光报警器及其光强补偿方法与流程

本发明总体涉及消防报警(firealarming)领域，尤其涉及一种消防系统中的告警设备(notificationappliance)。

背景技术：

图1示出了一种典型的消防报警系统的示意图。如图1所示，在消防报警系统中，控制装置(controlpanel)160连接到分布于楼宇中的多个告警设备190。这些告警设备可并联连接到一个线路网络上，该网络连接到控制装置(controlpanel)160。告警设备可以经由该线路网络从火灾报警控制装置160处获得电能且与火灾报警控制装置160进行通信。图1中的告警设备190例如可以是声报警器也可以是闪光(strobe)报警设备或称“光报警器”，后者例如以氙灯或发光二极管(led)等当作发光元件。

近些年来，越来越多厂商使用led作为光报警器的发光元件。当出现火情或紧急情况时，光报警器驱动led发出频闪光，以警示人员及时撤离。以高功率led为发光元件可以降低光报警器的电能消耗以及简化驱动电路的复杂度，而且使用寿命长，因而在消防领域逐步形成发展趋势。

现有的方案中，通常采用恒定的直流电流来驱动led元件，而且led元件的发光强度也与驱动电流的大小大体成比例关系。然而，高功率的led元件的发光效率会随着led元件的结温升高而快速下降。这将导致光报警器难以满足标准规定的发光强度。现有技术中尚且没有一种方法来有效地补偿led元件因结温升高而导致的发光效率衰退。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种光报警器以及光报警器的光强补偿方法，其能够监测到led元件因结温升高而发光效率降低，并能够实现光强补偿。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种光报警器，包括：一个led电路，其包括串联连接的至少一个led元件；一个驱动电路，其向所述led电路提供驱动电流i，以点亮所述led元件；一个采样电路，其采集所述led电路中所述led元件的前向压降vf；一个控制器，其连接所述驱动电路和所述采样电路，且被配置成根据采样到的所述前向压降vf的变化量，即前向压降变化量δvf，向所述驱动电路发送一控制信号，以将当前驱动电流i0调整为一目标驱动电流ix；其中，所述目标驱动电流ix大于所述当前驱动电流i0，且能够使得所述led元件发光的光照强度保持恒定。

采用本发明提出的上述光报警器，光报警器可以自行对因结温升高引起的发光效率衰退进行补偿。而且，发光效率衰减是根据led元件的前向压降变化量来确定的，因而无需其他感光元件探测led元件的实际发光强度。这种光强补偿方式能够完全在光报警器内部自动实现，易于实现且不增加额外成本。

优选地，根据本发明的光报警器还包括一个存储器，其上存储有第一对应关系和第二对应关系，其中所述第一对应关系表示所述led元件的前向压降变化量δvf与所述led元件的结温tj之间的关系，所述第二对应关系表示所述led元件的发光强度与所述led元件的结温tj和驱动电流i之间的关系；所述控制器配置成根据所述第一对应关系和所述第二对应关系确定所述目标驱动电流ix。

优选地，所述目标驱动电流ix还满足如下条件：所述目标驱动电流ix所对应的结温tjx大于所获得的前向压降变化量δvf对应的当前结温tj1；且基于所述目标驱动电流ix计算出的焊盘温度大于等于基于所述当前驱动电流i0计算出的焊盘温度。

更为优选地，所述焊盘温度按照如下公式计算得到：

tjx-δtj(tjx,ix)

其中，所述δtj(tjx,ix)为驱动电流ix引起的结温变化量δtj。

采用本发明提出的上述光报警器，其根据led元件前向压降变化量与结温之间的关系以及发光强度与结温和驱动电流大小之间的关系来确定目标驱动电流，从而可以通过改变驱动电流来保持led元件即使在结温上升的情况下依然保持光强满足相关标准要求。进而，在上述光报警器中，还充分考虑到驱动电流大小的调整对结温的进一步影响，即考虑了δtj(tjx,ix)的因素，因而如此所确定的目标驱动电流更加精确。

尤为优选地，所述存储器预先存储的所述第一对应关系和第二对应关系中至少一个为一个对照表，且所述控制器通过查找所述对照表来确定所述目标驱动电流ix。优选地，所述存储器还存储有反映第三对应关系的对照表，所述第三对应关系表示驱动电流引起的结温变化量δtj与驱动电流和结温tj之间的关系。

采用这种光报警器，控制器无需进行复杂计算，而只需通过查找相关对应关系的对照表即可确定目标驱动电流的大小。如此这种查找表的方式可以极大地降低控制器的计算负荷，同时降低计算时间，提高响应速度。

