集中式远程PWM驱动的户外灯光系统

黄彤光++黄清

摘 要：建筑立面动态照明，常用DMX512灯光控制系统和LED灯具，但户外DMX总线控制的灯具经常会出现电路故障，影响建筑物的整体灯光效果。为此，对系统进行优化设计，把LED灯具改成集中式远程PWM脉宽调制驱动。从系统设计上，降低户外LED灯具的故障率。

关键词：建筑立面；灯光系统；故障率；DMX512；PWM脉宽调制

中图分类号：TN2 文献标识码：A

1 概述

进入21世纪，我国城市夜景照明逐渐受到了人们的高度重视，特别是地标性建筑，立面照明是建筑物在城市地位的象征。

当今建筑立面照明普遍使用DMX512灯光控制系统和LED光源，整个建筑立面少则几百，多则上万个灯具，追求的是一个动态灯光艺术效果。但事物总有两面性，由于户外LED照明的使用环境恶劣，DMX灯光控制系统大量使用LED灯具，不可避免存在较高的故障率。因而经常出现亮化景观的灯光部分缺失，影响建筑的整体艺术效果。因此，用户对灯光系统的稳定性要求很高。

外墙亮化灯具的维修通常需要使用擦窗机或蜘蛛人，通常在工程交付后的5-6年中，大部分灯具内的小功率防水电源都会因零件老化，至少需要更换一次。这5-6年中平均每年的维修费约占照明亮化系统总造价的4%-8%，这是一笔高昂的维保费用。这就提出了如何有效降低建筑外墙DMX512灯光系统的灯具故障率的问题。

2 设计优化方案

针对上述问题，提出了一个从设计上优化DMX512灯光系统，堵住大部分灯具故障的源头，从根本上降低故障率的系统优化方案——集中式远程PWM脉宽调制驱动LED灯光控制系统。

2.1常用的DMX512灯光系统的原理和特点如图1所示.

DMX灯光控制系统的特点是标准化程度高，总线布局线路简单，行业产品互换性好，成为灯光工程最常用的标准接口控制系统。

常用的户外DMX灯具内部构造，通常包括4大部分：①AC220V防水电源；②LED发光组件；③外壳和散热结构；④DMX及LED驱动电路组件。通常LED发光部件在灯具上部，防水电源安装在灯具底部，驱动及通讯控制部分紧靠在电源组件旁。

可以看出，LED灯具内部电路结构较复杂，电源和驱动部分的高压和大电流元件较多，内部发热量较高。而户外安装的LED灯具的使用环境又比较恶劣，灯具需要承受户外高低温的变化，热胀冷缩会降低灯具防水防潮能力，雨水通过气压变化从灯具外壳、防水胶和输入线不断地向灯具内部渗透潮气。酸雨和紫外线会破坏防护材料，造成老化，降低防潮性能，而LED受潮后极易发生故障。较高阻抗的户外DMX总线也容易受到雷电浪涌电压的冲击，对通讯系统造成损害。以上问题都是造成建筑立面DMX灯光系统的LED灯具故障率高的因素。

2.2灯具容易产生故障的部件和原因

①小功率防水电源内部保护电路通常不完善，容易受浪涌电压冲击损坏。②原因是DMX通讯线路阻抗较高，保护电路不完善，容易受到浪涌电压冲击。③LED受潮短路损坏。温度过高或封装缺陷损坏。④外壳和散热结构复杂，防水防潮性能得不到保证，从电线铜芯、防水胶体、结构缝隙进水。

2.3 解决以上问题的优化设计思路

必须把DMX灯具容易产生电路故障的主要因素排除出去，优化其设计方案。具体方法是把灯具内部两部分电路——AC220V防水电源、DMX及LED驱动电路组件从灯具内部移出，集中安装到室内的直流配电箱内。从灯具内部PWM驱动LED，改成远程PWM驱动LED，简化灯具电路。灯具只剩下LED，使户外灯具故障率大幅降低。

同时，数据传输干线上的各个数据分配器加入大功率直流电源和PWM远程驱动电路，变成尺寸较大的直流配电箱。这就是集中式远程PWM驱动的户外灯光系统的设计思路。具体的系统的原理如图2所示。

2.4 优化设计方案改善以下几方面

①灯具内部移除了防水电源、DMX和LED驱动组件两大发热源和故障多发点，降低了灯具故障率。②电源、DMX和LED驱动组件在室内的直流配电箱中可通过集中式防护，减少故障率，更方便随时检修。③选用性能较佳、防护更好的大型开关电源，有效地确保电源系统的长期稳定性。④直流配电箱安装在室内，减少高低温、雷电、雨水和潮湿等户外环境因素对设备的损害，可以降低系统故障率。

