通知设备及其方法与流程

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能够发出视觉告警(visualalarm)的通知设备(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，火灾报警控制装置(controlpanel)160连接到分布于楼宇中的多个火灾探测器170、通知设备180，或手动报警器190等。火灾探测器170、通知设备180以及手动报警器190可统称为外围设备(peripheraldevice)。这些外围设备可并联连接到一个二线路网络上，该网络连接到火灾报警控制装置(controlpanel)160，且从火灾报警控制装置160处获得电能。在图1示出的消防报警系统中，通知设备180例如可以发出人可听到的声音告警(例如，利用蜂鸣器或扬声器)，也可以发出人可观察到的视觉告警(例如，利用闪光(strobe))。

针对不同的应用环境，告警信号的强度相应地有所不同。例如，对于婴儿房，视觉告警的光强和声音告警的强度设置应相对较低，而在嘈杂的商场则需要较强的视觉或声音告警。例如，通知设备优选需要提供例如至少4种不同光强设置的告警光，例如，15坎德拉、30坎德拉、75坎德拉和110坎德拉，其中坎德拉为国际光强单位，用cd表示。

图2示出了现有的一种通知设备的结构示意图。如图2所示，通知设备200包括输入端210、升压电路220、储能电路230、具有通知功能的通知元件240。输入端210从线路上获得电能，该电能为整个通知设备200提供能量。升压电路220耦合到该输入端210，且对输入端处的输入电压进行升压，升压后的电压高于输入电压，以便于为后面的通知元件提供驱动能量。储能电路230耦合到该升压电路220，且由升压后的电压充电。通知元件240耦合到该储能储能230，且在由储能元件230供电时发出通知信号。这里，升压电路例如为包括电感的开关电路。储能电路230例如包括电容器。通知元件240可以是光报警部件，也可以是声报警部件，或者其他类似的通知器件。

在图2所示的通知设备中，依次从输入端210流向升压电路、储能电路和通知元件的电流会引起连接到输入端210的干线线路上电流的变化。为了降低这种影响，在图2所示的例子中还设置了一个限流电路270。限流电路270感测从输入端210流向升压电路220的电流大小，并将其提供给一个比较单元260。比较单元260将该感测到的电流与一个阈 值ref进行比较。如果感测到的电流超出该阈值ref，则比较单元260控制升压电路220停止工作，否者升压电路220持续储能。可见，现有技术中通过一个单独的限流电路来限制通知设备对干线线路(简称干路)的电流影响。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种消防系统中的通知设备，其能够在不需要限流电路的情况下限制流入通知设备的电流大小。本发明的另一个目的在于提供一种消防系统中的通知设备，其能够根据输入电压的变化来控制通知设备从干路上抽取的电流大小。本发明的又一个目的在于提供一种消防系统中的通知设备，其能够根据通知元件上所消耗的能量大小来控制通知设备从干路上抽取的电流大小。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种用于消防系统中通知设备，包括：输入端，其接收一个提供到所述通知设备的能量；一个通知元件，其能够发出通知信号；一个升压电路，其连接到所述输入端，以通过存储从所述输入端接收到的能量来实现升压；一个储能电路，其由所述升压电路充电，并在通知时段驱动所述通知元件；一个控制电路，其发送一个控制信号给所述升压电路，该控制信号指示出所述升压电路每个周期内的储能时间或占空比(每个周期内的储能时间和占空比为等价概念)，以使得储能电路大体上在整个非通知时段内周期性地充电，其中所述储能时间或占空比是根据所述输入端处的输入电压的值和待存入存储电路的能量值确定的。

由此可见，根据本发明实施例的通知设备能够在对储能元件进行充电时，通过控制升压电路的占空比d或储能时间ton来确保在整个非通知时段toff内周期性为储能元件充电。这样可以使得通知设备在储能期间从输入端拉的电流达到最小值，而无需一个单独的限流电路，也不需要通过反馈来控制升压电路。由此，本发明提出的电路结构更加简单。

