用于LED照明装置的多功能电子电源的制作方法

本发明总体上涉及用于led照明装置的多功能电子电源。

led在市场上的引入开启了照明工程领域的新功能潜力。

这些新光源的多功能性允许根据新方法对于灯进行动态管理，这是利用传统光源难以想象的。

因此，照明装置的制造商产生具备led的电源的需要，该led是多用途、多目的、甚至由用户易于重新配置、能够利用无线接口控制并且成本低，从而提高相对竞争力的优点。

本发明的目的是提供一种用于led照明装置的多功能电子电源，其能够独立地控制led类型的光源。

本发明的另一目的是提供一种用于led照明装置的多功能电子电源，针对发光度的自动调节、远程无线控制、根据人的存在而开启开关的自动管理、相机的管理以及可选地针对应急灯功能来设置该多功能电子电源。

根据本发明的这些以及其他目的通过提供根据所附权利要求1所述的用于led照明装置的多功能电子电源来实现；在从属权利要求中描述其他的详细实施例。

有利地，根据本发明的新多功能电子电源基于具有最少功能的基本版本制成，该基本版本能够通过添加具体的模块来逐步扩展。

照明装置的制造商因此具有以下优势：通过添加适当的具体功能模块，利用多用途、低成本、针对所有最复杂的功能进行设置并且能够易于更新的电源，能够设置整个范围的led照明装置。

从以下的描述、以非限制性示例给出的其优选实施例、以及从所附附图，根据本发明的用于led照明装置的多功能电子电源的其他特征和优势将更完全地显现，其中：

-图1是根据本发明的led照明装置的多功能电子电源的第一实施例的框图；

-图2是根据本发明的led照明装置的多功能电子电源的另一实施例的框图；

-图3示出根据本发明的图1的用于led照明装置的多功能电子电源的电路图；

-图4示出替换图3中所示的电路图的根据本发明的用于led照明装置的多功能电子电源的电路图；

-图5示出根据本发明的图2的用于led照明装置的多功能电子电源的电路图。

特别参考上述图1，其中示出根据本发明的新多功能电子电源的基本版本的框图，将电子电源10与一系列功能端口或者连接器cn1、cn2、cn3并入到led照明装置11中。

电子电源10还包括：连接到230伏特ac主电源13的块12，其包括一系列的输入滤波器和用于测量电流和电压的接口；辅助电源14；微处理器15；具有孤立输出的反激式转换器(flybackconverter)16以及用于测量亮度的电路17。

此外，端口cn1、cn2、cn3分别连接到fh-dsss类型的数字无线电收发器18和/或发光装置11的其他特定设备；连接到照明装置11的光传感器19，其检测从所照明的区域中存在的物体和/或人以及从地面反射的光；并且连接到照明装置11的led光源20，其在环境中传播光。

在图1中所示的基本版本中，只有连接器cn3被连接并且电子电源10控制led光源12调节恒定的预定功率用于上述电子电源10插入其中的照明装置11。

在所示的所有版本中，电子电源10包括测量主电源吸收的功率和计量产品寿命期间的能耗的功能；这种测量总是能够作为内部计量变量来使用并且可以利用cn1接口端口或连接器来读取。

在工厂中，在照明装置11中进行组装时利用cn1接口连接器来配置电子电源10。

此时，利用cn1连接器与微处理器15通信的适当的外部配置装置将电源10的配置参数写入到微处理器15的永久存储器中。

通过这种方式，电源10在工厂中都以相同的方式被加工并且只在装置11本身的构建时针对不同类型的照明装置11进行配置。

一旦将电子电源10插入到照明装置11，如果客户需要，可以添加一系列的可能选项，诸如以下：

●光传感器19的使用；实际上，通过将光传感器19连接到端口cn2，电源10自动识别存在并且自动激活以下模式：该模式用于自动调节作为反射光的函数而发射的发光度，其中的反射光根据已经由相同申请人保护的自动校准和自动调节算法来进行计算。

●无线电收发器18的使用；端口cn1设计用于连接由cn1端口本身供电的无线电收发器模块18。在此情况下，电子电源10通过以下这种方式自动识别收发器18的存在并且使得其功能可用：无线电收发器模块18能够完全控制照明装置10读取所有的状态变量并且控制操作状态，尤其是导通/截止状态、发出的发光度水平、操作模式等；

●作为无线电收发器模块18的替换，可以将0/10伏特模拟接口模块连接到允许利用外部电压来控制光源led20的发光度水平的cn1端口；

●再作为先前模块的替换，可以将朝向现场总线(例如，dali、modbus等)的接口模块连接到cn1端口，该接口模块向外部接口显示识别出的总线的协议；利用该接口，能够根据相关的标准(例如，dali)要求的功能从外部控制电源10。

