深入解讀DALI和Zhaga：兩種LED照明標(biāo)準(zhǔn)及其連接器選型

發(fā)光二極管 (LED) 徹底改變了室內(nèi)外照明。這種固態(tài)照明 (SSL) 技術(shù)擁有出色的效率、可控性、色譜、熱性能以及獨(dú)特的外形，正將古老的愛迪生白熾燈泡（以及熒光燈、金屬鹵化物燈或鈉蒸汽燈）淘汰出局。現(xiàn)在，大多數(shù)室內(nèi)外新設(shè)計(jì)以及現(xiàn)有設(shè)計(jì)的升級(jí)改造，都會(huì)首先考慮LED。不過，在這個(gè)過程中，設(shè)計(jì)人員仍要小心，因?yàn)樵诳焖賱?chuàng)新的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一些隱患，比如非標(biāo)連接和終端用戶解決方案錯(cuò)配，這些都會(huì)造成負(fù)面的客戶體驗(yàn)。

這是因?yàn)?，LED照明徹底改變的不僅僅是光源本身。例如，LED照明也在改變連接器的設(shè)計(jì)和外形及其固定裝置（稱為燈具），這些連接器是任何照明系統(tǒng)的必要組成部分，它們不接受交流線路電壓，而是接受較低的直流電壓，典型電流通常在3安培 (A) 至7A之間。此外， LED照明系統(tǒng)通常是支持?jǐn)?shù)字可尋址照明接口 (DALI) 和Zhaga行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的控制網(wǎng)絡(luò)的一部分，并作為智能家居或辦公的關(guān)鍵一環(huán)提供智能、節(jié)能、高性能的照明。

因此，在進(jìn)行LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，工程師需要熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)及其對(duì)現(xiàn)實(shí)世界連接器的影響，因?yàn)樾碌脑O(shè)計(jì)正在迅速興起。

本文簡要回顧了為什么LED會(huì)如此普及，然后介紹并描述了這兩種連接標(biāo)準(zhǔn)，以確保智能LED設(shè)計(jì)的互操作性、快速開發(fā)和輕松部署。最后介紹了Amphenol Communications Solutions (ACS)的連接器，并通過這些連接器的實(shí)際用例，幫助大家了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用。

為什么LED如此普及

LED發(fā)展成為照明光源有很多促進(jìn)因素：

• 成本降低推動(dòng)產(chǎn)量提高，進(jìn)而進(jìn)一步推動(dòng)成本降低、產(chǎn)量提高

• LED作為光源的基本可靠性和壽命的增強(qiáng)
• 電路改進(jìn)，主要是驅(qū)動(dòng)這些LED的電源改進(jìn)
• 智能控制裝置甚至網(wǎng)絡(luò)I/O的使用提高了對(duì)LED的控制便利性
• 以色溫（開爾文）和顯色指數(shù) (CRI) 為特征的光學(xué)輸出質(zhì)量的改善
• 政府為提高照明效率以節(jié)約能源而采取的激勵(lì)、標(biāo)準(zhǔn)化和強(qiáng)制措施（據(jù)估計(jì)，照明占總能耗的15%至20%）

• 行業(yè)和政府標(biāo)準(zhǔn)的制定，這些標(biāo)準(zhǔn)確保了LED光源之間的互操作性以及與智能控制器的兼容性。

最后一點(diǎn)尤為重要。傳統(tǒng)白熾燈泡有一個(gè)重要的尺寸種類就是“E26”，即26毫米 (mm) 直徑的愛迪生螺口燈泡，這在美國和許多其他國家的住宅環(huán)境中幾乎普遍使用（圖1），正被LED 和熒光燈泡所取代，但程度還較小。當(dāng)然還有其他尺寸，如E12底座，但E26是目前使用最廣泛的。

圖1：26mm E26愛迪生底座是目前使用最廣泛的燈泡底座，不過也有一些更小和更大的底座，可滿足不同的應(yīng)用需求（圖片來源：LOHAS LED Ltd.）

當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)化為單一底座和插口可以降低成本。這種技術(shù)還催生出多種燈泡形狀、功率水平以及圍繞這種基礎(chǔ)打造的其他屬性，同時(shí)減少了對(duì)長期更換燒壞燈泡的擔(dān)憂。早期幾代LED燈泡采用E26底座，以兼容現(xiàn)有插口，讓用戶習(xí)慣于LED照明。這些E26 LED燈泡仍在廣泛銷售，因?yàn)槟壳坝袩o數(shù)個(gè)這樣的插口在使用，所以替代過程時(shí)間將會(huì)很長。