2.5 优化设计方案的适用性

下面几种场合，有必要使用上述的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统：

①灯具安装在幕墙玻璃夹层中的灯具，这些灯具与幕墙结合，维修灯具需要拆卸幕墙部件，灯具维修困难。②擦窗机或蜘蛛人无法到达大楼凹陷部位，外墙灯具维修困难。③港澳台和国外的大型亮化照明工程，其售后服务和技术支持的人力成本非常高昂。

2.6 优化设计方案的局限性

但选择该优化设计方案也有一些局限性和技术门槛，工程商必须确认具备以下条件才可实施。

①在裙楼、顶楼、设备层或其他区域必须有适合安装体积较大的直流配电箱的位置，使直流配电箱与最远端灯具间的远程供电线损压降不太大。②每个灯具都需要PWM脉宽调光远程驱动，因此电缆数量较多，在灯具到直流配电箱之间，要有空间安装尺寸较大的线槽。

结语

优化后的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统，在香港和澳门按上述方案设计的多个大型灯光亮化工程的效果来看，户外灯具维修工作量极少。维保服务压力明显降低。实现了从系统设计上堵住大部分户外LED灯具故障的源头，降低建筑外墙亮化灯具故障率的目的。

参 考 文 献

[1]李勋栋，郝洛西.建筑外立面LED照明建筑化应用研究[J].照明工程学报，2009，20（3）：6-11.

[2]王世明.建筑物立面动态灯光效果实现的一种控制方法[J].照明技术与管理， 2011（1）.

[3]胡滨.高层建筑亮化系统控制的设计与实现[J] .信息化研究，2011（06）：70-72.endprint

摘 要：建筑立面动态照明，常用DMX512灯光控制系统和LED灯具，但户外DMX总线控制的灯具经常会出现电路故障，影响建筑物的整体灯光效果。为此，对系统进行优化设计，把LED灯具改成集中式远程PWM脉宽调制驱动。从系统设计上，降低户外LED灯具的故障率。

关键词：建筑立面；灯光系统；故障率；DMX512；PWM脉宽调制

中图分类号：TN2 文献标识码：A

1 概述

进入21世纪，我国城市夜景照明逐渐受到了人们的高度重视，特别是地标性建筑，立面照明是建筑物在城市地位的象征。

当今建筑立面照明普遍使用DMX512灯光控制系统和LED光源，整个建筑立面少则几百，多则上万个灯具，追求的是一个动态灯光艺术效果。但事物总有两面性，由于户外LED照明的使用环境恶劣，DMX灯光控制系统大量使用LED灯具，不可避免存在较高的故障率。因而经常出现亮化景观的灯光部分缺失，影响建筑的整体艺术效果。因此，用户对灯光系统的稳定性要求很高。

外墙亮化灯具的维修通常需要使用擦窗机或蜘蛛人，通常在工程交付后的5-6年中，大部分灯具内的小功率防水电源都会因零件老化，至少需要更换一次。这5-6年中平均每年的维修费约占照明亮化系统总造价的4%-8%，这是一笔高昂的维保费用。这就提出了如何有效降低建筑外墙DMX512灯光系统的灯具故障率的问题。

2 设计优化方案

针对上述问题，提出了一个从设计上优化DMX512灯光系统，堵住大部分灯具故障的源头，从根本上降低故障率的系统优化方案——集中式远程PWM脉宽调制驱动LED灯光控制系统。

2.1常用的DMX512灯光系统的原理和特点如图1所示.

DMX灯光控制系统的特点是标准化程度高，总线布局线路简单，行业产品互换性好，成为灯光工程最常用的标准接口控制系统。

常用的户外DMX灯具内部构造，通常包括4大部分：①AC220V防水电源；②LED发光组件；③外壳和散热结构；④DMX及LED驱动电路组件。通常LED发光部件在灯具上部，防水电源安装在灯具底部，驱动及通讯控制部分紧靠在电源组件旁。

可以看出，LED灯具内部电路结构较复杂，电源和驱动部分的高压和大电流元件较多，内部发热量较高。而户外安装的LED灯具的使用环境又比较恶劣，灯具需要承受户外高低温的变化，热胀冷缩会降低灯具防水防潮能力，雨水通过气压变化从灯具外壳、防水胶和输入线不断地向灯具内部渗透潮气。酸雨和紫外线会破坏防护材料，造成老化，降低防潮性能，而LED受潮后极易发生故障。较高阻抗的户外DMX总线也容易受到雷电浪涌电压的冲击，对通讯系统造成损害。以上问题都是造成建筑立面DMX灯光系统的LED灯具故障率高的因素。

