 开发了DALI标准。

DALI标准重新定义了照明连接

DALI是一个数字照明控制的专用协议，能够轻松实现牢固、可扩展和灵活的照明网络安装（图3）。第一个版本DALI-1更适合用于荧光灯镇流器的数字控制、配置和查询，考虑LED的因素较少。它取代了现有0/1至10伏模拟控制方式的简单、单向、广播式操作。

图3：DALI标准的第一个版本定义了一个控制基础，将所有由并联市电交流电源线供电的设备联系起来。（图片来源：Omnialed）

该标准还包括一个广播选项，通过简单的重新配置，每个DALI设备可以被分配一个单独的地址，允许对单个设备进行数字控制。此外，DALI设备还可以通过编程进行分组操作，这样就可以通过软件对照明系统进行重新配置，从而避免改变布线。

随着用户期望的增长以及LED技术的改进，促进了现在DALI-2标准的发展。DALI-2不仅仅是一个行业标准，现在也是国际电工委员会的标准 (IEC 62386)。DALI-2增加了许多新的命令和功能。DALI-1只包括控制模式，而DALI-2则涵盖了控制设备，如应用控制器和输入设备（如传感器），以及总线电源。其重点放在不同厂商产品的互操作性上，并有DALI-2认证计划提供支持，以确认产品与规范的兼容性（图4）。

图4：与DALI-1相比，DALI-2标准更多地考虑了LED的需求，同时也增加了新的命令和更新。（图片来源：DALI 联盟）

与所有的综合标准一样，DALI-2也很复杂。简而言之，用单线对作为总线，DALI网络上的每个设备都可以单独寻址。总线同时用于提供信号和电源，支持的电源能在16伏直流电压（典型值）下提供最高250毫安 (mA) 的电流。该标准支持由交流线路或直流电源轨供电的设备。
虽然有各种标准对超低电压 (ELV) 进行了定义，但IEC对ELV设备或电路的定义是：电导体与接地间的电势差不超过交流50伏或直流120伏。DALI控制电缆被归类为ELV设备，因此只需要与交流市电保持基本绝缘；它可以跟市电线路或包括市电线路的多芯电缆一起走线。

超越DALI-2：Zhaga规范瞄准了灯具

DALI-2等标准固然重要，但也只能到此为止。界定如何将标准与具体应用（如LED照明和灯具）联系起来不在其定义范围内。为解决这一问题，国际Zhaga联盟制定了LED灯具所用元器件的接口行业规范。该联盟是IEEE行业标准与技术组织的成员项目，截至2019年，已有120多家成员。要搞清照明设备和灯具的区别，现在正是时候。照明工程协会(IES) 照明手册、ANSI/NEMA标准和IEC都使用了“灯具”一词。它于2002年被添加到《美国国家电气规范》(NEC) 手册中，其正式定义为“一个完整的照明单元，由一盏或多盏灯以及设计用于分配光线、定位和保护灯管以及将灯管连接到电源的零部件组成”。灯具包括灯和所有直接与照明装置的分布、定位和保护有关的零部件，具体不包括支撑部件，如臂、筋或杆；用于固定灯具的紧固件；控制或安全装置；或电源导线。灯具的形式多种多样，适用于各种场合，从功能严格的户外街道照明到室内办公照明，甚至是“时尚”的零售或家居照明。

“照明设备”在NEC中没有定义，一般是指用户心目中的任何东西，可能包括以下一些或全部要素：灯管（灯泡），或许带灯罩、灯球、透镜或漫射器、支架、灯杆或灯具配件，以及其他要素。

Zhaga规范正式名称为Books（规格书），针对电气、机械、光学、热学和通信接口，并允许组件的互操作性。通过遵守Zhaga规范，设计人员可以确保用户拥有可互操作、可更换或维修的组件，并确保LED灯具在安装后可在新技术出现时进行升级。

Zhaga规范正式名称为Books（规格书），针对电气、机械、光学、热学和通信接口，并允许组件的互操作性。通过遵守Zhaga规范，设计人员可以确保用户拥有可互操作、可更换或维修的组件，并确保LED灯具在安装后可在新技术出现时进行升级。
Zhaga Book 18和Book 20对使用LED灯具的设计人员来说特别有用；前者侧重于户外设计，而后者则是针对室内应用。