然而，與白熾燈相比，LED在電流、電壓（直流）和功耗方面有很大的不同，白熾燈泡通常使用120/240伏交流電供電。另外，E26插口的導(dǎo)線往往有比較大的螺紋端子，這對(duì)于LED光源供電來說并不理想（圖2）。因此，為了讓LED從系統(tǒng)層面到物理連接層面都能充分發(fā)揮其潛力，需要新的標(biāo)準(zhǔn)和連接器類型。

圖2：E26插口接線所需的大螺紋端子影響了對(duì)LED光源的最佳利用（圖片來源：Family Handyman via Pinterest）

認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代照明接口標(biāo)準(zhǔn)的需求后，數(shù)字照明接口聯(lián)盟 (DiiA) 開發(fā)了DALI標(biāo)準(zhǔn)。

DALI標(biāo)準(zhǔn)重新定義了照明連接

DALI是一個(gè)數(shù)字照明控制的專用協(xié)議，能夠輕松實(shí)現(xiàn)牢固、可擴(kuò)展和靈活的照明網(wǎng)絡(luò)安裝（圖3）。第一個(gè)版本DALI-1更適合用于熒光燈鎮(zhèn)流器的數(shù)字控制、配置和查詢，考慮LED的因素較少。它取代了現(xiàn)有0/1至10伏模擬控制方式的簡單、單向、廣播式操作。

圖3：DALI標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)版本定義了一個(gè)控制基礎(chǔ)，將所有由并聯(lián)市電交流電源線供電的設(shè)備聯(lián)系起來。（圖片來源：Omnialed）

該標(biāo)準(zhǔn)還包括一個(gè)廣播選項(xiàng)，通過簡單的重新配置，每個(gè)DALI設(shè)備可以被分配一個(gè)單獨(dú)的地址，允許對(duì)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字控制。此外，DALI設(shè)備還可以通過編程進(jìn)行分組操作，這樣就可以通過軟件對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，從而避免改變布線。

隨著用戶期望的增長以及LED技術(shù)的改進(jìn)，促進(jìn)了現(xiàn)在DALI-2標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。DALI-2不僅僅是一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在也是國際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn) (IEC 62386)。DALI-2增加了許多新的命令和功能。DALI-1只包括控制模式，而DALI-2則涵蓋了控制設(shè)備，如應(yīng)用控制器和輸入設(shè)備（如傳感器），以及總線電源。其重點(diǎn)放在不同廠商產(chǎn)品的互操作性上，并有DALI-2認(rèn)證計(jì)劃提供支持，以確認(rèn)產(chǎn)品與規(guī)范的兼容性（圖4）。

圖4：與DALI-1相比，DALI-2標(biāo)準(zhǔn)更多地考慮了LED的需求，同時(shí)也增加了新的命令和更新。（圖片來源：DALI 聯(lián)盟）

與所有的綜合標(biāo)準(zhǔn)一樣，DALI-2也很復(fù)雜。簡而言之，用單線對(duì)作為總線，DALI網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都可以單獨(dú)尋址。總線同時(shí)用于提供信號(hào)和電源，支持的電源能在16伏直流電壓（典型值）下提供最高250毫安 (mA) 的電流。該標(biāo)準(zhǔn)支持由交流線路或直流電源軌供電的設(shè)備。雖然有各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)超低電壓 (ELV) 進(jìn)行了定義，但I(xiàn)EC對(duì)ELV設(shè)備或電路的定義是：電導(dǎo)體與接地間的電勢差不超過交流50伏或直流120伏。DALI控制電纜被歸類為ELV設(shè)備，因此只需要與交流市電保持基本絕緣；它可以跟市電線路或包括市電線路的多芯電纜一起走線。

