摘要： 为了实现节能环保，政府机构、电力公司或商业企业都在努力构建联网的LED街灯智能控制系统或智能楼宇控制系统，利用系统中集成的环境光/距离传感器，根据环境光的亮度和占用情况等信息来自动调节LED的光输出。本文重点阐述了先进通讯方案以及传感器、KNX收发器及保护解决方案，并有助于降低照明网络的总能耗和费用支出，实现功能强大和环保的LED照明系统。
关键词： LED街灯 智能控制 KNX收发器 保护方案
智能照明(Smart Lighting)涉及通信和传感功能，能够进行远程控制(开启或关闭、调光或改变颜色)和监控(远程诊断)建筑物、街道或家里的一个或多个灯具。智能照明也为灯具提供信息，使它能根据使用或环境光线等情况进行亮度调节。另一方面，高亮度白光LED非常适合区域照明应用，具有方向性好、色彩质量佳、环保等特点，并且能够很方便地开启和关闭，便于自动检测环境光来改变亮度，使其在智能LED街灯等应用中越来越受瞩目。
智能照明的通信可用无线或现有的电力线基础设施实现。电力线是世界上最大的铜基础设施，家庭或办公楼的每个角落都有电源插座，使之成为一个覆盖范围极为广泛的网络。鉴于所有照明灯具都是连接到电力线将电力转换成光，电力线通信(PLC)已成为智能照明主要通信和控制链路的合理途径。
PLC调制解调器(如：AMIS-49587)、PLC线路驱动器(如：NCS5650)和诸如NOA1302这样的环境光传感器，可基于电力线轻松构建联网型LED街灯智能控制系统，有助于市政、电力公司和商业企业远程调节灯具的光输出，减少网络的整体能耗。此外，在楼宇智能温度调节及灯光控制应用中，也可在双绞线布线上使用KNX收发器，利用KNX网络进行照明控制。
一、符合国际标准、获得市场验证的PLC调制解调器
电力线通信有助于公用事业公司为其配电网络增加更高级别的功能，从而让消费者更能掌控自己的能耗。扩频型频移键控(S-FSK) PLC调制解调器型号有AMIS30585、AMIS49587和NCN49597等（如图1）。其中，AMIS-30585和AMIS-49587均基于ARM7内核微控制器(MCU)，仅支持AC工作，每通道最大波特率分别为1.2 k和2.4 k；而NCN49597基于ARM Cortex M0内核MCU，同时支持AC及DC工作，每通道最大波特率达4.8 k，支持Cenelec A、B、C及D波段，且提供可编程软件。这些强固的窄带PLC调制解调器嵌入了PHY+MAC，符合严格的国际标准(FCC、CENELEC、IEC61334-5-1)，可在低压和中压网络上运行，提供最佳的物料单(BOM)成本和极低的能耗。
二、KNX收发器及评估板
KNX是一个符合智能楼宇标准基于开放式系统互连(OSI)的网络通信协议，并融合了三个标准，包括欧洲家庭系统协议(EHS)、BatiBUS和欧洲安装总线(EIB或Instabus)。KNX支持的开放标准包括：EN50090欧洲标准、ISO/IEC14543-3国际标准、GB/Z 20965中国标准、ANSI/ASHRAE135美国标准。
KNX收发器有NCN5120、NCN5121、NCN5110和NCN5111等见表一，可用于连接电器和传感器，为建筑物内9600波特KNX双绞线(TP)总线提供温度及光线控制。双绞线总线可提供数据通信和电力供应，其通信架构见图2。
三、运动检测器无源红外控制器(PIR)
NCS36000无源红外控制器用于照明和占用情况感测，可放大和调节来自PIR传感器的信号。该器件的工作电压为3.0至5.75 V，集成了低噪声二级放大器，由内部参考电压驱动传感器采用带外部RC的内部振荡器，具有单或双脉冲检测功能；数字滤波器可最大限度地减少误报，并直接驱动LED和继电器。该器件是一个非常灵活的解决方案，用户可以自定义数字滤波和模拟处理，适用于各种传感器，BOM成本低于同类分立式解决方案。
四、环境光及距离传感器
环境光传感器也是构建智能照明的重要元器件，设计灵活，可以根据需要在EEPROM中调整，定制过滤0.0125勒克斯检测(即明视光响应)；另外具有暗电流和温度补偿、最低每分辨率位功耗、高速模式的I2C接口，在断电时也不会影响总线工作。
环境光传感器包括数字输出(如：NOA1302、NOA1305)和模拟输出(如：NOA1211)类型（见图3）。这些光传感器的工作电流极低，在100lm光输出条件下分别仅为58 μA、550 μA和115 μA。
另外环境光传感器(如：NOA1302)和PIR检测器(如：NCS36000)也可以用来控制灯具的光输出。同样可以采用距离传感器，如：NOA3301、NOA3402、NOA2301、NOA2302及NOA3309等。
五、LED串保护方案
驱动LED的首选方法是串联LED串，以使LED串中的电流匹配达到相同的亮度。虽然LED非常可靠，但如果任何一个LED失效开路，由于LED串是串联的，整串LED就会熄灭，这是街道照明等讲究高可靠性应用所不能接受的。为了解决这个问题，可以用NUD4700跨接在每个LED上，这个分流旁路保护器可在一个LED失效开路时，确保LED串的其余部分一直点亮（见图4）。NUD4700具有高通态电流能力和低断态泄漏，如果LED恢复，可自动复位到关闭状态，且可重复响应时间很短。其高可靠性有助于延长LED串和灯具寿命，使LED串能够在高电流条件下工作，因此适合路灯、隧道照明、建筑照明、高顶灯照明，以及列车和跑道灯等高可靠性应用。
六、高亮度LED模块内ESD保护
在装配过程和最终用户操作过程中，敏感的HB LED裸片很容易受到有害静电放电(ESD)的影响。此外，在灯和灯具装配过程中，HB LED模块易受高压ESD的影响，而可能导致损坏。
用于光学头罩内与HB LED联合封闭的裸片级ESD保护产品，其模块内硅瞬态电压抑制器(TVS)裸片可提供所需的保护，以消除故障，有助于为各种应用创建强固的HB LED模块。模块内硅TVS裸片有两种：分装式(sub-mounted)保护器和侧装式(side-mounted)裸片。CM1771是一款100 V相向(back-to-back)静电放电(ESD)保护器件，采用专有的侧装式构造，能够承受高水平ESD冲击，而且占位面积小且高度低，可在模块组装过程和灯具装配过程中保护HB LED裸片和HB LED模块，防止出现故障。