●作为上述其他模块的替代，可以将用于检测人的存在或移动的传感器连接到cn1，为了执行适当的节能策略(例如，在人或车离开是减少照明)或者在存在特定时间时提升照明，该传感器能够向电源10提供关于所照亮的区域中的人或车存在的细节；

●最后，可以将相机与无线电收发器18一起(如果必要)连接到cn1端口，该相机能够捕捉所照射区域中的图像并且与电源10通信从而通知它区域中存在动态(人、车辆等的移动)并且因此执行与上述相似的策略但是具有更高的空间分辨率(例如，通过使用相机，可以限定移动的检测提高光强的图像区域和移动未确定任何事件的其他图像区域；而且，相机如果连接到无线电收发器模块18能够远程地发送正在考虑的区域的图像)。

特别参考图2，其示出图1的多功能电子电源的可能变型例的框图，存在另一端口或连接器cn4，其允许电池21被连接用于通过使用应急功能的具体控制电路22来激活应急灯功能。

在电源10的第二实施例中，连接电池21与适当的特征，电源10通过以下这种方式自动控制应急灯功能：由于电池21中累积的能量并且根据应急灯装置的一般方法，在电力故障的事件中，led光源20由功率减小的电源10来供电。

更具体地，根据可能感兴趣的应急功能，电源10永久地连接到主电源13，并且使用无线电收发器18或者通过使用现场总线接口模块(dali、modbus等)；利用连接或者接口端口cn1，来执行灯接通/关闭的命令；光因此由用户经由发送到电源10的逻辑命令来控制。

通过这种方式，当230vac主电源13的连接终端出现电力故障时，应急功能正确地激活；这保障了即使在灯切换到断开时电池21也保持持续充电，并且明显的系统优势在于，尤其是如果使用无线电接口18，不需要应急功能的专用ac电路。

关于所发出的光的自动调节功能，其中所描述的电源配备有同一申请人名下的另一专利文献中已经描述的光传感器19，电子电源10一被安装就激活用于光传感器19的自动校准的自动过程，这允许照明装置11配合其所位于的背景的照明特征；特别地，装置11测量从地面和从照射到的物体反射的光，并且基于该测量执行调节，调节的目的是将反射光的上述量保持恒定。

由于反射光是由照明装置11照射到地面上的光与例如来自窗户和天空光线的环境中存在的自然光的总和(lreflected≈lappliance+lenvironment)，清楚的是，保持该总和恒定相当于当周围的光增强时减弱led光源20发出的光。

照明装置11还可以并入上面已经描述并且已经成为相同申请人的其他专利的主题的自适应自动校准功能。

图3示出根据本发明的第一实施例的图1的多功能电子电源的基本电路图。

更具体地，图3中所示的电路包括下面的功能块。

包括输入滤波器和电压与电流测量接口的块12，其包括组件tr1、c2、vdr1、d1、d2、d3、d5、d6、d7、d9、c6、运算放大器ic2a、配有其附属组件、以及测量除法器r14、r23。

这生成用于测量输入电路i_in和输入电压v_in的信号，这些信号被连接到微控制器15的适当的a/d输入；而且，块12提供：经过整流的电压vrail，带有正的正弦弧，其组成反激式转换器16的输入；以及持续的电压vbus，其组成辅助电源14的输入。

辅助电源14包括切换电源ic3，该切换电源ic3与其辅助组件一起生成从整流的主电源vbus的电压vaux；该电源属于极低功率待机类型并且待机时从主电源13吸收少于200mw。

输出电压vaux通过由电阻r26、电阻r28以及电阻r29组成的除法器来确定。

在待机条件下，光隔离器ic24为“关”，电阻r29因此从除法器断开；因此电压vaux用于约5v的“低”值。

使用q8和ic5，vaux以约等于3v的电压v_micro向微处理器15供电；通过这种方式，微处理器15完全运行，由于电源14和相同的电压被带到端口或者链接起cn1(j4)以向外部模块供电(v_micro)，电源14处于待机；在这些条件下，整个电源10以及关闭的反激式转换器，从主电源13吸收少于200mw并且完全运作。

辅助电源14也包括开关q5、q3、q6和调节器q4以及它们的边界组件。

当微处理器15决定开启led光源20时，它必须激活反激式转换器16；该动作有利地通过激活driver_on管脚来实现，其向与电阻r29和电阻r28并联放置的q4和ic4提供脉冲，因此使得vaux暂时升高到约15v并且同时开启并且稳定q3，q3向反激式转换器16的控制器ic1提供电力。

