使用有線物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的LED,可以更加省電-第 2 部分
將第 1 部分 的概念放在一起,我們希望支持低壓建筑規(guī)范,我們需要 1 美元的微處理器來管理 LED 電流驅(qū)動器,并且我們希望以 99.999%(五個 9)的可靠性進行通信。
無線和電力線通信的可靠性遠不如有線通訊;因此,我們需要專用的有線通信。我們現(xiàn)在假設(shè)它是由 12 VDC 供電的類似 RS485 的 ±data,如下圖 5中的綠色所示。下面以藍色顯示的是兩根大功率電線(例如 48 VDC、110 VAC 或柔性 48 VDC/110 VAC),每個插座支持 12 W。
不要讓 12 VDC 和高功率迷惑您。12 VDC 電源(110 美元)始終處于開啟狀態(tài),并支持在睡眠時消耗 1 mA 電流和在運行時消耗 10 mA 電流的處理器。這樣的電源可能支持分布在 100 m 上的 32 個節(jié)點。另一方面,“高功率”可能僅在需要時打開,以減少未加載時電源模塊消耗的靜態(tài)功率(例如,處理器在不使用時將 48 V 電源模塊完全關(guān)閉)。在典型情況下,48 VDC 將為每個燈泡供電 200 mA,其中一個有四個燈泡分布在 10 m 的18 號電纜上(1000 英尺 160 美元),能量損失為 1.5%(1.5% = 0.75V/48V, 0.75V = 2 × 0.002 × 10 × 2, 0.002 Ω/米線)。
在圖 5 中,主控制被整合在“自動化盒子”中,可能在房子的地下室。注意三個獨立的網(wǎng)絡(luò)從這個盒子發(fā)出。這類似于電源保險絲,其中一個盒子每個房子有 10 到 20 個保險絲,每個保險絲支持不同的布線網(wǎng)絡(luò)(有時稱為電路)。一個房子可能有 10 個低壓電路,每個電路有 5 到 15 個設(shè)備,通過四根線連接(12 VDC ±電源,±數(shù)據(jù))。圖 5 還顯示了驅(qū)動燈具的綠色控制線(12 VDC ±power、±data)和藍色高功率線(例如 48 VDC、110 VAC)。
例如,如果一個燈泡的額定電流為 200 mA,那么人們將通過它連續(xù)泵送 200 mA 的電流以獲得 100% 的功率。要使用脈寬調(diào)制 (PWM) 將該燈泡調(diào)暗至 30% 功率,請在 10 KHz (100 μSec) 周期內(nèi)施加 200 mA 電流 30 μSec 和無電流 70 μSec。
圖 5 中的每個夾具都包含一個約 1 美元的微處理器,例如XMC1302和一個 MOSFET LED 驅(qū)動器。MOSFET 可以以 >3 kHz 的速率開啟和關(guān)閉以產(chǎn)生調(diào)光效果,并且可以調(diào)節(jié)通過 LED 燈串的電流。
基本標(biāo)準(zhǔn)支持所有電源
我們提議的物聯(lián)網(wǎng)基本標(biāo)準(zhǔn)沒有定義電源線。電源可以是固定 24 VDC、固定 48 VDC、固定 110 VAC 或固定 220 VAC。此外,它可以具有靈活的交流或直流電源,可在運行時更改并提供 20 VDC 至 56 VDC、100 VAC 至 240 VAC 或 0 V(關(guān)閉)。后一種選擇(靈活電源)提供了一種直接從 110/220 VAC 電網(wǎng)、48 VDC 太陽能或 48 VDC 電池為設(shè)備供電的方法,無需逆變器。柔性電源的缺點是額外的成本和每個設(shè)備的小功率損耗。優(yōu)點是我們在其他地方節(jié)省了電力和成本。
為了鼓勵采用我們的基本標(biāo)準(zhǔn),我們不會做出權(quán)力決定。例如,制造商 X 銷售一個 LED 插座,該插座連接到±數(shù)據(jù)線并固定為 220 VAC。制造商 Y 做了類似的事情,使用兩條低功率 12 VDC 電線和兩條支持 48 VDC(太陽能、電池)或 110 VAC(電網(wǎng))并在運行時更改的柔性電源線。我們的系統(tǒng)支持這兩種產(chǎn)品。
為什么不用 48 VDC 而不是 12 VDC 為設(shè)備處理器供電?一個 48 V 至 3 V 的開關(guān)電源會占用 PCB 空間,并且在驅(qū)動小功率時效率低下——它會在處理器休眠時消耗靜態(tài)功率?;蛘?,12 V 至 3.3 V 線性電源穩(wěn)壓器體積小、價格便宜,并且在處理器休眠時消耗的能量很少。
IEEE 等行業(yè)組織可以根據(jù)需要輕松添加其他標(biāo)準(zhǔn),以對我們的基本標(biāo)準(zhǔn)提供更多控制。例如,IEEE 可能會使用六線電纜建立一個附加標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)支持±數(shù)據(jù)、12 VDC 始終處于低功耗狀態(tài),以及運行時靈活的 48 VDC 或 110/220 VAC 或 OFF。根據(jù)市場需求,行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之間的對話將產(chǎn)生其他標(biāo)準(zhǔn)。我們從一個基本標(biāo)準(zhǔn)開始,讓行業(yè)從那里建立起來。
在運行時變化的靈活電源似乎難以處理,但接受 110/220 VAC 的開關(guān)電源也可以接受 48 VDC,只要稍作修改。Flex power 使人們能夠直接從電網(wǎng)路由到設(shè)備,直接從 48 VDC 電池路由到設(shè)備,以及直接從太陽能光伏 (PV) 48 VDC 路由到設(shè)備。減少電源和逆變器硬件可降低成本和能耗。此外,這需要設(shè)備、電池和太陽能電池陣列之間的仔細協(xié)調(diào),這超出了本文的范圍。Flex 電源與低功率 12 VDC 很好地配對,因為它確保處理器在 Flex 電源變化時不間斷地運行。缺點是六線而不是四線。
回顧圖 5,除了 LED 燈泡外,該網(wǎng)絡(luò)還連接到墻壁開關(guān)和電動熱窗罩。如果您計算一下我們網(wǎng)絡(luò)的哪個部分最省錢,那就是 2 英寸。(5 厘米)厚的固體泡沫塊,在房間不使用時覆蓋窗戶。我們通過窗戶損失了大量的能量,添加這種能力很容易,因為驅(qū)動電機的電子設(shè)備與驅(qū)動 LED 的電子設(shè)備相似。電工可以使用從天花板上的 LED 插座到窗戶的電纜輕松地將我們的網(wǎng)絡(luò)擴展到電動窗戶。