优选地，所述输入电压vin的值为所述控制电路探测得到的实时值。显然，在本发明实施例中，控制电路还可以根据输入电压vin的变化调整升压电路的占空比d或储能时间ton，以获得足够的能量。这样，升压电路可随着输入电压的波动而灵活调整，以确保从输入端拉的电流较小，且储能电路得到足够的能量。

更为优选地，所述能量值是由所述控制电路获得的，且对应于所述通知元件当前消耗的能量。优选地，所述通知设备还包括一个设置电路，其接收一个外部输入信号并根据所述外部输入信号而从多个可用的能量值中选出一个能量值，作为所述通知元件当前消耗的能量。

在本发明这种实施例中，控制电路还可以通过控制升压电路的占空比d或储能时间ton 来调整从输入端210获取的能量大小，从而仅获取恰好满足通知元件工作所需的能量。这进一步降低了从输入端获取的能量，达到节能的目的，也同时降低了从输入端拉电流的大小。

优选地，所述控制电路按照如下公式确定所述升压电路在每个周期内的储能时间ton或其占空比d：

其中，

l为所述升压电路的电感值；

f为所述升压电路的工作频率；

η为所述升压电路的转换效率；

ec为待存入所述储能电路的能量值；

toff为非通知时段；

vin为输入电压；

k为一个裕度因子。

采用上述公式可计算出升压电路在每个周期内的储能时间或占空比。这一计算公式中并不存在电容值，因此采用这一公式可以忽略电容本身(例如老化或容值波动)所带来的影响。升压电路总能保证储能电路获得足以驱动通知元件的能量ec。

优选地，所述通知元件为闪光元件，更为优选地为led。通知元件还可以是发声元件。

优选地，所述控制信号为脉宽调制信号(pwm)。使用pwm信号作为控制信号可以同时传递工作频率和占空比。pwm信号可以由控制电路自带的硬件模块来生成。

根据本发明另一个方面，本发明还提出了一种用于消防系统中通知设备的方法，其中所述通知设备包括输入端、升压电路、储能电路、通知元件以及控制电路。该方法包括：获得输入端处的输入电压和待存入所述储能电路的能量值；基于所述输入电压和所述能量值确定所述升压电路所应具有的储能时间或占空比，以使得所述储能电路大体上在整个非通知时段内周期性充电；向所述升压电路发出一个控制信号，其指示出所述储能时间或占空比。

优选地，所述输入电压为控制电路探测得到的实时值。可选地，所述能量值是由所述控制电路获得的，且对应于所述通知元件当前消耗的能量。

优选地，该方法还包括：接收一个外部输入信号；根据所述外部输入信号而从多个可用的能量值中选出一个能量值，作为所述通知元件当前消耗的能量。

优选地，该方法中，按照如下公式确定升压电路的储能时间或占空比：

其中，

l为所述升压电路的电感值；

f为所述升压电路的工作频率；

η为所述升压电路的转换效率；

ec为待存入所述储能电路的能耗值；

toff为非通知时段；

vin为输入电压；

k为一个裕度因子。

采用本发明提出的方法可以不通过反馈回路即可控制升压电路的充放电过程，且使得通知设备从输入端拉的电流达到最小值，而无需一个单独的限流电路。进而，本发明提出的方法，升压电路在整个非通知时段内向存储电路传递的能量恰好与通知元件上消耗的能量相当。这进一步降低了从输入端获取的能量，也同时降低了从输入端拉电流的大小。再者，采用本发明提出的方法，控制电路还可以根据输入电压vin的波动灵活调整升压电路的占空比d或储能时间ton，以获得足够的能量。

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示出了一种现有通知设备的电路原理图。

图3示出了根据本发明一个实施例的通知设备的结构框图。

图4示出了通知设备中储能元件的电压波形图。

图5示出了根据本发明又一个实施例的通知设备的电路原理图。

图6a示出了在升压电路储能阶段的等效电路。

图6b示出了在升压电路放电阶段的等效电路。

图7示例性地示出了控制电路的操作流程图。

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3示例性地示出了根据本发明一个实施例的通知设备的结构框图。图3中与之前附图相同的部件采用相同的附图标记，其功能也相同，这里不再赘述。如图3所示，通知设备300包括输入端210、升压电路320、储能电路230、通知元件240，以及控制电路350。与图2不同之处在于，图3中不再使用一个单独的限流电路，而是通过控制升压电路320传递给储能电路230的能量来实现限流。换言之，控制电路350控制升压电路320，以使得储能电路230大体上在整个非通知时段toff内周期性充电。

