专利名称：用于发光二极管道路照明设备的电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管电源，具体地涉及用于道路照明设备的LED电源。
背景技术：
道路或街道照明设备暴露在一系列环境因素中，其影响照明设备的性能和寿命。 现有的道路照明通常使用高强度的放电灯，通常为高压钠灯(HPQ。电源设计已相对简单， 但是设备的光质、效能和可控性仍低于理想状态。引入下一代照明设备(例如，基于发光二极管(LED)的照明设备)提供更高的效能、光质和可控性，但是在确保针对照明设备的寿命的可靠操作方面存在挑战。必须考虑诸如热控制、功率效率、电流调节和封装约束之类的因素，以满足操作要求。温度极限和封装约束条件规定有效的设计以确保可靠性。迄今为止， 还没有实现满足高要求设计要求并且与环境极限相适应的电源。因此，仍然高度期望能够改进LED电源的设备和方法。
发明内容
根据本发明，提供一种操作用于道路设备中的发光二极管(LED)模块的电源的方法，该方法包括对输入的交流(AC)电流执行电磁干扰(EMI)滤波；对AC电流执行AC到直流(DC)的整流；基于功率因子校正(PFC)值逐渐减小整流后的DC电流；将逐渐减小的DC 电流提供至LED模块；测量通过LED模块的电流；至少基于所测得的通过LED模块的电流来确定PFC值；反馈所确定的PFC，以控制逐渐减小的DC电流。根据本发明，还提供一种与道路照明设备中的发光二极管(LED)模块一起使用的电源，该电源包括电磁干扰滤波器，用于对交流(AC)电流进行滤波；AC整流器，用于将AC 电流整流为直流(DC)电流；功率因子校正(PFC)电路，通过基于接收到的PFC值切换回扫变压器来保持DC电流波形与线电压同相；次级侧滤波模块，用于减小DC电流中的电压和电流纹波；LED电流传感器模块，用于检测来自LED模块的回流线路中LED模块所使用的电流值；以及微控制器，用于监测LED电流并对输入进行处理，以基于所检测的LED电流值确定将要施加到回扫变压器的PFC值。
根据以下结合附图的详细描述，进一步的特征和优点将显而易见，附图中图1示出了发光二极管电源的表示；图2示出了操作LED电源的方法；图3示出了详细的电源第一级；图4示出了详细的电源第二级；图5示出了安装在照明设备中的电源的表示；以及图6示出了用于执行夜晚变暗的方法。注意，所有附图中，相同或相似的特征由相同或相似的参考标号表示。
具体实施例方式以下将参照图1至图6，仅通过示例的方式来描述实施例。电源被设计来向LED提供确定光输出的可控恒定电流。电源可编程用于通过对灯点亮和关掉的次数进行计数来进行恒定电流控制。电源使用点亮循环数来随时间增加增量电流增长，例如，每20年的点亮循环电流(瓦数)具有某个固定增量。电源具有可选择的控制模式，以允许在电源的整个寿命中具有单个恒定电流。电源具有极高的电效率；其通过以下方式实现，使用单级、断续模式、回扫转换器执行AC到DC的转换以使开关损耗和元件数量减到最少，从而导致高效率。另外，功率因子校正电路可以在导致高效率的单级、断续模式、回扫转换器中使用诸如ST Microelectronics L6562之类的功率因子校正IC。使用诸如微控制器ATtiny85 之类的器件来执行恒定电流监测，以采样输出电流并且对电源的输出和功率提取产生最小的影响，这导致高效率。利用额定电流高于需要(例如，高两倍或三倍)的P-N半导体器件(即二极管、金属氧化物半导体场效应管等)，以允许在器件极限的超低端的操作，从而针对额定输入和负载提供最大效率，这导致高效率。电源具有20多年的预期寿命。