燈單元電源系統的制作方法

燈單元電源系統的制作方法
【專利摘要】公開一種用于點亮LED燈單元5的電源系統，其具有：正常操作模式，其中LED燈單元的驅動器3的電力線輸入端4由電力線電源1供電；和緊急操作模式，其中LED燈單元由電荷儲存裝置19供電。該系統包括:緊急模式轉換器21，其可操作以提高來自電荷儲存裝置的電壓并對電力線驅動器輸入端供電以點亮LED燈單元。
【專利說明】燈單元電源系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于點亮LED燈單元的電源系統和方法，其具有：正常操作模式，其中 通過電力線電力向LED燈單元的驅動器的電力線輸入端供電；和緊急操作模式，其中由電 荷儲存裝置向LED燈單元供電。

【背景技術】
[0002] 已知用于提供常規照明和緊急照明這二者的照明系統的各種設備。這種緊急照明 旨在當常規照明因為常規照明的直接電力線電源不再可用或發生故障而不再起作用時激 活。緊急照明通常通過電池或其它能量存儲裝置供電。常規照明由開關控制，用戶（或控 制系統）可通過開關來控制是否點亮照明。一般來說，緊急照明旨在當按照一些方式檢測 到用于常規照明的電力線電力不存在或電力線電力故障時自動點亮。緊急照明可用于允許 從建筑物中逃生，否則由于常規照明不起作用，建筑物將處于黑暗。
[0003] 可認為包括緊急照明和常規照明的照明系統具有兩種操作模式。在正常模式中， 當直接電力線電源正常操作時（在正常電壓范圍內），通過開關控制的切換的電力線輸入 被監測，并且根據切換的電力線輸入將燈點亮或熄滅。在緊急模式中，當電力線電源不再可 用或者發生故障（在正常電壓范圍之外）時，燈利用來自電池或其它存儲元件的電力被自 動點亮，與切換的電力線輸入端的狀態無關。
[0004] 緊急照明和常規照明可共享組件。例如，同一燈（諸如氣體放電燈或發光二極管） 可用于常規照明和緊急照明這二者。也可共享其它組件。然而，其中同一 LED燈單元用于 正常模式和緊急模式這二者中的已知布置方式除在正常模式下從電力線驅動LED燈單元 的電力線驅動器之外還需要在緊急模式下從電池驅動LED燈單元的單獨的驅動器。使用單 獨的驅動器是因為電池和電力線電力具有大不相同的特性。設置兩個驅動器在成本和空間 原因方面是不利的。另外，對在緊急模式下從電池驅動LED燈單元的單獨的驅動器的需要 使得難以將緊急模式功能加至現有照明系統。


【發明內容】

[0005] 在一個方面，本發明提供了一種用于點亮LED燈單元的電源系統，其具有：正常操 作模式，正常操作模式，其中由電力線電力對所述LED燈單元的驅動器的電力線輸入端供 電；和緊急操作模式，其中由電荷儲存裝置向所述LED燈單元供電，其特征在于，該系統包 括緊急模式轉換器裝置，其可操作以提高來自所述電荷儲存裝置的電壓并對所述電力線輸 入端供電以點亮所述LED燈單元。
[0006] 電荷儲存裝置可以是電池或電容器。
[0007] 緊急模式轉換器裝置可以包括：升高轉換器（有利的是，隔離式升高轉換器），其 提供處于正常電力線電平的DC輸出，從而使得正常LED驅動器由用于緊急期間的電荷儲存 裝置供電。緊急模式轉換器裝置可以包括升高轉換器（有利的是隔離式升高轉換器），其提 供與正常電力線電平不同電平的DC輸出，但是仍使得正常LED驅動器能夠由用于緊急期間 的電荷儲存裝置供電。
[0008] 緊急模式轉換器裝置可以包括反激式（flyback)或正向或推挽式或半橋式轉換 器或降升壓（buck-boost)或SEPIC(單端初級電感轉換器）轉換器而不是包括升高轉換 器。
[0009] 該系統可以包括：可控開關裝置，其可操作以選擇性地在正常模式下將電力線電 力提供至驅動器的電力線輸入端，并且在緊急模式下將電荷儲存裝置的電力提供至驅動器 的電力線輸入端。這樣，驅動器和燈單元可在正常模式和緊急模式這二者下被供電。可按 照可實現電荷儲存裝置的固定放電電流的方式來控制緊急模式轉換器。