超越DALI-2：Zhaga規(guī)范瞄準(zhǔn)了燈具

DALI-2等標(biāo)準(zhǔn)固然重要，但也只能到此為止。界定如何將標(biāo)準(zhǔn)與具體應(yīng)用（如LED照明和燈具）聯(lián)系起來不在其定義范圍內(nèi)。為解決這一問題，國際Zhaga聯(lián)盟制定了LED燈具所用元器件的接口行業(yè)規(guī)范。該聯(lián)盟是IEEE行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)組織的成員項(xiàng)目，截至2019年，已有120多家成員。要搞清照明設(shè)備和燈具的區(qū)別，現(xiàn)在正是時(shí)候。照明工程協(xié)會(huì)(IES) 照明手冊(cè)、ANSI/NEMA標(biāo)準(zhǔn)和IEC都使用了“燈具”一詞。它于2002年被添加到《美國國家電氣規(guī)范》(NEC) 手冊(cè)中，其正式定義為“一個(gè)完整的照明單元，由一盞或多盞燈以及設(shè)計(jì)用于分配光線、定位和保護(hù)燈管以及將燈管連接到電源的零部件組成”。燈具包括燈和所有直接與照明裝置的分布、定位和保護(hù)有關(guān)的零部件，具體不包括支撐部件，如臂、筋或桿；用于固定燈具的緊固件；控制或安全裝置；或電源導(dǎo)線。燈具的形式多種多樣，適用于各種場合，從功能嚴(yán)格的戶外街道照明到室內(nèi)辦公照明，甚至是“時(shí)尚”的零售或家居照明。

“照明設(shè)備”在NEC中沒有定義，一般是指用戶心目中的任何東西，可能包括以下一些或全部要素：燈管（燈泡），或許帶燈罩、燈球、透鏡或漫射器、支架、燈桿或燈具配件，以及其他要素。

Zhaga規(guī)范正式名稱為Books（規(guī)格書），針對(duì)電氣、機(jī)械、光學(xué)、熱學(xué)和通信接口，并允許組件的互操作性。通過遵守Zhaga規(guī)范，設(shè)計(jì)人員可以確保用戶擁有可互操作、可更換或維修的組件，并確保LED燈具在安裝后可在新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行升級(jí)。

Zhaga規(guī)范正式名稱為Books（規(guī)格書），針對(duì)電氣、機(jī)械、光學(xué)、熱學(xué)和通信接口，并允許組件的互操作性。通過遵守Zhaga規(guī)范，設(shè)計(jì)人員可以確保用戶擁有可互操作、可更換或維修的組件，并確保LED燈具在安裝后可在新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行升級(jí)。 Zhaga Book 18和Book 20對(duì)使用LED燈具的設(shè)計(jì)人員來說特別有用；前者側(cè)重于戶外設(shè)計(jì)，而后者則是針對(duì)室內(nèi)應(yīng)用。

• Zhaga Book 18：“戶外燈具與傳感/通信模塊之間的智能接口”規(guī)定了電源和通信方面的內(nèi)容，此外還規(guī)定了1.0版定義的連接系統(tǒng)的機(jī)械配合和電氣引腳。它簡化了應(yīng)用模塊的添加，如添加傳感器和通信節(jié)點(diǎn)到LED燈具，并確保了即插即用的互操作性。

• Zhaga Book 20：“室內(nèi)燈具與傳感/通信模塊的智能接口”定義了室內(nèi)LED燈具與傳感/通信節(jié)點(diǎn)的智能接口。該節(jié)點(diǎn)連接到LED驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)，通常可以提供傳感器輸入或?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組件之間的通信。節(jié)點(diǎn)可以在現(xiàn)場安裝和更換。

連接器完成電路

當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)是至關(guān)重要的，而兼容性和互操作性是從物理接口及其連接器開始的（圖5）。DALI規(guī)范和Zhaga標(biāo)準(zhǔn)的使用得到了廣泛的連接器支持，這些連接器滿足（甚至超過）其要求，同時(shí)為用戶在不同場景下的操作提供了靈活性。

圖5：DALI規(guī)范和Zhaga標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)完整的電纜和連接器連接路徑，用于各種配置的電源到照明LED的電源和數(shù)據(jù)連接。（圖片來源：ACS） 針對(duì)室內(nèi)使用，Zhaga Book 20定義了智能建筑網(wǎng)絡(luò)中傳感器的可分離配接接口。ACSFLM系列符合DALI標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)LED燈具和傳感器或通信模塊的“即插即用”操作性。事實(shí)上，Zhaga聯(lián)盟選擇了Amphenol FLM系列作為Zhaga Book 20的標(biāo)準(zhǔn)。 ACS FLM系列的兩個(gè)互補(bǔ)成員展示了Book 20的實(shí)際操作標(biāo)準(zhǔn)：FLM-P21-00SSL雙觸頭連接器插座外殼用于插針觸頭電纜/電線到電纜/電線的連接，而FLM-S21-00雙觸點(diǎn)SSL插頭外殼用于插口觸頭電纜/電線到電纜/電線的連接。其他表面貼裝技術(shù) (SMT) 型號(hào)具有直角和垂直配置，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性（圖6）。