更为优选地，所述目标驱动电流ix满足如下条件：

ix＞i0且tjx＞tj1且tjx-δtj(tjx,ix)≥tj1-δtj(tj1,i0)，

其中i0为当前驱动电流，tj1为当前驱动电流下达到的结温；

ix为目标驱动电流，tjx为目标驱动电流下达到的结温；

δtj(tjx,ix)为目标驱动电流ix引起的结温变化量；

δtj(tj1,i0)为当前驱动电流i0引起的结温变化量。

采用上述判据可以更加精确地筛选出有效的目标驱动电流，其中该目标驱动电流引起的结温变化被充分评价，且确保led元件的焊盘温度(相当于环境温度)在驱动电流调整前后大体相等或者略有上升。这一点的考量更加符合光报警器内led元件的实际情况。

根据本发明另一个方面，本发明还提出了一种对光报警器实施光补偿的方法，其中所述光报警器包括至少一个led元件，所述方法包括：采样所述led元件的前向压降vf，并获得所述前向压降的变化量，即前向压降变化量δvf；根据获得的所述前向压降变化量δvf和当前驱动电流i0，确定一个目标驱动电流ix；所述目标驱动电流ix大于所述当前驱动电流i0，且能够使得所述led元件发光的光照强度保持恒定；将施加到所述led元件的当前驱动电流i0调整到所述目标驱动电流ix。

优选地，所述确定所述目标驱动电流ix的步骤包括：基于第一对应关系和第二对应关系来确定所述目标驱动电流ix，其中所述第一对应关系表示所述前向压降变化量δvf与led元件的结温tj之间的对应关系，所述第二对应关系表示所述led元件的发光强度与所述led元件的结温tj和驱动电流之间的关系。

更为优选地，所述目标驱动电流ix还满足如下条件：所述目标驱动电流ix所对应的结温tjx大于所述前向压降变化量δvf对应的当前结温tj1；且基于所述目标驱动电流ix计算出的焊盘温度大于等于当前驱动电流i0下的焊盘温度。

尤为优选地，所述焊盘温度按照如下公式计算得到：

tjx-δtj(tjx,ix)

其中，所述δtj(tjx,ix)为驱动电流ix引起的结温变化量δtj。

优选地，所述第一对应关系和/或所述第二对应关系为对照表，且所述确定所述目标驱动电流ix的步骤包括查找所述对照表。

采用本发明提出的上述解决方案，光报警器自身可以监测到发光效率衰减并及时实现光补偿，从而使得光报警器的发光强度能够大体保持在一个恒定值处，并满足相关标准的要求。

下文将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对切换装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1示出了一种典型的消防报警系统。

图2示出了根据本发明一个实施例的用于光报警器中的led电路。

图3a示出了led元件的前向压降变化量δvf随结温tj变化的曲线。

图3b示出了led元件的相对光强％lf随结温tj变化的曲线。

图3c示出了led元件的相对光强％lf随驱动电流if变化的曲线。

图4示出了根据本发明一个实施例的光强补偿方法的流程图。

图5a示出了第一对照表，其指示出led元件的前向压降变化量δvf和结温tj的对应关系。

图5b示出了第二对照表，其指示出led元件的前向压降变化量δvf和结温tj的对应关系。

图5c示出了第三对照表，其指示出led元件的结温变化量δtj随驱动电流和当前结温tj变化的对应关系。

图6示出了根据本发明另一个实施例的光强补偿方法的流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，为使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。

图2示例性地示出了根据本发明一个实施例的光报警器的电路。如图2所示，光报警器200包括一个由一个led元件或多个串联的led元件构成的led电路210、一个驱动电路230、一个采样电路250，以及一个控制电路270。驱动电路230向led电路提供一个恒流的驱动电流i。各个led元件在该驱动电流的作用下被点亮。采样电路250采集led元件的前向压降vf。控制电路270连接到驱动电路230和采样电路250，且能够控制驱动电路230输出的驱动电流大小。

随着led结温的升高，led元件的发光效率将会随之衰退。这意味着在同样的驱动电流条件下，结温越高，led元件的发光强度越低。为了补偿这一点，本发明人提出了根据前向压降vf的变化量来调整led元件的驱动电流，以使得led元件的发光强度大体保持恒定。具体地，在图2所示的例子中，控制电路270获得采样电路250采集的前向压降vf的变化量δvf，并基于δvf确定出一个目标驱动电流ix，其中该目标驱动电流ix大于当前驱动电流i0。这里，目标驱动ix需要能够使得led元件的发光强度保持不变。控制电路270向驱动电路230发送一个控制信号ctrl-i，以使得驱动电路230将当前驱动电流i0调整到该目标驱动电流ix，从而补偿led元件发光光强。这里，控制电路270可以是一个微控制器(mcu)，也可以由分立元件组成的电路。