[0010]當從電荷儲存裝置供應電力時，可以使用諸如DALI的信令或DC軌道的自動檢測 來降低電力線LED驅動器中的功率。實施方式通過在緊急模式期間利用現有的LED驅動器 (轉換器），提供了靈活性和快速推向市場的優點。
[0011] 在另一方面，本發明提供了一種如權利要求中限定的用于點亮LED燈單元的供電 方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 為了更好地理解本發明，現在將參照附圖通過舉例的方式描述實施方式，其中：
[0013] 圖1示意性地示出了提供正常模式和緊急照明模式二者的照明設備的元件。

【具體實施方式】
[0014] 圖1示意性地示出了提供正常模式和緊急照明模式這二者的照明設備的元件。直 接電力線AC電力1在正常模式下向被優化用于電力線電源1(例如，EU的230伏特、50Hz) 的驅動器3提供電力。
[0015] 當電力線繼電器7閉合時，在電力線輸入端4向驅動器3供應電力。控制部8監 測電力線AC電源1。如果控制部8檢測到電力線AC電源1中斷，或者如果確定其發生故障 (在可接受的值范圍外操作），則控制部8可以向繼電器控制線9提供適當信號以將電力線 繼電器7斷開且將緊急繼電器11閉合。緊急繼電器11允許在緊急模式下驅動燈5。驅動 器3優選地是通過僅當電力線AC電力可用時閉合的電力線繼電器7連接至電力線AC電力 的獨立驅動器。在優選實施方式中，在驅動器3與緊急照明模塊12之間無額外連接。
[0016] 為了提供緊急模式，除電力線繼電器7、繼電器控制線9和緊急繼電器11之外， 緊急照明模塊12還包括平滑輸入濾波器13、整流器15 (通常為橋式整流器）、電池充電器 17 (例如，SELV (安全特低壓）隔離式DC-DC轉換器、反激式轉換器）、電池19和升高轉換器 21。為了安全考慮，電池充電器17可以提供在AC電力線電源1與電池19之間的電隔離。 轉換器21可以相似地提供電池19與燈5的電隔離。
[0017] 電池19可以包括多個單元。可以使用其它能量儲存裝置而不是電池19。
[0018] 當電力線AC電力1正常操作（并且燈5由AC電力1供電）時，電池19可被電池 充電器17充電（連續地充電或當要求時充電）。當電力線AC電力1正常操作并且LED由 標準LED驅動器3饋電時，電力線繼電器7閉合。當控制部8檢測到AC電力1中斷（或發 生故障）時，緊急繼電器11閉合（電力線繼電器7斷開），并且驅動器3利用來自電池19 的電力點亮燈5。
[0019] 如上所討論的，圖1所示的照明設備包括控制部8,該控制部8檢測何時AC電力 線電源1存在以及正確操作--諸如當AC電力線電源1提供高于特定閾值（例如，在230 伏特的標稱電源中187伏特）的電壓時。當AC電力線電源1存在并正確操作時，AC電力1 提供電力以通過閉合的繼電器7點亮燈。來自AC電力線電源1的電力還被提供至電池充 電器13以對電池15充電（或保持電池15完全充電）。控制部8優選為緊急照明模塊12 的一部分。
[0020] 在該示例中，電池充電器17由所說的反激式轉換器構成，該反激式轉換器一方面 表現為具有初級繞組L P和次級繞組Ls的變壓器T，另外，在另一方面表現為可控開關Si。按 照已知的方式，通過適當地交替斷開和閉合開關Si，通過AC電力線電源1而可得的能量被 傳輸至反激式轉換器的次級側，并用于對電池19充電。在開關Si的斷開狀態下發生能量的 傳輸，其中，為此，在反激式轉換器的輸出側進一步設置二極管Di。電池充電器17由隔離式 DC-DC轉換器構成。作為反激式轉換器的替代，也可使用像正向轉換器或隔離式SEPIC轉換 器的其它隔離式轉換器拓撲結構。
[0021] 控制部8還控制驅動器3的操作的多個方面，包括向LED燈5提供的功率--從 而可改變照度等級（調光）。
[0022] 控制部8監測切換的電力線輸入端20,在正常操作模式下，當切換的電力線輸入 20接通時5 (利用驅動器3)點亮LED燈。