反激式转换器16一开始运行，自动供电电压局限在由电压调节器q4、q7限制幅值的tr2的zcd绕组，向控制器ic1提供约15v的正确电压，缓冲vaux的暂时增长(其在电容器c19充电之后短时间内耗尽)。

所以反激式转换器16在利用zcd、q4和q3的相关启动不久之后对其自身供电，并且在反激式转换器16启动之后，微控制器15以及其他在3v供电的部件由ic3以约5v的最低可能电压稳定地供电。

通过这种方式，有利地，由微控制器15控制的所述电路始终保证每个运行阶段的最低可能的功率消耗，动态地调节工作电压；这种管理通过极低成本的组件和特别简单的电路设计方案的有利方式来实现。

反激式转换器16包括mosfet功率晶体管m1、输出二极管d8以及变压器tr2，而反激式转换器16配有无源元件r2、r7、c8、r3、c4、r4和r5；而且反激式转换器16还包括缓冲网络d4、c1、r1，相位校正网络r12、d10、r21、r27、c13、q2、d11、c9，以及电流测量电阻器r9。

而且，反激式转换器16利用连接到out_dim和stdby(r10、q1、r15、r24、和c12)信号的无源网络与微处理器15对接，并且ic1控制器将与mult管脚连接的乘法器并入到经整流的网络输入电压，接着暂时趋向于塑造反激式转换器16所吸收的平均电流的包络，从而从网络吸收正弦电流。

放大器的另一输入的振幅由c12端子处存在的电压来确定，c12端子被带到ic1的comp和inv管脚；c12端子处的电压振幅因此确定反激式转换器16所吸收的电流的平均强度并且因此相关的输出功率。

反激式转换器16的输出电流包括通过连接器j3、j5(端口cn3)将光源led20连接到的d8、c10和c11以及抗干扰滤波器tr3。

由r12、d10、r21、r27、c13、q2、d11、c9组成的相位校正网络构成用于减少反激式转换器16所产生的电磁干扰的重要元件，尤其是在特定的工作状态；这表示简单电路设计的革新，以极低成本的部件来实现并且还能够有力地减少功率抗干扰滤波器(tr1、c2、……)的复杂性。

实际上，当转换器16的输出功率较低时，在主电压高的时刻，在没有相位校正网络的情况下，控制器ic1将容易趋向于在特别高的频率范围(几百khz)工作，产生令人烦恼的电磁干扰和麻烦滤波问题。

上述网络由于电容器c13在m1导通的同时充电而避免了该问题，确定在m1的重新激活的最小延迟所累积的电荷；实际上，q2只在c13的放电延迟之后释放控制器ic1的zcd管脚；对于反激式转换器16的toff施加最小限制，因此限制反激式转换器16能够工作的最大频率。

微控制器15完全地管理整个电源10的运行；尤其是，driver_on和stdby管脚控制反激式转换器16的导通/截止，v_in和i_in时用于测量输入电压和电流的a/d输入。

连接到微控制器15的另一a/d输入的vout_mis允许利用变压器tr2反映的电压进行光源20的led的输出供电电压的测量。

vout_mis管脚还连接到微控制器15内的比较器，如果超出预设阈值，该比较器利用微编程的内部触发器逻辑，同时阻碍反激式转换器16的控制输出，如果光源20的led未与输出连接，则进行干预作为整个电源10的保护。

反激式转换器16的输出功率以及因此led光源20发出的光强由out_dim管脚控制，在out_dim管脚处，微控制器15生成高频pwm信号，其占空比d正比于期望的强度。

该信号由提取平均值的网络r24、c12进行滤波；在该电容器c12，反激式转换器16的dc控制电压等于d*v_micro。

最后，微控制器15管理连接到连接器j4(端口cn1)的具有ttl电平的串行通信接口，用于与电源10以外的设备进行通信。

包括ic2b和辅助部件的用于测量发光度的电路在相同申请人姓名的另一专利文献中进行描述，并且包括由微控制器15利用start_meas_fotoric管脚和比较器ic2b的输出来控制单个上升转换器，有利地设计用于以宽动态读取连接到连接器j7(端口cn2)的光传感器19所生成的弱电流。

