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  • 美规0-10V调光控制线的颜色要求

    0-10V调光最初是为荧光灯照明系统开发的控制技术,因实际效果差强人意,再加上成本等因素的影响,并未获得广泛应用。近年来,随着LED照明市场的兴起,0-10V调光技术在照明系统中表现出稳定可靠的特性,已经成为商场、厂房、办公室等照明环境的标准配置,并逐渐被家用照明市场所接受。

    1. 美国的电线颜色编码

     美国消防协会(National Fire Protection Association,简称NFPA)制定的NFPA 70(National Electrical Code,国家电气规程,简称NEC)是全美电气和通信行业普遍遵循的电工法规,该法规对公共和私人住所、庭院、车库、办公大楼、仓库等环境的线路连接、电气安装、管道铺设和验收检查制定了详细要求,以保护人员和财产安全。

    其中,NEC法规对电气系统的导线颜色制定了一套可遵循的标准代码,以确保全国电气系统的标准化并易于操作。以下电线颜色通常用于“分支电路”中,即最后的保护装置(如断路器)和负载(如工具、电器或灯具)之间的接线。其中120V/208V/240V低压系统通常用在家庭和办公室环境中,277V/480V高压系统通常用于商业、工业和耗能设备。

    2. 当前的控制线颜色

    在北美,商业照明系统普遍使用0-10V模拟信号进行调光控制,以实现不同的照明氛围。0-10V驱动器通过两条控制线和外部调光器或控制器连接,当控制电压为不同数值时,驱动器可以输出不同的电流等级,从而实现调光效果。通常,0V时灯光最暗或关闭,10V时灯光最亮。

    对于控制导线的颜色选择,当前照明行业遵循UL8750 SF4.2条款的要求,即:控制电路的导线不应是白色、绿色或带黄色条纹的绿色,但根据工业或专用控制电路协议,控制电路引线为灰色时,市电中性线(零线)应为白色。

    SF4.2 Control circuit lead wires shall be a color other than white, green, or green with yellow stripe. When a control circuit lead wire is grey based on industry or proprietary control circuit protocols, the branch circuit grounded conductor (common or neutral) shall be white.

    基于此,照明行业普遍将0-10V调光线设置为紫色(正极)和灰色(负极),市电输入线设置为黑色(相线)和白色(中性线),这一做法已在照明行业持续多年。

    常见的灯具接线图如下,需要电工现场连接的5根电线分别为相线(黑色)、中性线(白色)、地线(绿色)、调光线正极(紫色)和调光线负极(灰色)。至于连接到LED灯板的导线则由灯具工厂处理,不需要电工现场接线。

    3. 存在的问题

    由于市场上的0-10V调光驱动器通常用于商业照明,而按照NFPA 70第200.7条的规定,277V/480V商业电压系统的中性线应为灰色。所以,当灰色调光线出现在商业照明的现场接线中,有可能被电工误认为是277V电源的中性线,这种颜色混淆可能产生潜在危害。

    如果灰色调光线被错误地接至中性线,通常还会导致其他导线接错,灯具系统可能出现灯光闪烁、跳闸、烧毁驱动器等意外情况。特别是调光线接入一个灯具群组时,如果其中一个或多个灯具出现接线错误,甚至会出现无法解释的异常现象,需耗费大量的人力物力进行排查。最为严重的情况是中性线上意外出现的电流,对生命安全造成极大威胁。在美国的电工安装行业,因误接灰色调光线导致的事故时有发生。因此,没有理由继续使用灰色导线作为调光控制线。在达成行业共识后,NFPA立即启动了对电工法规的修订工作。

    4. 新的颜色识别要求

    针对导线颜色混淆的问题,NFPA 70 在2020版新增第410.69条:控制线绝缘层的识别,明确了对控制线的颜色要求。

    410.69 Identification of Control Conductor Insulation. Where control conductors are spliced, terminated, or connected in the same luminaire or enclosure as the branch-circuit conductors, the field-connected control conductor shall not be of a color reserved for the grounded branch-circuit conductor or the equipment grounding conductor. This requirement shall become effective January 1, 2022.

    Informational Note: See 200.6 for identification of grounded conductor and 250.119 for identification of equipment grounding conductor.

    Exception: A field-connected gray-colored control conductor shall be permitted if the insulation is permanently re-identified by marking tape, painting, or other effective means at its termination and at each location where the conductor is visible and accessible. Identification shall encircle the insulation and shall be a color other than white, gray, or green.

    按照NFPA 70第410.69条的要求,如果控制线与分支电路导线在同一个灯具或外壳内连接时,需要现场接线的控制线不能是分支电路的中性线 (白色或灰色)或设备地线(绿色或绿色带黄色条纹)预留的颜色。因此,制造商必须改变控制线的颜色,以确保灰色或白色电线只用于市电中性线。新要求从2022年1月1日起生效,将对驱动器的产品设计、灯具接线图等产生相应影响。

    NFPA 70第410.69条还规定了例外情况,如果在控制线末端、导体可见和可接近的每个位置通过标记带、涂色或其他有效方法进行永久性重新标识,则允许使用灰色导线。永久性标识应包围导线的绝缘层,并且不能是白色、灰色或绿色。

    对于法规生效前进入美国市场的照明电器,可以在安装现场对控制线进行重新标识,以通过验收检查。重新识别是美国电工法规接受的普遍做法,可以减少新旧规则更替时的行业困扰。