[0023] 控制部8可以按照任何合適的方式來確定切換的電力線輸入20的狀態。例如，已 知將切換的電力線輸入20施加至分壓器，然后利用隔離電路（諸如光耦合器）施加到電壓 閾值檢測器。通常，切換的電力線輸入20在被施加至電壓閾值檢測器和隔離電路之前通過 整流器整流。當切換的電力線輸入20接通時，隔離電路的輸出將為脈沖信號，可以通過控 制部8中的邏輯器件來檢測其存在。當切換的電力線輸入20斷開時，隔離電路的輸出將為 恒定值（零伏特），并且這也可通過控制部8的邏輯器件來檢測。控制部8隨后根據切換的 電力線輸入20的狀態來操作驅動器3和燈5。
[0024] 照明系統可以可選地包括連接至總線26(例如DALI總線）的接口 25,例如 DALI(數字可尋址照明接口），其用于強度控制（調光）和/或用于維護和服務控制。DALI 是廣泛用于照明系統中的通信協議。雙線串行通信設備通過設置低電平和高電平的電壓在 中央DALI控制器（未示出）與照明系統控制部8之間建立主/從通信。在雙線差分總線 上通過異步、半雙工、串行協議以1200比特/秒的固定數據傳送速率在DALI控制器與照明 系統控制部8之間傳遞數據。利用曼徹斯特編碼來傳送DALI數據。在雙線之間電壓差為 9. 5V(正或負）那樣高時，協議標準設置高電平。在電壓差小于6. 5V時設置低電平。
[0025] 轉換器21可以包括具有升高特性的反激式或正向或推挽式或半橋式或隔離式升 高轉換器和SELV隔離屏障，其輸入直接連接到電池19。轉換器21可以包括例如降升壓轉 換器的另選變型形式和非隔離式拓撲結構。
[0026] 轉換器21包括輸入部X。該輸入部X包括開關S2和在電池19上并聯的初級繞組 部分K。通過開關S2的操作，輸入部產生矩形輸出電壓。通過驅動器控制器（未示出）控 制開關的每一個閉合的時間和開關的操作（斷開/閉合）頻率。
[0027] 轉換器21的輸入部X向輸出部Y供電。輸出部Y包括次級繞組N2，次級繞組N 2具 有連接至其的整流器單元和平滑濾波器，例如L (電感器）串聯C (電容器）并聯濾波器。整 流器單元可以由單個二極管或全波整流器形成。轉換器21可以在其輸出端上提供DC電壓 或AC電壓。就DC輸出的情況下，輸出部Y可以包括整流器和平滑濾波器，如在示例所示。
[0028] 當控制部8檢測到AC電力線電源1中斷或發生故障時--諸如當電力線AC電力 1提供低于特定閾值（例如，在230伏特的標稱電源中的145伏特）的電壓時，控制部8將 電力線繼電器7斷開，緊急繼電器11閉合，并激活轉換器21。轉換器21僅經閉合的緊急繼 電器11從電池19提供電力以點亮燈5。
[0029] 根據實施方式的重要特點，轉換器21可以提供處于正常電力線電平的輸出，從而 在緊急模式下，可以將輸出施加至驅動器3的電力線輸入端4作為AC電力線電源1。轉換 器21還可提供與正常電力線電平不同的電平的輸出但仍足夠從而在緊急模式下可將輸出 施加至驅動器3的電力線輸入端4作為AC電力線電源1。驅動器3的相同組件可以用于正 常和緊急模式這二者中。轉換器21可向驅動器3的電力線輸入端4提供DC電壓或AC電 壓。可選地，AC電力線電源1可施加至整流器單元和平滑濾波器（未示出），從而經平滑的 DC電壓在正常模式下施加至驅動器3的電力線輸入端4。
[0030] 這具有在緊急模式下不需要用于驅動LED燈單元5的單獨的驅動器的優點。因為 轉換器21的輸出處于（或接近）正常電力線電平，所以其可作為AC電力線電源1施加至 驅動器3。實現緊急模式并不需要對驅動器3作出修改。如果期望為現有的燈裝置增加緊 急模式功能，則這是有利的。緊急模塊12可加至現有裝置（包括通過AC電力線電源1正 常供電的驅動器3、以及LED燈單元5)，并且現有的驅動器3可在不修改的情況下用于緊急 模式中。
[0031] 可以按照可實現電荷儲存裝置19的固定放電電流的方式來控制轉換器21。電荷 儲存裝置19的放電電流可由轉換器21控制。優選地，按照電荷儲存裝置19的放電電流固 定或依賴于給定曲線、依賴于電壓或電荷儲存裝置19的狀態的方式來操作轉換器21。根據 電荷儲存裝置19的給定容量和/或依賴于緊急模式的期望或計劃的持續時間，電荷儲存裝 置19的放電電流的轉換器21的這種控制可提供電荷儲存裝置19的優化利用。