以下将以光报警器为例描述图3所示的通知设备的工作原理。如图3所示，储能电路230一般包括一个能够储能的电容器，其在非通知时段(无告警时)toff内进行充电，而在通知时段(告警时)ton放电，以便驱动通知元件240发出告警通知。图4示出了图3所示电路中储能电路230中电容器两端电压v的波形图。在图4中，通知元件240的工作周期为t，例如1s，其包括非通知时段toff(例如900ms)和通知时段ton(例如100ms)。如图4所示，在非通知时段toff，电容器两端的电压v从残留电压vc1被充至一个峰值电压vc2，其中残留电压vc1应大于通知元件(例如led)的正向压降。在通知时段ton，电容器放电，其两端电压从峰值电压vc2下降到残留电压vc1。这里，为了保证通知元件能够获得足够的能量完成通知动作(例如闪光)，应确保电容器在非通知时段toff到期前充满，实际应用中预留一定的裕度，例如1％～5％。

储能电路230上存储的能量优选大于或等于为驱动通知元件所消耗的能量，其可以表示为ec＝1/2c(vc2-vc1)²，其中c为电容值。ec为一个能量值，其表示储能电路230上需要存储的能量。优选地，ec恰好等于通知元件上消耗的能量，因此ec也可称作能耗值。 从充电侧看，电容上的能量来自输入端，由此ec也可以表示为：

ec＝vin*i*t，(1)

其中，vin为输入电压的大小，

i为在电容充电期间从输入端210抽取电流的平均电流值，

t为电容上的有效充电时间。

基于公式(1)，本发明的发明人指出，假定ec和vin大体不变，则储能电路中电容的有效充电时间t越长，平均电流值i就越小。再参照图4可进一步发现，电容的有效储能时间t的最大值为toff。当t＝toff时，平均电流值i达到最小值。为此，本发明的发明人提出：控制电路350可控制升压电路320，以使得储能电路230大体上在整个非通知时段toff内周期性充电，从而限制电流大小，如图3所示。

图3中升压电路320本身可视作一个开关电源，例如升压电路320可包括一个开关和一个电感，其以相对较高频率周期性存储能量和释放能量，以实现对输入电压的升压。升压电路320的充、放电时间与所需传递的能量相关。假定在理想情况下，升压电路320的转换效率为100％，那么升压电路320需要从输入端210同样获得能量ec。在图3中，控制电路350向升压电路320发送一个控制信号，优选为一个脉宽调制信号pwm。该控制信号pwm能够指示出升压电路320充放电的占空比d或其在每个周期内的储能时间ton。当然，该控制信号也可以是其他足以指示储能时间ton或占空比d的信号，例如一个预定的电平信号等。占空比d和每个周期内的储能时间ton实际上为等价概念。选用脉宽调制信号pwm可以在脉冲信号中同时传递升压电路的工作频率和占空比。这里，储能时间ton是基于输入电压vin和能量值ec确定的。在理想情况下，输入电压vin和能量值ec可以假定为大体不变的，例如均为预先设定的默认值。采用图3所示的这种电路，不需要单独的限流电路，还不需要通过反馈控制(即采样升压电路的输出)升压电路，就可以实现限流功能，因此图3所示电路本身更为简单。

优选地，在图3所示电路中，控制电路350还采样储能电路230中的电容两端电压vc。当vc达到vc2后，控制电路350指示升压电路320停止工作，以免过充。这里，vc并不用作反馈来控制升压电路320的占空比。