2.2灯具容易产生故障的部件和原因

①小功率防水电源内部保护电路通常不完善，容易受浪涌电压冲击损坏。②原因是DMX通讯线路阻抗较高，保护电路不完善，容易受到浪涌电压冲击。③LED受潮短路损坏。温度过高或封装缺陷损坏。④外壳和散热结构复杂，防水防潮性能得不到保证，从电线铜芯、防水胶体、结构缝隙进水。

2.3 解决以上问题的优化设计思路

必须把DMX灯具容易产生电路故障的主要因素排除出去，优化其设计方案。具体方法是把灯具内部两部分电路——AC220V防水电源、DMX及LED驱动电路组件从灯具内部移出，集中安装到室内的直流配电箱内。从灯具内部PWM驱动LED，改成远程PWM驱动LED，简化灯具电路。灯具只剩下LED，使户外灯具故障率大幅降低。

同时，数据传输干线上的各个数据分配器加入大功率直流电源和PWM远程驱动电路，变成尺寸较大的直流配电箱。这就是集中式远程PWM驱动的户外灯光系统的设计思路。具体的系统的原理如图2所示。

2.4 优化设计方案改善以下几方面

①灯具内部移除了防水电源、DMX和LED驱动组件两大发热源和故障多发点，降低了灯具故障率。②电源、DMX和LED驱动组件在室内的直流配电箱中可通过集中式防护，减少故障率，更方便随时检修。③选用性能较佳、防护更好的大型开关电源，有效地确保电源系统的长期稳定性。④直流配电箱安装在室内，减少高低温、雷电、雨水和潮湿等户外环境因素对设备的损害，可以降低系统故障率。

2.5 优化设计方案的适用性

下面几种场合，有必要使用上述的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统：

①灯具安装在幕墙玻璃夹层中的灯具，这些灯具与幕墙结合，维修灯具需要拆卸幕墙部件，灯具维修困难。②擦窗机或蜘蛛人无法到达大楼凹陷部位，外墙灯具维修困难。③港澳台和国外的大型亮化照明工程，其售后服务和技术支持的人力成本非常高昂。

2.6 优化设计方案的局限性

但选择该优化设计方案也有一些局限性和技术门槛，工程商必须确认具备以下条件才可实施。

①在裙楼、顶楼、设备层或其他区域必须有适合安装体积较大的直流配电箱的位置，使直流配电箱与最远端灯具间的远程供电线损压降不太大。②每个灯具都需要PWM脉宽调光远程驱动，因此电缆数量较多，在灯具到直流配电箱之间，要有空间安装尺寸较大的线槽。

结语

优化后的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统，在香港和澳门按上述方案设计的多个大型灯光亮化工程的效果来看，户外灯具维修工作量极少。维保服务压力明显降低。实现了从系统设计上堵住大部分户外LED灯具故障的源头，降低建筑外墙亮化灯具故障率的目的。

参 考 文 献

[1]李勋栋，郝洛西.建筑外立面LED照明建筑化应用研究[J].照明工程学报，2009，20（3）：6-11.

[2]王世明.建筑物立面动态灯光效果实现的一种控制方法[J].照明技术与管理， 2011（1）.

[3]胡滨.高层建筑亮化系统控制的设计与实现[J] .信息化研究，2011（06）：70-72.endprint

摘 要：建筑立面动态照明，常用DMX512灯光控制系统和LED灯具，但户外DMX总线控制的灯具经常会出现电路故障，影响建筑物的整体灯光效果。为此，对系统进行优化设计，把LED灯具改成集中式远程PWM脉宽调制驱动。从系统设计上，降低户外LED灯具的故障率。

关键词：建筑立面；灯光系统；故障率；DMX512；PWM脉宽调制

中图分类号：TN2 文献标识码：A

1 概述

进入21世纪，我国城市夜景照明逐渐受到了人们的高度重视，特别是地标性建筑，立面照明是建筑物在城市地位的象征。

当今建筑立面照明普遍使用DMX512灯光控制系统和LED光源，整个建筑立面少则几百，多则上万个灯具，追求的是一个动态灯光艺术效果。但事物总有两面性，由于户外LED照明的使用环境恶劣，DMX灯光控制系统大量使用LED灯具，不可避免存在较高的故障率。因而经常出现亮化景观的灯光部分缺失，影响建筑的整体艺术效果。因此，用户对灯光系统的稳定性要求很高。

外墙亮化灯具的维修通常需要使用擦窗机或蜘蛛人，通常在工程交付后的5-6年中，大部分灯具内的小功率防水电源都会因零件老化，至少需要更换一次。这5-6年中平均每年的维修费约占照明亮化系统总造价的4%-8%，这是一笔高昂的维保费用。这就提出了如何有效降低建筑外墙DMX512灯光系统的灯具故障率的问题。

2 设计优化方案

针对上述问题，提出了一个从设计上优化DMX512灯光系统，堵住大部分灯具故障的源头，从根本上降低故障率的系统优化方案——集中式远程PWM脉宽调制驱动LED灯光控制系统。

2.1常用的DMX512灯光系统的原理和特点如图1所示.

