灯单元电源系统的制作方法
【专利摘要】公开一种用于点亮LED灯单元5的电源系统，其具有：正常操作模式，其中LED灯单元的驱动器3的电力线输入端4由电力线电源1供电；和紧急操作模式，其中LED灯单元由电荷储存装置19供电。该系统包括:紧急模式转换器21，其可操作以提高来自电荷储存装置的电压并对电力线驱动器输入端供电以点亮LED灯单元。
【专利说明】灯单元电源系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于点亮LED灯单元的电源系统和方法，其具有：正常操作模式，其中 通过电力线电力向LED灯单元的驱动器的电力线输入端供电；和紧急操作模式，其中由电 荷储存装置向LED灯单元供电。
【背景技术】
[0002] 已知用于提供常规照明和紧急照明这二者的照明系统的各种设备。这种紧急照明 旨在当常规照明因为常规照明的直接电力线电源不再可用或发生故障而不再起作用时激 活。紧急照明通常通过电池或其它能量存储装置供电。常规照明由开关控制，用户（或控 制系统）可通过开关来控制是否点亮照明。一般来说，紧急照明旨在当按照一些方式检测 到用于常规照明的电力线电力不存在或电力线电力故障时自动点亮。紧急照明可用于允许 从建筑物中逃生，否则由于常规照明不起作用，建筑物将处于黑暗。
[0003] 可认为包括紧急照明和常规照明的照明系统具有两种操作模式。在正常模式中， 当直接电力线电源正常操作时（在正常电压范围内），通过开关控制的切换的电力线输入 被监测，并且根据切换的电力线输入将灯点亮或熄灭。在紧急模式中，当电力线电源不再可 用或者发生故障（在正常电压范围之外）时，灯利用来自电池或其它存储元件的电力被自 动点亮，与切换的电力线输入端的状态无关。
[0004] 紧急照明和常规照明可共享组件。例如，同一灯（诸如气体放电灯或发光二极管） 可用于常规照明和紧急照明这二者。也可共享其它组件。然而，其中同一 LED灯单元用于 正常模式和紧急模式这二者中的已知布置方式除在正常模式下从电力线驱动LED灯单元 的电力线驱动器之外还需要在紧急模式下从电池驱动LED灯单元的单独的驱动器。使用单 独的驱动器是因为电池和电力线电力具有大不相同的特性。设置两个驱动器在成本和空间 原因方面是不利的。另外，对在紧急模式下从电池驱动LED灯单元的单独的驱动器的需要 使得难以将紧急模式功能加至现有照明系统。
【发明内容】
[0005] 在一个方面，本发明提供了一种用于点亮LED灯单元的电源系统，其具有：正常操 作模式，正常操作模式，其中由电力线电力对所述LED灯单元的驱动器的电力线输入端供 电；和紧急操作模式，其中由电荷储存装置向所述LED灯单元供电，其特征在于，该系统包 括紧急模式转换器装置，其可操作以提高来自所述电荷储存装置的电压并对所述电力线输 入端供电以点亮所述LED灯单元。
[0006] 电荷储存装置可以是电池或电容器。
[0007] 紧急模式转换器装置可以包括：升高转换器（有利的是，隔离式升高转换器），其 提供处于正常电力线电平的DC输出，从而使得正常LED驱动器由用于紧急期间的电荷储存 装置供电。紧急模式转换器装置可以包括升高转换器（有利的是隔离式升高转换器），其提 供与正常电力线电平不同电平的DC输出，但是仍使得正常LED驱动器能够由用于紧急期间 的电荷储存装置供电。
[0008] 紧急模式转换器装置可以包括反激式（flyback)或正向或推挽式或半桥式转换 器或降升压（buck-boost)或SEPIC(单端初级电感转换器）转换器而不是包括升高转换 器。
[0009] 该系统可以包括：可控开关装置，其可操作以选择性地在正常模式下将电力线电 力提供至驱动器的电力线输入端，并且在紧急模式下将电荷储存装置的电力提供至驱动器 的电力线输入端。这样，驱动器和灯单元可在正常模式和紧急模式这二者下被供电。可按 照可实现电荷储存装置的固定放电电流的方式来控制紧急模式转换器。
[0010]当从电荷储存装置供应电力时，可以使用诸如DALI的信令或DC轨道的自动检测 来降低电力线LED驱动器中的功率。实施方式通过在紧急模式期间利用现有的LED驱动器 (转换器），提供了灵活性和快速推向市场的优点。