这通过以下方式部分实现，使用导致最大寿命的具有扩大温度范围(最小+125°C)的高可靠性元件(例如，汽车和飞机等级的或更好的)、超大尺寸和/或超额定元件，以确保元件在其导致最大寿命的设计限制下操作正常，消除对铝电解电容器(其为高不合格率的元件)的使用，从而导致最大寿命，使用具有诸如Laird’ s Thermagon or Arlon Tpreg 之类的热导电介质的铝核心电路板直接安装至热导电、铝设备外壳来提供优良的热耗散，所述热导电、铝设备外壳为电源提供对外部的对流气流开放的散热器，这导致最大寿命，并且针对最大支撑和封装的电路板， 使用平放在该电路板上的表面安装元件以获得额外支撑，这导致最大寿命。将电源设计为具有这样的能力，允许使用例如Atmel ATtiny85可编程微控制器的器件来控制到LED的电流电平，所述器件可编程来接受来自外部传感器的数据，以控制来自LED的输出。LED输出可以由例如移动检测、夜晚变暗、温度补偿、无线控制等触发。电源在高效率并具有高功率因子的同时向LED提供微控制器控制的、闭环反馈恒定电流。高功率因子(例如>0.98)减小了公共设施与电源之间损失的能量，同时高效率 (90%+)减小了电源与LED之间损失的功率。设计使用这样的方法，使用在转换模式(即， 断续模式)中操作的功率因子校正电路以使用一个芯片来提供功率因子校正和回扫切换， 减少了元件数并增大了效率和功率因子。由于功率因子校正电路需要来自例如桥式整流器的大电压纹波用于输入电压相位的适当检测，因此可以使用更小、更可靠的薄膜或陶瓷电容器来代替普通的大而笨重的电解输入滤波电容器。限制流至LED的电流量的控制电路是唯一的，这是因为其可以随着LED变旧而增大流至它们的电流。控制电路开始时可以通过向LED提供最小的电流量来根据IES标准的需要提供最小的光输出，并且随着时间流逝而逐渐增大电流以保持光输出，从而对LED随着变旧而自然减小的光输出进行补偿(LED的输出每经过20年减小20%)。以较低电流运行LED可以使它们更高效，因为其运行温度更低。这可以提供比HPS设备显著的节约，HPS 设备需要具有更高的初始输出(流明)来保持适当的IES亮度级，直至其寿命结束。使用微控制器来控制电流输出。使用用来在闭环反馈中控制电流的微控制器，可以容易地添加其他控制机制，例如，通过移动检测来点亮，或者当存在车辆或行人时增大 (或减小)光输出级，如果它们运行太热则通过温度补偿来减小到LED的电流以确保较长的寿命，白天变暗则使灯点亮或者将照明程序调节为与交通循环一致，并且遥控(即，无线) 操作以允许远程的可编程控制，其允许实时地改变照明亮度或针对特定事件(诸如节日、 紧急情况、旅游旺季等)改变对微控制器的编程。电源被设计为接受任意光输入电压，包括两个标准的输入电压；即，120Vac， 60Hz (北美电压)或MOVac，50Hz (欧洲电压)。针对每种输入电压，使用单独的电源。每个电源的整体设计相同，每个版本仅存在元件值的几处改变，以接受更低的或更高的电压和不同的频率。使用该方法优于典型的通用输入电压设计，因为其通过优化每个电源及其相应输入的元件值而不是进行折衷来保持尽可能高的效率，从而电源将以所有电平工作。参考图1，输入AC电流101馈送至EMI滤波器102，以通过消除可传输至公用电网的谐波噪声和传导发射来限制由电源引入电网的任意传导干扰。桥式整流器104将AC输入101转换为功率因子校正电路114的DC输入。功率因子校正电路(PFC) 114接收当前被整流的AC信号，并且根据功率因子校正值115来切换回扫变压器106。用MOSFET来切换回扫变压器，以产生LED所需要的较低电压。PFC电路114与AC线电压同步地切换回扫变压器106，保持电流波形与线电压同相。