[0032] 依賴于在直接電力線輸入1上檢測到的電力線電壓的類型，控制部8可將驅動器 3投入不同的操作模式，例如用于在給定強度等級點亮燈5。例如，如果檢測到直接電力線 輸入1不存在或發生故障（緊急模式），則控制單元可使驅動器3降低燈單元5的光強等級 (調光）以降低功耗。
[0033] 還可能的是，不存在DALI總線26和不存在控制部8。在這種情況下，驅動器3可 形成為能夠監測驅動器3的電力線輸入4上的電壓和通過檢測驅動器3的電力線輸入4上 的檢測到的電壓的類型或電壓的幅度來檢測電力線輸入4的改變。例如，在驅動器3的電 力線輸入4上檢測到DC電壓的情況下，驅動器3的操作模式可改變為緊急模式。驅動器3 可以能夠檢測其被與正常電力線電平不同的電平的電壓供電，并且在這種情況下可以自動 地減小向LED 5提供的電流或電力，如緊急模式下的操作可被檢測到的那樣。
[0034] 通過經DALI接口 25和DALI總線26的信令，也可改變調光等級。
[0035] 雖然實施方式使用LE正向轉換器作為緊急模式轉換器裝置21，但是例如推挽式 轉換器的多個其它轉換器設備也可提供適當的電壓輸出，并且可根據本發明使用。
【權利要求】
1. 一種用于點亮LED燈單元（5)的電源系統，其具有：正常操作模式，其中由電力線電 力（1)對所述LED燈單元（5)的驅動器（3)的電力線輸入端（4)供電；和緊急操作模式，其 中由電荷儲存裝置（19)向所述LED燈單元（5)供電，其特征在于，該系統包括緊急模式轉 換器裝置（21)，其可操作以提高來自所述電荷儲存裝置（19)的電壓并對所述電力線輸入 端⑷供電以點亮所述LED燈單元（5)。
2. 根據權利要求1所述的系統，其中，所述緊急模式轉換器裝置（21)可操作以將來自 所述電荷儲存裝置（19)的電壓提高至與正常模式或操作的所述電力線電力的電壓相似的 電壓。
3. 根據權利要求1或2所述的系統，其中，所述緊急模式轉換器裝置（21)包括反激式 或正向或推挽式或半橋式轉換器或降升壓或SEPIC轉換器。
4. 根據權利要求1、2或3所述的系統，所述系統包括可控開關裝置（7、9、11)，該可控 開關裝置（7、9、11)可操作以選擇性地在所述正常模式下將所述電力線電力（1)提供至所 述驅動器（3)的所述電力線輸入端（4)，并且在所述緊急模式下將來自所述電荷儲存裝置 (19)的電力提供至所述驅動器（3)的所述電力線輸入端（4)。
5. -種用于點亮LED燈單元（5)的供電方法，該LED燈單元（5)具有：正常操作模式， 其中所述LED燈單元（5)的驅動器（3)的電力線輸入端（4)由電力線電力（1)供電；和緊 急操作模式，其中所述LED燈單元（5)由電荷儲存裝置（19)供電，其特征在于，設置有緊急 模式轉換器裝置（21)，以提高來自所述電荷儲存裝置（19)的電壓并對所述電力線輸入端 (4)供電以點亮所述LED燈單元（5)。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述緊急模式轉換器裝置（21)將來自所述電荷 儲存裝置（19)的電壓提高至與正常操作模式下的所述電力線電力的電壓相似的電壓。
7. 根據權利要求5或6所述的方法，其中，所述緊急模式轉換器裝置（21)包括反激式 或正向或推挽式或半橋式轉換器或降升壓或SEPIC轉換器。
8. 根據權利要求1、2或3所述的方法，所述方法包括利用可控開關裝置（7、9、11)以選 擇性地在所述正常模式下將所述電力線電力（1)提供至所述驅動器（3)的所述電力線輸入 端（4)，并且在緊急模式下將來自所述電荷儲存裝置（19)的電力提供至所述驅動器（3)的 所述電力線輸入端（4)。
【文檔編號】H05B33/08GK104160782SQ201380012978
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年3月7日 優先權日:2012年3月8日
【發明者】I·威爾遜 申請人:赤多尼科英國有限公司