图4示出根据图3中所示的电路图的替换实施例，根据图1中所示的本发明的多功能电子电源的基本电路图。

第二实施例除了完全通过数字方式执行的反激式转换器16的控制以外与第一版本相同。

而且，直接从微控制器15利用ic1a电平适配缓冲器来驱动mosfet功率晶体管m1，并且从微控制器15直接逐个脉冲地驱动反激式转换器16，该微控制器15直接生成相关的pwm_out管脚的高频调制法则。

所有其他电路块的操作与图3中所示的第一实施例相同。

关于尤其是反激式转换器16的操作，在全数字方案中，微控制器15利用除法器r14、r23测量的正网络正弦弧进行同步化。

反激式转换器16的控制利用恒定导通(ton)技术实现，恒定导通技术在“边界模式”下通过构建从主电源13生成正弦吸收，截止(toff)通过zcd管脚来管理，该zcd管脚在抵消变压器tr2中的磁通量的情况下将微控制器15内的数字ton发生器进行同步，由此能够再次导通m1。

ton的值作为期望光强的函数并且因此作为由ton的幅值所确定的反激式转换器16的功率的函数由微控制器15来确定。

i_max信号连接到微处理器15的内部比较器，微控制器15“设置”如果超出功率mosfetm1的漏极所设置的最大电流阈值而发生的内部触发(internalflip-flop)，阻碍pwm_out信号，并且最终反激式转换器16作为安全保护。

在该第二版本的电源10中，利用微控制器15内部的微编程的逻辑网络，实现相位校正功能，该相位校正功能是为了限制反激式转换器16在低负载且高输入电压的条件下的工作频率增加而必要的。

图5示出根据本发明的电源的主电路图，该电源针对参考图2的框图所描述和示出的应急照明功能而设置。

该另一实施例与图3的版本关于正常照明的操作是相同的。

而且，设置端口cn4(图5的j8、j9和j10)用于连接应急电池21，已将该应急电池21绘制为连接在图5的电路中。

如果，电池21连接到cn4端口，在输入电源终端(j1、j2)上不存在主电源的情况下，隔离势垒的电源上游的所有部件被关断并且由ic7、q10、l3和d21组成的自举转换器激活，将电池电压增大到用于极化光源20的led串的正确电平，将它们导通，这些led连接到端口cn3(j3、j5)。

如果电池21未连接到端口cn4，产品与图3中基本电路图表现完全相同。

更具体地，电池21的未连接使得两个端子j8和j10被隔离，将由连接到j10的电流限制设备11组成的为电池21充电的电路与连接到j8的自举转换器的电路分开；这保证在没有电池21的情况下没有由两个电路的干扰所导致的错误操作。

由微控制器15激活的两个光隔离器ic6和ic7完全管理应急照明部件的操作；特别地，微控制器15通过以下方式控制操作。

在存在230vac主电源的情况下，根据从cn1端口接收的启动命令，可能存在两种状态。

1.光源20或光开启；

2.光源20或光关闭。

在第一情况下(光开启)，反激式转换器16被驱动到开启光源20的输出led所需要的功率，并且微处理器15还开启光隔离器ic7以保障led输出串的开启；在这种状态下，可以被连接的电池21利用电流限制设备i1从由d21进行整流的tr2的低压辅助输出进行充电。

在第二情况下(光关闭)，为了向tr2(d20)的辅助输出提供为电池21充电所需的电流，光隔离器ic7关闭，并且反激式转换器16由微控制器15控制在降低的功率。

如果电池21未连接，微控制器15在检测到过高的电压vout_mis之后，关闭反激式转换器16，将电源10的操作返回到图3的第一版本。

形成紧急照明功能的控制电路22的一部分的自举控制器23可以利用低成本的微控制器制成；在此情况下，如果需要补偿电池21的电压变化，操作可以非常简单并且mosfet的驱动可以以预定的恒定占空比发生。

实际上，输出电压由连接到输出的光源20的led串来限定，而电流由占空比设置来确定。

ic7测量电池21的电压(vdd)所使用的微控制器能够自动在预先设置的阈值以下关闭，保护电池21免于耗尽。

根据本发明的led发光装置的多功能电子电源的操作基本如下。

微控制器15实现具有主电源13的周期的同步状态机。

通过将数字pll耦接到由微控制器15的v_in管脚进行采样的主电源13来实现同步。

电学量v和i的采样周期由基于状态的机器来同步，并且约每625μs发生一次；所以，每625μs微控制器15执行以下：

-采样尽可能靠近的量v和i；

-计算通过网络吸收的电能，并且将该值集成到电子电源10在其寿命期间耗电的永久计数器；

-施加由自动设备(其生成out_dim信号或pwm_out信号)计算出的pwm值；pwm对于每次采样的启动允许将高频振动技术应用到pwm，将分辨率提高至18比特。