这与对电流尖波和峰值(谐波)的限制相结合，确保了良好的功率因子，即，公共设施所产生的表观功率和电源消耗的实际功率接近相同，从而导致损失最小的能量，因为电源不能完全利用相电压和电流的输出所产生的功率。PFC电路114还提供过电压和短路保护。回扫变压器106将高DC电压转换为较低的DC电压(电压逐步降低，例如165V到36V)。提供次级侧滤波110来减小来自电压和电流的纹波，以提供较清洁的输出。减小的电压波形提供来驱动LED 116。电流感测电阻器118对LED的回流线路上的电流进行采样，以产生与流向LED的电流成比例的小电压。表示取决于PFC回扫转换器性质的比例电流的高纹波电压馈送至微控制器(或微处理器)120的输入，取平均以确定通过LED 116的平均电流，然后与编程到微控制器120 的存储器中的设置值进行比较。根据电源处于哪个点亮循环(其通常对应于电源已操作的天数)，微控制器120调节到PFC电路114的电压，以输出由存在于微控制器120中的值为参考的相应电流。微控制器可以在电流-时间渐变模式中操作，以提供随着LED变旧而增大的LED电流。LED的年龄一般根据点亮循环数来确定。可替换地，微控制器120可以在恒定电流模式中操作，以在LED的寿命期间提供恒定的LED电流。微控制器120对每个点亮序列进行计数，并且将其存储在其内部存储器中，以对其已操作了多少天进行跟踪。对于记录一天的微控制器120，电源被设计为最小4小时监视 “一次”(例如由输出电流确定)，以减小由于电力减弱或断电等的错误计数。即，当LED电流在大于4小时的时间内实质上相同时，则认为是经过了一天。显然，也可以通过其他方法来确定操作的天数或LED的年龄。天数计数器不需要精确，而是提供设备已使用多长时间的一般指示。使用该机制， 微控制器120可以编程为以规定的任意方式来控制到LED的电流。可以为微控制器120提供另外的输入，以使移动传感器122检测移动并点亮LED，从而允许能量节约。这应用于这样的情况，其中在低交通时期(通常在午夜之后)关掉LED灯。无线TX/RX接口 IM可以提供来对灯进行编程以使其点亮或关掉和/或变暗，和/或通过直接无线通信或通过无线网络来远程监视性能。背景光和/或光输出传感器1 可以提供来监视LED的输出和日光， 以控制期望的光输出。其他种类的输入(诸如温度值)也可以提供来提供改进的电源效率或照明设备的触发操作。另外，微控制器120还可以根据存储在存储器128中的变暗计划表来计算LED的电流电平。变暗计划表定义了夜晚期间LED模块的期望的光输出级。当逐步降低DC电压时，微控制器120通过调节PFC电路114所使用的PFC值来控制输出级。电源可以设计为独立的电源，以对并列LED阵列供电，或者电源可以设计为针对给定应用和功率需求通过调节元件的尺寸和值来对单串LED供电。电源是操作为恒定电流源的微控制器控制的闭环反馈PFC回扫控制器。LED效率、 功效(流明/瓦特)、LED预期寿命、以及光输出都直接取决于流过其的电流。通过保持恒定电流电平通过LED，可以严格地控制这些参数。电源由4个主要部分构成。图2示出了操作图1所示的LED电源的方法。在步骤202执行输入AC电流的EMI 滤波。然后，在步骤204对AC输入进行整流，以将AC转换为全波DC电压和电流。在步骤 206，整流的DC电压逐步降低至较低的DC电压，例如，从165伏特到36伏特执行电压的逐步降低。在步骤208，通过PFC电路114监视初级电流。如果电流超过设计容限，则在步骤 210通过PFC电路114执行短路保护。基于期望的输出电流，在步骤212可以将PFC值施加到PFC电路114，以确保提供期望的电流。然后，可以在步骤214执行次级侧滤波，以减小来自电压和电流的纹波，从而提供较清洁的输出。然后，在步骤216将逐步降低的、以及可能已滤波的电流施加至LED引擎。