在实际应用中，输入电压vin通常并非一个恒定值，而是在例如16～32v之间波动。为此，优选地，控制电路350还可以在输入端210处实时探测得到当前输入电压vin的实时值。进而，控制电路350可根据一个预定的能量值ec和探测到的输入电压vin，确定升压电路320的储能时间ton。这样，即使输入电压vin由于外部原因而发生波动，升压电路 320也可以将适合的能量传递给储能电路230。例如，假定非通知时段toff为900ms，升压电路320的工作周期为50khz，则控制电路350可以每5～15ms更新一次输入电压vin的值，并更新储能时间ton或占空比d。

更为优选地，储能电路230所需存储的能量最好恰好等于通知元件240所消耗的能量，即ec为实际需要消耗的能耗值。而且，ec也因告警等级的不同而变化。如前所述，在不同的应用场景下，通知元件的告警等级有所不同，相应的通知元件的能耗也不同。例如对于嘈杂的商场，视觉通知设备的闪光强度设定在110坎德拉，而在婴儿房内闪光强度仅在30坎德拉。在本发明的一个实施例中，通知设备中的控制电路350还获得一个当前设定或当前使用的ec，并根据该当前设定的ec和输入电压vin确定升压电路320的占空比d或储能时间ton。

可选地，通知设备300还包括一个设置电路380，其接收一个外部输入信号input并根据所述外部输入信号input从多个可用的能量值中选出一个当前设定的能量值ec。所述控制电路350进一步根据当前设定的能量值ec和输入电压vin，确定所述控制信号pwm。这里，输入电压vin可以是个预先设定值，也可以是控制电路350实时感测值。对于可寻址的通知设备而言，设置电路380连接到线路上，输入信号input则可以是从线路上获得的通知设备300的告警等级，其与某个能量值ec对应。对于不可寻址的通知设备而言，设置电路380则可以为通知设备300上自带的拨码开关，操作人员通过拨码开关设定通知设备300的告警等级，也就设定了能量值ec。

图5示例性地示出了通知设备的一种具体电路。如图5所示，输入端i+、i-从线路上获得输入电压vin。升压电路520包括电感l和开关元件s。电感l一端连接到正向输入端i+，另一端连接到开关元件s的一端。开关元件s的另一端连接到负向输入端i-。开关元件s在控制电路550发出的控制信号pwm的控制下闭合或断开，从而控制升压电路520的储能时间ton。储能电路530包括一个与电感l串联的二极管d和一个电容c。电容c一端连接到二极管d的阴极，另一端连接到负向输入端i-。通知元件540可以视作一个负载r，图中示例性地示出为一个发光二极管(led)。在图5中，在控制电路550的控制下，开关元件s周期性地闭合和关断，以实现电感l的充、放电。假定开关元件s的工作频率为f。开关元件s闭合的时间即为电感l的储能时间ton，开关元件s断开的时间即为电感l上电能释放给电容的释放时间toff。开关元件s动作的占空比d＝ton*f。

图6a和图6b分别示出了图5所示电路在开关元件s闭合和关断两个工作状态下的情况。如图6a所示，开关元件s闭合(储能时间ton)，则短路掉后面的储能电路530和通知 元件540。此时，电感l储能，其上的电势如图中“+、-”所示。如图6b所示，开关元件s断开(释放时间toff)，电感l上储蓄的电能得以输送给后续的储能电路530和负载r。这时，电感l上的电势如图6b中的“+、-”所示。以此方式为一周期，然后周期性地重复这一过程，例如频率为50khz。由此，开关元件s的开启和闭合就形成了交变电流，电感l因具有阻碍电流的能力而可以将输入电压vin升压到一个更高的值，以便驱动负载r。

如前所述，开关元件s由控制电路550发出的pwm信号控制，且其占空比d或ton是基于输入电压vin和ec确定的。具体而言，在每个ton内，电感l上存储的能量el可以表示为：

其中l为电感值，il为流过电感的峰值电流。

在ton结束时，il可以表示为：

其中vin为输入电压值。

在toff内，升压电路520将能量传递给储能电路530中的电容c。这时需要考虑升压电路的转换效率η。由此，在每个toff内转换到电容c上的能量可表示为ec＝η*el。在整个非通知时段toff内，升压电路520的充放电次数为f*toff，相应地传递到电容c上的总能量则可以表示为etotal＝f*toff*η*el。etotal优选恰好等于电容c上所需储存的能量ec。由此可得，