圖6：FLM-P21-00插座外殼和與之配套的FLM-S21-00插頭外殼是基本型兩線SSL連接器。（圖片來源：ACS）

該系列的特性包括：

• 可分離接口采用“防呆”幾何形狀（意為“傻瓜式”或“防錯(cuò)式”），可確保正確對(duì)接

• 帶有免工具插入式端子的可用插頭

• 一體化扁平凹陷鎖扣功能，提供5牛頓的最小固位力，以確保安全配接，同時(shí)又能輕松拆除。

• 插頭可用卷軸提供，帶有壓接插座觸頭或插入式導(dǎo)線端子選件，允許大批量裝配或易于現(xiàn)場裝配/維修。

當(dāng)然，很多目標(biāo)LED應(yīng)用并不像普通的室內(nèi)環(huán)境那樣容易搞定。FLH系列線對(duì)線IP67級(jí)（密封和防水）連接器可以滿足此類應(yīng)用的要求，包括FLH-P31-00（間距為2.50mm的三位矩形外殼插座）和配套的FLH-S31-00矩形外殼插頭（圖7）；同時(shí)還提供多至六個(gè)觸頭的版本。圖7：對(duì)于需要IP67防護(hù)等級(jí)的LED和其他連接器應(yīng)用，F(xiàn)LH系列提供了三線FLH-P31-00矩形外殼插座（左上角）和配套的FLH-S31-00矩形外殼插頭（右上角），以及2、3、4和6針位版本。（圖片來源：ACS）

該系列連接器的密封和防水性能使其特別適合惡劣環(huán)境，可用于照明以及HVAC、工業(yè)和智能家居等場合，同時(shí)其緊湊的設(shè)計(jì)也具有節(jié)省空間的優(yōu)勢。這些連接器中的觸頭規(guī)格可用于不同的線徑和相應(yīng)的電流：18號(hào)美規(guī) (AWG) 線，8A；20號(hào)AWG線，5 A；低至22號(hào)AWG線，3A。

安裝不僅僅事關(guān)電源連接器。為了完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目，Amphenol提供了其他關(guān)鍵組件，包括FLA-2141-30，這是一種符合ANSIC136-41標(biāo)準(zhǔn)的插座，用于將道路、街道和停車場應(yīng)用中的戶外燈具連接到光電池，以實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能（圖8）。除了這種兩觸頭版本，還有無觸頭和四觸頭版本。

圖8：符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的FLA-2141-30調(diào)光插座用于在用戶提供的調(diào)光器和燈具之間提供連接。該產(chǎn)品適用于由可用環(huán)境光控制的智能照明（所示為四觸頭變型）。（圖片來源：ACS）

為了實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的傳感器集成，可以添加一個(gè)FLB-P底座來代替光電池。這樣一來，就可以在印刷電路板上加裝傳感器，實(shí)現(xiàn)其他各種功能，如運(yùn)動(dòng)檢測、空氣質(zhì)量、聲音檢測等。然后可以通過添加FLB-C圓罩來保護(hù)整個(gè)組件。注意：這些產(chǎn)品不適合在室內(nèi)使用。Amphenol還提供了FLB-C70-501-001圓罩，這是一種NEMAANSI C136.41半透明罩，直徑76mm，高130mm，設(shè)計(jì)用于FLB-P底座。

FLA系列調(diào)光插座可與符合ANSI C136.10標(biāo)準(zhǔn)的光電池或蓋帽（開路或短路）一起使用。如需實(shí)現(xiàn)額外傳感器集成，設(shè)計(jì)人員需要：

• FLA插座

• FLB-P底座

• 帶傳感器的電路板

• FLB-C保護(hù)罩

最后，FLS-SB80-02燈具擴(kuò)展模塊 (80mm) 允許將調(diào)光組件提升到FLA系列插座上方，以連接調(diào)光和傳感器模塊。

本文小結(jié)

LED照明已經(jīng)極大地改變了工業(yè)、商業(yè)和住宅的室內(nèi)外照明。它將能效、長壽命和燈具配置的靈活性近乎完美地結(jié)合在一起。為了簡化和加速LED設(shè)計(jì)導(dǎo)入，ACS推出了各種系列的連接器，在滿足室內(nèi)外和IP67級(jí)要求的同時(shí)，也滿足了Zhaga行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高了系統(tǒng)的兼容性和互操作性。

延伸閱讀：

• Amphenol LED照明產(chǎn)品：室內(nèi)外商業(yè)/工業(yè)照明

• 符合ZhagaBook 20標(biāo)準(zhǔn)的FLM系列| 規(guī)格書預(yù)覽

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