[0011] 在另一方面，本发明提供了一种如权利要求中限定的用于点亮LED灯单元的供电 方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 为了更好地理解本发明，现在将参照附图通过举例的方式描述实施方式，其中：
[0013] 图1示意性地示出了提供正常模式和紧急照明模式二者的照明设备的元件。
【具体实施方式】
[0014] 图1示意性地示出了提供正常模式和紧急照明模式这二者的照明设备的元件。直 接电力线AC电力1在正常模式下向被优化用于电力线电源1(例如，EU的230伏特、50Hz) 的驱动器3提供电力。
[0015] 当电力线继电器7闭合时，在电力线输入端4向驱动器3供应电力。控制部8监 测电力线AC电源1。如果控制部8检测到电力线AC电源1中断，或者如果确定其发生故障 (在可接受的值范围外操作），则控制部8可以向继电器控制线9提供适当信号以将电力线 继电器7断开且将紧急继电器11闭合。紧急继电器11允许在紧急模式下驱动灯5。驱动 器3优选地是通过仅当电力线AC电力可用时闭合的电力线继电器7连接至电力线AC电力 的独立驱动器。在优选实施方式中，在驱动器3与紧急照明模块12之间无额外连接。
[0016] 为了提供紧急模式，除电力线继电器7、继电器控制线9和紧急继电器11之外， 紧急照明模块12还包括平滑输入滤波器13、整流器15 (通常为桥式整流器）、电池充电器 17 (例如，SELV (安全特低压）隔离式DC-DC转换器、反激式转换器）、电池19和升高转换器 21。为了安全考虑，电池充电器17可以提供在AC电力线电源1与电池19之间的电隔离。 转换器21可以相似地提供电池19与灯5的电隔离。
[0017] 电池19可以包括多个单元。可以使用其它能量储存装置而不是电池19。
[0018] 当电力线AC电力1正常操作（并且灯5由AC电力1供电）时，电池19可被电池 充电器17充电（连续地充电或当要求时充电）。当电力线AC电力1正常操作并且LED由 标准LED驱动器3馈电时，电力线继电器7闭合。当控制部8检测到AC电力1中断（或发 生故障）时，紧急继电器11闭合（电力线继电器7断开），并且驱动器3利用来自电池19 的电力点亮灯5。
[0019] 如上所讨论的，图1所示的照明设备包括控制部8,该控制部8检测何时AC电力 线电源1存在以及正确操作--诸如当AC电力线电源1提供高于特定阈值（例如，在230 伏特的标称电源中187伏特）的电压时。当AC电力线电源1存在并正确操作时，AC电力1 提供电力以通过闭合的继电器7点亮灯。来自AC电力线电源1的电力还被提供至电池充 电器13以对电池15充电（或保持电池15完全充电）。控制部8优选为紧急照明模块12 的一部分。
[0020] 在该示例中，电池充电器17由所说的反激式转换器构成，该反激式转换器一方面 表现为具有初级绕组L P和次级绕组Ls的变压器T，另外，在另一方面表现为可控开关Si。按 照已知的方式，通过适当地交替断开和闭合开关Si，通过AC电力线电源1而可得的能量被 传输至反激式转换器的次级侧，并用于对电池19充电。在开关Si的断开状态下发生能量的 传输，其中，为此，在反激式转换器的输出侧进一步设置二极管Di。电池充电器17由隔离式 DC-DC转换器构成。作为反激式转换器的替代，也可使用像正向转换器或隔离式SEPIC转换 器的其它隔离式转换器拓扑结构。
[0021] 控制部8还控制驱动器3的操作的多个方面，包括向LED灯5提供的功率--从 而可改变照度等级（调光）。
[0022] 控制部8监测切换的电力线输入端20,在正常操作模式下，当切换的电力线输入 20接通时5 (利用驱动器3)点亮LED灯。