    5. 最终解决方法

    NFPA 70的新规没有指定控制线究竟使用哪种具体颜色,这有可能给制造商带来新的混乱。针对这一情况,美国国家电气制造商协会(NEMA)发布了一项新标准NEMA 100-2021(Wire Insulation Colors for Lighting Systems,照明系统的电线绝缘颜色),规定了控制线的颜色要求,建议用粉红色(Pink)取代目前使用的灰色作为负极,同时澄清了另一条控制线正极的颜色是紫罗兰色(Violet)而非泛称紫色(Purple)。

    NEMA 100-2021的颜色要求参考ISO/CIE 11664-4:比色法-第4部分:CIE 1976 L*A*B*均匀颜色空间,示例如下:

    受此影响,照明系统中的灯具、驱动器、调光器、传感器及其他配套设备的控制线颜色应做相应修改。 NEMA建议制造商尽快采取改变措施,以满足新版NFPA 70的要求,促进行业一致性。

  • Power Integrations公司的LED照明产品参考设计

    Power Integrations

    Power Integrations公司是用于高能效电源转换的高压模拟集成电路业界的领先供应商。由于Power Integrations公司在高压集成电路方面所取得的技术创新,实现了尺寸小、结构紧凑、用于各种电子产品的高效率电源,包括用于LED照明、手机充电器、计算机、LCD电视、DVD播放器、机顶盒、家用电器、电信网络设 (更多…)

  • 阻容降压式电源

    cr-power

    将交流市电转换为低压直流电的方法包括电阻降压、电容降压、变压器降压和开关电源降压等多种方法,其中阻容降压电源的体积小、成本低,是一种简单实用的电源电路,在一些低成本的小夜灯和LED球泡灯中应用较多。

    1. 电路原理

     

    图1-a是电容降压电源原理电路,C1是降压电容,D2为半波整流二极管,D1在市电的负半周时给C1提供放电回路,D3是稳压二极管,R1为C1的电荷泄放电阻,C2是滤波电容。在实际应用时,采用图1-b所示的电路还可以节省一只二极管。图1-c是改进电路,增加一只限流电阻,提高了电路的安全性。采用图1-c所示的桥式整流电路,可以获得两倍于半波整流型电路的输出电流,但因为是浮地工作,稳定性和安全性都要较低。

    电容降压实际上是利用容抗限流,降压电容的容量越大,容抗就越小,其充放电电流也越大。这个充放电电流就是向负载提供的电流。因为流过电容的电流所作的功为无功功率,所以在电容器上几乎不会产生功耗。

    使用电容降压作整流电路时,向负载提供的电流就是流过降压电容的充放电电流。输出电流与降压电容成正比,电容容量越大,容抗越小,其充、放电电流越大。当需要获得较大电流时,可采用图1-e所示的电路,降压电容由两只电解电容组成,D3、D4用来保护电解电容,防止被反向电压击。

    当降压电容确定以后,输出电流就近似于一个恒定值,若负载消耗不完,多余的电流就会流过稳压管,当这个分流大于稳压管的最大允许电流时,稳压管就会烧毁。

    电容降压电源在未经稳压时的直流电压通常在30V以上,并且会随负载电流的变化发生很大的波动,负载越小输出电压越低,负载越大输出电压也越高,这是因为此类电源内阻很大的缘故所致,故不适合大电流供电或动态负载的应用场合。

    2. 元器件的选择

    降压电容  为确保工作可靠,降压电容必须采用金属化薄膜电容,其耐压选择应大于两倍的电源电压。降压电容的大小应根据负载电流来选择,当电容太大,使负载电流小于充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流太小就容易烧毁。
    泄放电阻  泄放电阻的选择必须保证在要求的时间内泄放掉降压电容上的电荷,其耐压必须大于交流输入电压的峰值。
    限流电阻  限流电阻的取值不能太大,否则会增加损耗。
    整流二极管  普通的整流二极管都能满足电路需要。
    滤波电容  滤波电容越大,输出电压中脉动成分越少,滤波效果越好,其耐压值最好大于稳压管稳压值的两倍。
    稳压管  当负载完全开路时,充放电电流将通全部过稳压管,这时稳压管的工作状态最恶劣,所以稳压管的最大稳定电流应该大于充放电电流。当负载接入时,除去负载上消耗的工作电流外,多余电流将通过稳压管,所以稳压管的最小稳定电流又不得小于这个值,否则将失去稳压作用。

    3. 设计举例

    图1-b 中,已知C1为0.68μF,交流输入为220V/50Hz,求电路能供给负载的最大电流。

    C1在电路中的容抗为:

    cr-power-3

    流过电容器C1的充电电流为:

    cr-power-4

    限流电阻的选择:若限流电阻为68Ω,则其功耗为:

    cr-power-5

    R1上的压降为9.3V,则损耗为0.86瓦,可以取100欧姆1瓦的电阻。

    在220V50Hz的市电下,通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为:C=14.5 I,其中C的容量单位是μF,Io的单位是A。

    使用电容降压电路时,需要注意以下事项:

    1)先确定负载电流的大小再选取电容值,避免充放电电流太大,有效保护稳压管。
    2)要确保稳压管的功耗足够,通常选择1W以上。
    3)降压电容的耐压要大于市电的峰值电压,最好用在630V以上的金属化薄膜电容。
    4)限流电容必须接于火线。并且必须并联一只510K-1M的放电电阻。
    5)电容降压式电源是一种非隔离电源,在使用时要注意隔离和绝缘,防止触电。
    6)电容降压不适合动态负载,也不适合容性和感性负载。
    7)电容降压电路中,尽量避免采用桥式整流方式。
    8)限流电阻取几十到几百欧姆,并要留足功率余量,一般要求1W以上。