基于公式(2)可进一步计算得出ton：

实际应用中，

其中k可以为一个裕度因子，其可以根据经验进行设定。

相应地，pwm控制信号的占空比则可以表示为：

d＝f*k*ton，其中k可以为一个裕度因子，其可以根据经验进行设定，裕度因子k例如可以选择在0.75～1之间的一个合适的值。

由此，按照公式(3)，控制电路可以根据输入电压vin的变化以及电容上所需储存的能量变化，计算出用于控制升压电路520的pwm控制信号。

图7示例性地示出了控制电路550的操作流程700。如图7所示，在步骤s710，控制电路获得输入端210处的输入电压vin和待存入所述储能电路230的能量值ec。输入电压vin和能量值ec可以均为预先设定的默认值。可选地，输入电压vin和能量值ec也可以 是变化值。例如，可选地，在步骤s702，控制电路可以实时探测输入端210处的实际输入电压值，例如每5毫秒更新一次输入电压vin。再例如，可选地，能量值ec可以是控制电路获得的且与当前通知元件消耗能量对应的值。比如，可选地，在步骤s701中，接收一个外部输入信号input。在步骤s703中，根据所述外部输入信号input而从多个可用的能量值中选出一个能量值ec，作为所述通知元件当前消耗的能量。具体地，假定通知设备具有4个不同的告警等级。外部输入信号指示出当前通知设备的告警等级，进而根据该告警等级选出与之对应的能量值。

进而，在步骤s720，基于所述输入电压vin和所述能量值ec确定所述升压电路所应具有的储能时间ton或占空比d，以使得所述储能电路230大体上在整个非通知时段toff内周期性充电。这里，步骤s720可以根据前述公式3通过计算来实现，也可以通过查表来实现。比如，预先存储一个对应表，在对应表中列出不同输入电压和能量值所对应的储能时间和占空比。在获得vin和ec后，通过查找这个对应表来确定当前的储能时间和占空比。

最后，在步骤s730向升压电路发送一个控制信号，例如脉宽调制信号pwm，其指示出所确定的储能时间和占空比。

下面，以led作为闪光元件的情况为例进一步举例说明。假定闪光需要达到110坎德拉的光强，则led上需要消耗1.0焦耳的能量。进一步假定：升压电路中电感l为330μh，升压电路的工作频率为50khz，升压电路的转换效率为70％。若输入电压vin为固定值，即vin＝24v，电容c为1000μf，即其充电时间tc＝1000ms，那么根据公式(3)则可计算出升压电路的储能时间ton＝5.72μs。若假定闪光仅需要达到30坎德拉的光强，则led上需要消耗例如0.4焦耳的能量，那么在上述参数的电路中升压电路的储能时间ton＝3.74μs。

类似地，当输入电压vin在24v附近波动时，控制电路也可根据探测到的实际vin确定相应的升压电路的储能时间ton。例如，当感测到vin＝22v时，同样对于110坎德拉光强要求而言，升压电路的储能时间为ton＝6.24μs。当探测到vin＝26v时，同样对于110坎德拉光强要求而言，升压电路的储能时间为ton＝5.28μs。

由此可见，根据本发明实施例的通知设备一方面在对储能元件进行充电时，通过控制升压电路的占空比d或储能时间ton来确保在整个非通知时段toff内周期性为储能元件充电。这样可以使得通知设备在储能期间从输入端拉的电流达到最小值，而无需一个单独的限流电路。进而，在本发明实施例中，控制电路还可以通过控制升压电路的占空比d或储能时间ton来调整从输入端210获取的能量大小，从而仅获取恰好满足通知元件工作所需的 能量。这进一步降低了从输入端获取的能量，也同时降低了从输入端拉电流的大小。再者，在本发明实施例中，控制电路还可以根据输入电压vin的变化调整升压电路的占空比d或储能时间ton，以获得足够的能量。这样，升压电路可随着输入电压的波动而灵活调整，以确保从输入端拉的电流较小。

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。