文 : 吳懷文 /MWEU 產品經理
wen@meanwell.eu

數位照明控制

在歐洲乃至全球，常見的數位照明控制是DALI （數位尋址照明接口），DALI由IEC 62386中的一系列技術標準所規範，標準化確保了來自不同製造商的設備可以相互操作，另一種方法則是使用KNX樓宇自動化照明控制，KNX類同DALI起源於歐洲，總部設立在比利時布魯塞爾，協會除了制定標準與推動綠色節能智慧大樓，所有產品均經過第三方中立測試實驗室的測試，以確保來自不同製造商的設備可以平穩運行，表1是KNX直接照明與利用DALI照明的系統比較表，顯現了使用KNX直接照明是較佳的系統解決方案。

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

最低調光等級

眼無法以線性方式感知光線水平的變化，並且個體之間會出現輕微的感知變化，此響應導致如圖1所示的測量光強度與感知光強度之間的差異。
 

圖1 人眼感受光強與用儀器量測對應圖。來源：經本文作者修改後第9版IESNA照明手冊

明緯 PWM KN系列LED電源供應器提供三種調光曲線：線性、DALI、對數，可於KNX軟體ETS線上數據庫中下載，線性曲線為LED電源供應器輸出與人機控制介面發送的命令相同，DALI曲線基於DALI標準裡的公式，可為用戶提供出色的燈控體驗，這是因為根據DALI標準，上下兩階之間的差異被巧妙設計為定值，並且最小調光級別為0.1％（相當於3％的人眼感受），對數曲線為根據IESNA照明手冊的對數響應，因此對應最小調光級別僅為0.01％ （相當於1％的人眼感受）如圖3所示，因此適合於一些需要極弱光的特殊場合應用，客戶可以自由選擇這三個曲線之一以獲得最佳結果。

圖2 明緯 PWM KN系列LED電源供應器提供三種調光曲線
 

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

 

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


 

PWM調光頻率

恆壓輸出的LED電源供應器光的變化是在一般使用PWM調整輸出電流的佔空比進而產生變化的平均電流來實現(脈衝寬度調製)，PWM為一種有效且精確調光技術因為其可以達成寬範圍調光與輸出較高的頻率，用以避免閃爍(Flicker)或頻閃效應(stroboscopic effect)，同時保持最小的LED的色溫偏移，常見的DALI LED電源供應器具有一個固定的輸出頻率約在幾百赫茲取決於其電路設計，輸出高頻率設計是理想的但電源供應器有可能因高頻而損壞或降低產品信賴度因為高頻代表了於電源供應器內產生更多的切換損失，明緯 PWM KN系列LED電源供應器具有獨特的設計，客戶可自由的於在200Hz至4000Hz 之間更改輸出頻率，這頻率區間不只避免了人眼檢測到可見低於80 Hz頻率的Flicker閃爍，同時輸出4000Hz的PWM頻率不僅滿足2015年IEEE 1789的無風險規範(滿足則須 >3000Hz)亦符合歐盟市場將於2021年九月一號開始強制實施的Ecodesign其中的SVM （頻閃可見性測度）規範，SVM公式顯示了加權所有閃爍頻率分量至2000Hz，這意味著使用4000Hz的PWM遠遠超出了規範所需。

其中C _i 是第i 個傅里葉分量的相對幅度；T _i 是第i 個傅立葉分量頻率下正弦波頻閃效應的可見性許可值
公式1  SVM頻閃可見性測度，取自2021年九月一號於歐盟市場強制實施的Ecodesign

KNX 恆壓輸出LED電源供應器應用

本文介紹四種典型恆壓輸出LED電源供應器應用，首先為LED燈帶應用，其次沿自傳統低壓鹵素燈12Vac供電方式但發光源改為LED技術，第三種為市場上也常見的24Vdc LED投射燈，最後一種為額外加DC-DC電源供應器用於驅動恆流LED燈板，我們首先討論LED燈條的應用。
首先LED電源供應器經ETS程式化後，電源供應器被置於最終應用場合而其輸出與LED燈帶相連接，然後連接KNX控制線以進行控制，當然最後電源供應器需連接至交流電源，當LED電源供應器從按鈕或任何其他KNX輸入設備接收到命令時，燈光將依照指令對應動作為打燈開、關閉、變亮或暗。

圖4 LED燈條應用

第二種應用為驅動用於投射燈照明場合12Vac LED燈，優點包括可以完全替換MR16 低壓鹵素燈，一對一無痛替換、超長壽命、提供基本與可調光版本，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心安全問題，常見燈座尺寸為GU4、GU5.3、G4和G53，因此應用範圍謂廣泛，在KNX系統中傳統方法驅動這些燈的是將相切調光器與電子降壓變壓器一起使用。這種系統複雜且成本高。本文提出解決方案為使用明緯 PWM KN系列LED電源供應器來直接驅動這類型的LED燈具。
如文章末尾的影片所示，KNX直接驅動方式連接非常簡單，且更好的是多組燈可以並聯驅動，須注意的是在使用無調光的燈情況下，僅對LED電源供應器程式化燈開和關功能避免調光以免燈具損壞，無調光的燈具包裝上與規格書上有一個不可調光符號，若燈具為可調光種類，可將LED電源供應器程式化為燈開、關與調光功能，調光範圍還取決於燈具規格，用戶可以使用ETS程式調整電源供應器相關參數以適合其使用，從而獲得最佳性能。
 

第三種投射燈照明應用但驅動源為24Vdc LED燈具，優點為類似於前段描述的12Vac燈具，此外驅動電壓為24Vdc，同瓦數負載電流損耗於傳輸線較小，可使用輸出24V LED電源供應器來實現燈具開、關和調光功能、亦可並聯多組燈具同時控制，影片中演示了一個60瓦LED電源供應器驅動多個24V LED燈具，在需要超低亮度的應用中，LED電源供應器的最小輸出設置可為0.01％。

圖6 驅動24Vdc LED燈的KNX直接電源供應器
 

最後一種應用為驅動恆流LED燈板或燈具，為此需要在恆壓電源供應器和LED之間增加一個DC-DC驅動器，明緯提供LDD、LDB和LDH系列DC-DC驅動器產品，取決應用於是否需要升壓或降壓模式，多組燈具亦可以並聯使用，影片中顯示了兩個恆流的LED面板由一個12V輸出60瓦LED電源供應器搭配兩個獨立的LDB驅動器以提高電壓同時保持輸出恆定電流進行燈光控制。
 

圖7 KNX直接電源供應器加DC/DC驅動器用於恆流LED 面板燈應用
 

結論

本文介紹了使用KNX直接照明系統會比使用KNX搭配DAL的間接照明系統更具優勢，此外明緯PWM KN系列為一款恆電壓源LED電源供應器提供了優異的解決方案，不僅可以避免DALI閘道器與LED電源供應器之間的不兼容問題，而且還提供了更多智能化功能用於現代化樓宇之照明系統，此外使用KNX直接照明系統可避免使用傳統方式的降壓變壓器代表系統建構的成本將大幅降低而同時減少元件亦代表整體信賴度可大幅提升。