Zhaga Book 18：“户外灯具与传感/通信模块之间的智能接口”规定了电源和通信方面的内容，此外还规定了1.0版定义的连接系统的机械配合和电气引脚。它简化了应用模块的添加，如添加传感器和通信节点到LED灯具，并确保了即插即用的互操作性。
Zhaga Book 20：“室内灯具与传感/通信模块的智能接口”定义了室内LED灯具与传感/通信节点的智能接口。该节点连接到LED驱动器和控制系统，通常可以提供传感器输入或实现网络组件之间的通信。节点可以在现场安装和更换。

连接器完成电路

当然，标准是至关重要的，而兼容性和互操作性是从物理接口及其连接器开始的（图5）。DALI规范和Zhaga标准的使用得到了广泛的连接器支持，这些连接器满足（甚至超过）其要求，同时为用户在不同场景下的操作提供了灵活性。

图5：DALI规范和Zhaga标准提供了一个完整的电缆和连接器连接路径，用于各种配置的电源到照明LED的电源和数据连接。（图片来源：ACS）
针对室内使用，Zhaga Book 20定义了智能建筑网络中传感器的可分离配接接口。ACSFLM系列符合DALI标准，可实现室内LED灯具和传感器或通信模块的“即插即用”操作性。事实上，Zhaga联盟选择了Amphenol FLM系列作为Zhaga Book 20的标准。
ACS FLM系列的两个互补成员展示了Book 20的实际操作标准：FLM-P21-00SSL双触头连接器插座外壳用于插针触头电缆/电线到电缆/电线的连接，而FLM-S21-00双触点SSL插头外壳用于插口触头电缆/电线到电缆/电线的连接。其他表面贴装技术 (SMT) 型号具有直角和垂直配置，可实现设计灵活性（图6）。

图6：FLM-P21-00插座外壳和与之配套的FLM-S21-00插头外壳是基本型两线SSL连接器。（图片来源：ACS）

该系列的特性包括：

可分离接口采用“防呆”几何形状（意为“傻瓜式”或“防错式”），可确保正确对接
带有免工具插入式端子的可用插头
一体化扁平凹陷锁扣功能，提供5牛顿的最小固位力，以确保安全配接，同时又能轻松拆除。
插头可用卷轴提供，带有压接插座触头或插入式导线端子选件，允许大批量装配或易于现场装配/维修。

当然，很多目标LED应用并不像普通的室内环境那样容易搞定。FLH系列线对线IP67级（密封和防水）连接器可以满足此类应用的要求，包括FLH-P31-00（间距为2.50mm的三位矩形外壳插座）和配套的FLH-S31-00矩形外壳插头（图7）；同时还提供多至六个触头的版本。

图7：对于需要IP67防护等级的LED和其他连接器应用，FLH系列提供了三线FLH-P31-00矩形外壳插座（左上角）和配套的FLH-S31-00矩形外壳插头（右上角），以及2、3、4和6针位版本。（图片来源：ACS）

该系列连接器的密封和防水性能使其特别适合恶劣环境，可用于照明以及HVAC、工业和智能家居等场合，同时其紧凑的设计也具有节省空间的优势。这些连接器中的触头规格可用于不同的线径和相应的电流：18号美规 (AWG) 线，8A；20号AWG线，5 A；低至22号AWG线，3A。

安装不仅仅事关电源连接器。为了完成设计项目，Amphenol提供了其他关键组件，包括FLA-2141-30，这是一种符合ANSIC136-41标准的插座，用于将道路、街道和停车场应用中的户外灯具连接到光电池，以实现调光功能（图8）。除了这种两触头版本，还有无触头和四触头版本。

图8：符合ANSI标准的FLA-2141-30调光插座用于在用户提供的调光器和灯具之间提供连接。该产品适用于由可用环境光控制的智能照明（所示为四触头变型）。（图片来源：ACS）

为了实现更高级的传感器集成，可以添加一个FLB-P底座来代替光电池。这样一来，就可以在印刷电路板上加装传感器，实现其他各种功能，如运动检测、空气质量、声音检测等。然后可以通过添加FLB-C圆罩来保护整个组件。注意：这些产品不适合在室内使用。Amphenol还提供了FLB-C70-501-001圆罩，这是一种NEMAANSI C136.41半透明罩，直径76mm，高130mm，设计用于FLB-P底座。

FLA系列调光插座可与符合ANSI C136.10标准的光电池或盖帽（开路或短路）一起使用。如需实现额外传感器集成，设计人员需要：