[0023] 控制部8可以按照任何合适的方式来确定切换的电力线输入20的状态。例如，已 知将切换的电力线输入20施加至分压器，然后利用隔离电路（诸如光耦合器）施加到电压 阈值检测器。通常，切换的电力线输入20在被施加至电压阈值检测器和隔离电路之前通过 整流器整流。当切换的电力线输入20接通时，隔离电路的输出将为脉冲信号，可以通过控 制部8中的逻辑器件来检测其存在。当切换的电力线输入20断开时，隔离电路的输出将为 恒定值（零伏特），并且这也可通过控制部8的逻辑器件来检测。控制部8随后根据切换的 电力线输入20的状态来操作驱动器3和灯5。
[0024] 照明系统可以可选地包括连接至总线26(例如DALI总线）的接口 25,例如 DALI(数字可寻址照明接口），其用于强度控制（调光）和/或用于维护和服务控制。DALI 是广泛用于照明系统中的通信协议。双线串行通信设备通过设置低电平和高电平的电压在 中央DALI控制器（未示出）与照明系统控制部8之间建立主/从通信。在双线差分总线 上通过异步、半双工、串行协议以1200比特/秒的固定数据传送速率在DALI控制器与照明 系统控制部8之间传递数据。利用曼彻斯特编码来传送DALI数据。在双线之间电压差为 9. 5V(正或负）那样高时，协议标准设置高电平。在电压差小于6. 5V时设置低电平。
[0025] 转换器21可以包括具有升高特性的反激式或正向或推挽式或半桥式或隔离式升 高转换器和SELV隔离屏障，其输入直接连接到电池19。转换器21可以包括例如降升压转 换器的另选变型形式和非隔离式拓扑结构。
[0026] 转换器21包括输入部X。该输入部X包括开关S2和在电池19上并联的初级绕组 部分K。通过开关S2的操作，输入部产生矩形输出电压。通过驱动器控制器（未示出）控 制开关的每一个闭合的时间和开关的操作（断开/闭合）频率。
[0027] 转换器21的输入部X向输出部Y供电。输出部Y包括次级绕组N2，次级绕组N 2具 有连接至其的整流器单元和平滑滤波器，例如L (电感器）串联C (电容器）并联滤波器。整 流器单元可以由单个二极管或全波整流器形成。转换器21可以在其输出端上提供DC电压 或AC电压。就DC输出的情况下，输出部Y可以包括整流器和平滑滤波器，如在示例所示。
[0028] 当控制部8检测到AC电力线电源1中断或发生故障时--诸如当电力线AC电力 1提供低于特定阈值（例如，在230伏特的标称电源中的145伏特）的电压时，控制部8将 电力线继电器7断开，紧急继电器11闭合，并激活转换器21。转换器21仅经闭合的紧急继 电器11从电池19提供电力以点亮灯5。
[0029] 根据实施方式的重要特点，转换器21可以提供处于正常电力线电平的输出，从而 在紧急模式下，可以将输出施加至驱动器3的电力线输入端4作为AC电力线电源1。转换 器21还可提供与正常电力线电平不同的电平的输出但仍足够从而在紧急模式下可将输出 施加至驱动器3的电力线输入端4作为AC电力线电源1。驱动器3的相同组件可以用于正 常和紧急模式这二者中。转换器21可向驱动器3的电力线输入端4提供DC电压或AC电 压。可选地，AC电力线电源1可施加至整流器单元和平滑滤波器（未示出），从而经平滑的 DC电压在正常模式下施加至驱动器3的电力线输入端4。
[0030] 这具有在紧急模式下不需要用于驱动LED灯单元5的单独的驱动器的优点。因为 转换器21的输出处于（或接近）正常电力线电平，所以其可作为AC电力线电源1施加至 驱动器3。实现紧急模式并不需要对驱动器3作出修改。如果期望为现有的灯装置增加紧 急模式功能，则这是有利的。紧急模块12可加至现有装置（包括通过AC电力线电源1正 常供电的驱动器3、以及LED灯单元5)，并且现有的驱动器3可在不修改的情况下用于紧急 模式中。
[0031] 可以按照可实现电荷储存装置19的固定放电电流的方式来控制转换器21。电荷 储存装置19的放电电流可由转换器21控制。优选地，按照电荷储存装置19的放电电流固 定或依赖于给定曲线、依赖于电压或电荷储存装置19的状态的方式来操作转换器21。根据 电荷储存装置19的给定容量和/或依赖于紧急模式的期望或计划的持续时间，电荷储存装 置19的放电电流的转换器21的这种控制可提供电荷储存装置19的优化利用。