图3a-图3c示意性地示出了控制电路270确定目标驱动电流的三个示意步骤。具体地，图3a示出了对于led元件而言其前向压降的变化量δvf与led元件结温tj的对应关系，即二者大体呈反比关系。换言之，在相同的驱动电流(图3中例如为350ma)情况下，随着结温上升，前向压降的变化量δvf下降。假定控制电路270获得当前的驱动电流i0为350ma，初始的vf＝1.2v，且δvf＝0。经过一段时间后，环境温度变化且led元件发热导致前向压降变小，控制电路270采样得到δvf＝-0.158。基于图3a给出的对应关系，则可以得到与该δvf对应的升高后的结温tj为90℃(图中虚线示出)。

图3b示出了结温tj与发光效率衰退的对应关系。图3b中纵轴为相对光强，即不同结温下的发光强度φ与25℃结温下发光强度的比率，该比率体现发光效率的变化。如图3b所示，随着结温的升高，相对光强明显下降。基于在图3a中得到的结温tj＝90℃，在图3b中可获得在此结温下的相对光强％lf＝φ/φ(25℃)＝0.5，即发光强度衰减一半。

图3c示出了在led元件的焊盘温度25℃的情况下，驱动电流i和发光强度的对应关系。与图3b类似，图3c中的纵轴为相对光强％lf，即不同驱动电流下的发光强度φ与驱动电流为350ma(当前驱动电流)下发光强度φ(350ma)的比率。如图3c所示，随着驱动电流的升高，相对光强也明显上升。基于在图3b中得到的发光强度衰减一半的结论，若想使得led元件的发光强度保持不变，则需要加大驱动电流使得发光强度是目前的两倍。基于此，在图3c中可以得到目标驱动电流it＝900ma。

如此，通过利用图3a-图3c所示出的对应关系，即可得到保持led元件发光强度不变的目标驱动电流ix，且目标驱动电流大于当前驱动电流。控制电路270则相应地将当前驱动电流i0＝350ma调节到ix＝900ma，从而维持led元件的发光强度不变。

如图3a-3c的对应关系可以预先存储在一个连接到控制电路270的存储器290中，如图2所示。例如，上述对应关系可以采用对照表的方式存储在存储器中，控制电路270通过查找这些预存的对照表确定目标驱动电流。可选地，上述对应关系还可以表现为数学公式或函数，并采用函数库的方式预存在存储器290中。控制电路270通过调用函数库中的相关函数来计算出期望的目标驱动电流。

在一个更为优选的实施例中，发明人提出考虑目标驱动电流引起的结温变化对led元件发光强度的影响因素。

具体地，图3a-3c所示的led元件特性曲线也可以用如下公式来表示。

首先，按照如下公式(1)可以得到下前向压降δvf在一个基准电流(初始电流)i0下和结温tj的函数关系，即：

vf(tj,i0)＝tempco·(tj-tj@100％lf)+vf0(1)

其中，vf0＝b3·i0³+b2·i0²+b1·i0+b0

∴δvf(tj)＝vf(tj,i0)-vf0＝tempco·(tj-tj@100％lf)

其中，tj@100％lf为初始结温，即无任何衰减发生时的结温；

tempco为温度常数因子；

b0～3为与led元件特性相关的参数。

继而，按照如下公式(2)得到led元件的发光光强随结温tj和驱动电流iled变化的函数(以下称作“lumens函数”)，即：

其中％lf＝a3·iled³+a2·iled²+a1·iled+a0

其中，％lf表示在一驱动电流iled下led元件的相对光强，其一般以一个基准驱动电流或初始驱动电流下的光强为参考光强，a0～3为与led元件特性相关的参数；

degrade_factorlf为led元件随结温tj变化的衰减因子，其与结温tj大体成反比，表示其反比斜率，tj@100％lf为初始结温，即无任何衰减发生时的结温。

此外，还可按照如下公式(3)得到驱动电流iled对结温tj变化的影响函数δtj，即：

δtj＝δtj(tj,iled)＝pf(tj,iled)·rthled(3)