DMX灯光控制系统的特点是标准化程度高，总线布局线路简单，行业产品互换性好，成为灯光工程最常用的标准接口控制系统。

常用的户外DMX灯具内部构造，通常包括4大部分：①AC220V防水电源；②LED发光组件；③外壳和散热结构；④DMX及LED驱动电路组件。通常LED发光部件在灯具上部，防水电源安装在灯具底部，驱动及通讯控制部分紧靠在电源组件旁。

可以看出，LED灯具内部电路结构较复杂，电源和驱动部分的高压和大电流元件较多，内部发热量较高。而户外安装的LED灯具的使用环境又比较恶劣，灯具需要承受户外高低温的变化，热胀冷缩会降低灯具防水防潮能力，雨水通过气压变化从灯具外壳、防水胶和输入线不断地向灯具内部渗透潮气。酸雨和紫外线会破坏防护材料，造成老化，降低防潮性能，而LED受潮后极易发生故障。较高阻抗的户外DMX总线也容易受到雷电浪涌电压的冲击，对通讯系统造成损害。以上问题都是造成建筑立面DMX灯光系统的LED灯具故障率高的因素。

2.2灯具容易产生故障的部件和原因

①小功率防水电源内部保护电路通常不完善，容易受浪涌电压冲击损坏。②原因是DMX通讯线路阻抗较高，保护电路不完善，容易受到浪涌电压冲击。③LED受潮短路损坏。温度过高或封装缺陷损坏。④外壳和散热结构复杂，防水防潮性能得不到保证，从电线铜芯、防水胶体、结构缝隙进水。

2.3 解决以上问题的优化设计思路

必须把DMX灯具容易产生电路故障的主要因素排除出去，优化其设计方案。具体方法是把灯具内部两部分电路——AC220V防水电源、DMX及LED驱动电路组件从灯具内部移出，集中安装到室内的直流配电箱内。从灯具内部PWM驱动LED，改成远程PWM驱动LED，简化灯具电路。灯具只剩下LED，使户外灯具故障率大幅降低。

同时，数据传输干线上的各个数据分配器加入大功率直流电源和PWM远程驱动电路，变成尺寸较大的直流配电箱。这就是集中式远程PWM驱动的户外灯光系统的设计思路。具体的系统的原理如图2所示。

2.4 优化设计方案改善以下几方面

①灯具内部移除了防水电源、DMX和LED驱动组件两大发热源和故障多发点，降低了灯具故障率。②电源、DMX和LED驱动组件在室内的直流配电箱中可通过集中式防护，减少故障率，更方便随时检修。③选用性能较佳、防护更好的大型开关电源，有效地确保电源系统的长期稳定性。④直流配电箱安装在室内，减少高低温、雷电、雨水和潮湿等户外环境因素对设备的损害，可以降低系统故障率。

2.5 优化设计方案的适用性

下面几种场合，有必要使用上述的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统：

①灯具安装在幕墙玻璃夹层中的灯具，这些灯具与幕墙结合，维修灯具需要拆卸幕墙部件，灯具维修困难。②擦窗机或蜘蛛人无法到达大楼凹陷部位，外墙灯具维修困难。③港澳台和国外的大型亮化照明工程，其售后服务和技术支持的人力成本非常高昂。

2.6 优化设计方案的局限性

但选择该优化设计方案也有一些局限性和技术门槛，工程商必须确认具备以下条件才可实施。

①在裙楼、顶楼、设备层或其他区域必须有适合安装体积较大的直流配电箱的位置，使直流配电箱与最远端灯具间的远程供电线损压降不太大。②每个灯具都需要PWM脉宽调光远程驱动，因此电缆数量较多，在灯具到直流配电箱之间，要有空间安装尺寸较大的线槽。

结语

优化后的集中式远程PWM驱动LED户外灯光系统，在香港和澳门按上述方案设计的多个大型灯光亮化工程的效果来看，户外灯具维修工作量极少。维保服务压力明显降低。实现了从系统设计上堵住大部分户外LED灯具故障的源头，降低建筑外墙亮化灯具故障率的目的。

参 考 文 献

[1]李勋栋，郝洛西.建筑外立面LED照明建筑化应用研究[J].照明工程学报，2009，20（3）：6-11.

[2]王世明.建筑物立面动态灯光效果实现的一种控制方法[J].照明技术与管理， 2011（1）.

[3]胡滨.高层建筑亮化系统控制的设计与实现[J] .信息化研究，2011（06）：70-72.endprint