基于状态的机器包括以下自动设备：

-计时器；其生成各种自动设备的运行所需的时间细节(flag_1s、flag_1min等)；具体而言，对于测量能量，在每次新采样时，它将v和i相乘然后将乘积添加到特定的计数器中，然后每10ms它从先前计数开始计算相对于过去10ms的瞬时功率，并且每10ms，它从采样开始计算相对于刚刚过去的网络半周期的另一采样(主电源存在/不存在、ac/dc网络等)。

-滤波输入；每10ms，其比较从先前的自动设备获得的样本值与经过滤波的值，并且每50ms它生成新的经过滤波的网络信号细节；

-自动校准；如果启用该功能，每当每个小时微控制器15执行自动校准功能移动到相对设置点的100％和90％时，在这些点处利用光传感器19测量光强并且估计设置点的110％处的假设强度；经恰当过滤和平均的该值构成了目标在于是否激活自动调光器功能的光设置点；

-光传感器测量；微控制器15持续采样光传感器19提供的测量，将测量电容器放电并且将时间计数器设置为零，并且因此测量电压值达到充电的电容器改变至超出比较器上设置的阈值所需的时间，由此降低微控制器15端口的逻辑电平。通过这种方式，测量到的时间随着传感器19感测到的光强增强而减少，并且构成相对于光强本身的测量值；经过适当平均的该值与永久存储器中存储的校准值进行比较；并且基于比较，光源20的led上的电力增加或降低(如果必要)，从而随着由于日间灯和或led光源20下方的反射而产生的变化，将所测量的发光水平持续处于夜间发光水平以上；

-调节算法(自动调光器)：光源利用作为默认设置的自动调光器功能进行调节；该算法每10ms将光传感器19的平均值与永久存储器中永久存储的校准值进行比较，并且如果发光值读数落入设置点附近的范围(稳定带)，为了避免对于光源20的光强的连续改变(可能证明令人讨厌)，则不改变光源20的功率；然而如果发光值的读数显著高于或低于设置值，通过极小的方式(每10ms1/128w)相应地降低或升高光源20的功率，直至返回到稳定带内；

-功率调节算法；电源在接收特定指令后以功率的形式(例如，上述pi算法)进行调节；实际上，每10ms，基于先前10ms中计算出的瞬时功率测量，计算相对于所期望的功率设置点的误差并且将误差添加到变量(积分器)中。误差和积分器根据反馈控制的相对动态常数适当地相乘构成计算输出变量pwm的新值的基础；该变量每10ms重新计算并且施加到输出管脚，但它的值保留有合适数量的有效数字，这实际上允许每次采样(625μs)执行启动抖动；这将pwm的分辨率从微控制器15上存在的原来的10位提高到18位；实现的动态的时间常数约为100ms。能够利用具体命令通过设置目标功率和到达它的时间来改变功率，并且微控制器15以每10ms1/128的分辨率实现线性升高改变功率。同样在该情况下，为了保证启动时间的精确，对于每10ms施加的功率步数执行抖动；

-串行接口(cn1端口)；串行接口利用全双工自动波特模式进行管理，这允许与分离的串行模块或与无线电接口18进行接口；

-根据温度降低功率的额定值；微控制器15具备在工厂中适当校准的内部温度传感器，其允许当超出温度阈值时实现功率额定值降低。随着温度升高线性降低额定值直至最大功率减小，该最大功率减小通常设置为标称值的80％；通过这种方式保持电源10的可靠性，如果考虑的温度过高，则自动减小功率；

-输出中存在的led数量的确定以及功率的对应确定；微控制器15读取变压器tr2反映的电压从而自动确定连接到光源20的led串的长度。实际上，每个电压10的特征在于相关的输出电流，并且它自动适配用于驱动所连接的led串，然后调节功率；为了确定固定的功率值，电源10在其第一次开启时读取当前的电压值并且基于该值得知相关的电流，确定调节功率(例如，如果电源10是1a，具有值30v，电源10必须调节到30w，而具有值60v，则它必须调节到60w)。微控制器15因此自动确定用于所连接的led串的输出功率。

根据本发明的用于led照明装置的多功能电子电源的技术特征及其优势从本说明书中清楚地显现。

最后，清楚的是，在不背离本发明思想的新颖性原理的情况下，可以对考虑的多功能电子电源做出大量其他的变型，同时清楚的是，在本发明的实际执行中，所示细节的材料、形状和尺寸能够是根据要求的任何类型，并且能够由其他技术上的等同部件来替代。