其中，pf(tj,iled)＝vf(tj,iled)·iled

其中，rthled为led的热阻；

pf(tj,iled)为驱动电流iled对led元件提供的能量。

以上公式(1-3)对应的处理函数可以预先存储在存储器290中，供控制电路270需要时调用。在一个实施例中，控制电路270采用图4所示的方法流程进行光补偿。

步骤s110：在存储器290中记录初始状态，例如初始结温为tj0＝25℃，初始驱动电流为i0，初始发光强度以及采样电路采集到的初始前向压降vf0。

步骤s120：结温变化后从采样电路采集当前的前向压降vf1，并得到前向压降变化量δvf＝vf1-vf0。

步骤s130：基于公式(1)可以根据获得的前向压降变化量δvf得到对应的当前结温tj1，

即，tj1＝δvf^-1(vf1-vf0)

步骤s140：基于公式(2)可以进一步计算出在驱动电流为i0时当前结温tj1下的发光强度，即

步骤s150：如果tj1＞tj0且则表明出现发光效率衰退，需要进行光强补偿。

步骤s160：利用公式(2)和公式(3)以及计算出的tj1和初始光强确定一个目标驱动电流ix，该目标驱动电流ix应满足如下判据：

ix＞i0且tjx＞tj1且tjx-δtj(tjx,ix)≥tj1-δtj(tj1,i0)(4)

其中：tjx表示于目标驱动电流ix下的结温；

tj-δtj(tj,i0)为焊盘温度，其相当于led元件的环境温度。

如果ix满足上述条件且能够使得接近则确定其为最终的目标驱动电流。

上述步骤的计算均可以在控制电路270中实现。而且，采用上述步骤来确定目标驱动电流，不仅补偿了因结温引起的发光强度下降，还充分考虑了提升驱动电流可能导致的结温升高问题。因此，采用上述方法确定的目标驱动电流能够很好地实现光强补偿。

图5a-图5c示出了根据本发明又一个实施例的光强补偿方法，其中前向压降变化量和结温的对应关系、发光光强与结温和驱动电流之间的对应关系，以及驱动电流对结温变化的影响分别采用图5a和图5c所示的对照表来表示，这些对照表可以预先存储在存储器290中。控制器270可以通过依次查找这些对照表而方便地确定目标驱动电流，从而实现光补偿的目的。

具体地，与图4中类似，在步骤s610中记录初始状态，即初始结温为tj0＝40℃，初始驱动电流下i0＝1a，初始发光强度％lf＝2.3以及采样电路采集到的初始前向压降vf0。

步骤s620：控制器270根据采样电路250的采样值得到前向压降变化量δvf＝vf1-vf0＝0.158v。

步骤s630：控制器270根据δvf查找图5a所示的对照表i(结温与前向压降变化量对应关系)，从而获得与前向压降变化量δvf对应的当前结温tj1＝88℃。

步骤s640：控制器270根据tj1＝88℃查找图5b所示的对照表ii(发光强度与结温和驱动电流之间的对应关系)，从而获得与当前结温tj1＝88℃和当前驱动电流i0＝1a对应的发光强度％lf＝2.11(如图中阴影所示)，其显然低于初始的％lf＝2.3。

步骤s650：为了使得发光前度达到基本恒定，即％lf恢复到2.3。控制器270继续在图5b所示的对照表ii中查找出％lf等于或接近2.3的数据点。判据是候选驱动电流ix＞i0且tj1＞tj0。如此可以选出例如三个候选的发光强度(如图中圆圈所示)所对应的候选驱动电流i1＝1.2、i2＝1.25、i3＝1.3。

步骤s660：进一步在图5c所示的对照表iii(驱动电流对结温变化的影响)中查找候选驱动电流i1～3对应的结温变化δtj和相应结温tj，并相应地将查找出数据带入如下判据中，选出满足如下判据的候选驱动电流i2＝1.25、i3＝1.3。

tjx-δtj(tjx,ix)≥tj1-δtj(tj1,i0)

如此优选出的两个驱动电流中任一均可实现光强补偿的目的，而且这一选择还充分考虑了驱动电流变化对结温变化的影响。更为优选地，在上述两个候选驱动电流i2＝1.25a、i3＝1.3a中，选择较小的驱动电流值i2＝1.25a，作为目标驱动电流，以便减少能耗。

采用上述步骤可以方便地通过查找预存的对照表来确定的目标驱动电流。而且，采用这种方法确定的目标驱动电流，不仅补偿了因结温引起的发光强度下降，还充分考虑了提升驱动电流可能导致的结温升高问题。因此，采用上述方法确定的目标驱动电流能够很好地实现光强补偿。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。