[0032] 依赖于在直接电力线输入1上检测到的电力线电压的类型，控制部8可将驱动器 3投入不同的操作模式，例如用于在给定强度等级点亮灯5。例如，如果检测到直接电力线 输入1不存在或发生故障（紧急模式），则控制单元可使驱动器3降低灯单元5的光强等级 (调光）以降低功耗。
[0033] 还可能的是，不存在DALI总线26和不存在控制部8。在这种情况下，驱动器3可 形成为能够监测驱动器3的电力线输入4上的电压和通过检测驱动器3的电力线输入4上 的检测到的电压的类型或电压的幅度来检测电力线输入4的改变。例如，在驱动器3的电 力线输入4上检测到DC电压的情况下，驱动器3的操作模式可改变为紧急模式。驱动器3 可以能够检测其被与正常电力线电平不同的电平的电压供电，并且在这种情况下可以自动 地减小向LED 5提供的电流或电力，如紧急模式下的操作可被检测到的那样。
[0034] 通过经DALI接口 25和DALI总线26的信令，也可改变调光等级。
[0035] 虽然实施方式使用LE正向转换器作为紧急模式转换器装置21，但是例如推挽式 转换器的多个其它转换器设备也可提供适当的电压输出，并且可根据本发明使用。
【权利要求】
1. 一种用于点亮LED灯单元（5)的电源系统，其具有：正常操作模式，其中由电力线电 力（1)对所述LED灯单元（5)的驱动器（3)的电力线输入端（4)供电；和紧急操作模式，其 中由电荷储存装置（19)向所述LED灯单元（5)供电，其特征在于，该系统包括紧急模式转 换器装置（21)，其可操作以提高来自所述电荷储存装置（19)的电压并对所述电力线输入 端⑷供电以点亮所述LED灯单元（5)。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述紧急模式转换器装置（21)可操作以将来自 所述电荷储存装置（19)的电压提高至与正常模式或操作的所述电力线电力的电压相似的 电压。
3. 根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述紧急模式转换器装置（21)包括反激式 或正向或推挽式或半桥式转换器或降升压或SEPIC转换器。
4. 根据权利要求1、2或3所述的系统，所述系统包括可控开关装置（7、9、11)，该可控 开关装置（7、9、11)可操作以选择性地在所述正常模式下将所述电力线电力（1)提供至所 述驱动器（3)的所述电力线输入端（4)，并且在所述紧急模式下将来自所述电荷储存装置 (19)的电力提供至所述驱动器（3)的所述电力线输入端（4)。
5. -种用于点亮LED灯单元（5)的供电方法，该LED灯单元（5)具有：正常操作模式， 其中所述LED灯单元（5)的驱动器（3)的电力线输入端（4)由电力线电力（1)供电；和紧 急操作模式，其中所述LED灯单元（5)由电荷储存装置（19)供电，其特征在于，设置有紧急 模式转换器装置（21)，以提高来自所述电荷储存装置（19)的电压并对所述电力线输入端 (4)供电以点亮所述LED灯单元（5)。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述紧急模式转换器装置（21)将来自所述电荷 储存装置（19)的电压提高至与正常操作模式下的所述电力线电力的电压相似的电压。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述紧急模式转换器装置（21)包括反激式 或正向或推挽式或半桥式转换器或降升压或SEPIC转换器。
8. 根据权利要求1、2或3所述的方法，所述方法包括利用可控开关装置（7、9、11)以选 择性地在所述正常模式下将所述电力线电力（1)提供至所述驱动器（3)的所述电力线输入 端（4)，并且在紧急模式下将来自所述电荷储存装置（19)的电力提供至所述驱动器（3)的 所述电力线输入端（4)。
【文档编号】H05B33/08GK104160782SQ201380012978
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年3月7日 优先权日:2012年3月8日
【发明者】I·威尔逊 申请人:赤多尼科英国有限公司