在步骤218，测量LED电流。然后，微控制器可以在步骤220确定通过LED的平均电流。 为了确定通过LED的平均电流，微控制器可以对感测到的可能具有高纹波(即，120Hz)的电压信号进行平均。然后，在步骤222确定LED的输出模式，其中微控制器被变成为提供恒定电流或者预编程的随时间斜坡变化的电流，以调节LED的输出。在步骤224，通过微控制器确定电流点亮循环，以通过对点亮循环进行计数来确定设备的“年龄”。在步骤226，微控制器120确定所需要的LED电流以实现期望的LED输出。然后，微控制器120向PFC电路 114发送反馈信号(例如，PFC值115)，以调节所需要的到LED的电流。反馈信号可以通过例如在步骤2 基于所收集的数据计算期望的反馈电压输出来确定。外部输入s230也可以提供至微控制器，例如来自移动传感器122、无线TX/RX接口 IM或背景光和/或光输出传感器126的信号。还可以在计算期望的点亮/关掉状态、光强度或保持LED设备的光强度所需的电流期间提供另外的输入。图3中示出了电源的第一级300的详细示意图。第一级是电源的输入级。AC供电线(即，灯杆中接入LED灯的电缆)通过表面安装“插入(poke-in) ”连接器(Jl)引入电源，并且通过EMI (电磁干扰)滤波器(C2、L1、C3、C1、C4)。这是标准的滤波器设计，其被用来帮助将EMI电平限制在EN55015和EN61547要求的范围内。然后，使用分立的二极管电桥(Dl、D2、D3和D4)来将AC电压整流为DC电压。使用分立的二极管在选择超出设计电流和电压额定值的超额定元件方面具有最大的灵活度，从而确保了该电桥具有最高级别的效率和寿命。与快速或超快速二极管相比，使用标准的二极管有助于使波形的上升时间变慢，这有助于限制电流尖波和谐波从而减小EMI。该级的输出馈送入8个单独的通道，尽管可以使用更多或更少的通道。如图4所示，第二级400由功率因子校正回扫转换器和基于反馈回路的微控制器构成。功率因子是公共设施所提供的表观功率与电源所使用的实际功率之比。通过保持驱动LED的电流与来自公共设施的输入电压同相，可以实现高功率因子。这与限制总的谐波失真相结合，确保了高的整体功率因子，即表观功率和实际功率接近相同，从而导致公共设施与电源之间损失非常少的能量。通过使用功率因子校正芯片(诸如UlO ST L6562)来进行功率因子校正和回扫切换，可以除去用于切换回扫(T4)的更标准的脉宽调制(PWM) IC， 从而减少了部件数并且增大多达5%的电源效率。仅使用单个PFC级的另一个优点是，其可以处理来自整流电源的大的纹波电压，从而可以使用更低值的滤波电容器(C40、C41)。这允许使用诸如薄膜和陶瓷电容器之类的非电解电容器，铝电解电容器(由于它们的构造)是减小可靠性的主要源。薄膜和陶瓷电容器比铝电解电容器具有更高的可靠性和寿命，可专门用于电源设计。PFC控制器通过MOSFET Ql以120kHz的标称频率切换来自桥式整流器的整流DC 电压，MOSFET Ql的漏极连接至回扫变压器T4的初级。针对EMI，更严格的欧洲标准(CISI3R 22，EN55022)开始测量的频率是150kHz。选择120kHz是为了使变压器保持尽可能的小并且使开关损坏最小，同时确保初级频率足够低于150kHz，从而使更高频率的谐波衰减到符合EMI标准更容易。可以选择较低的频率，但是变压器的尺寸随着频率的降低而增大。通过 R44来提供UlO的初始功率。一旦电路开始操作，T4的辅助绕组通过D27引脚1提供UlO 所需的功率。齐纳二极管拟6确保了到UlO的电压不超过其最大电压限制。UlO通过R46和R53对整流主电压进行采样，并且切换Q4的栅极，以使得变压器 T4中所产生的电流与输入电压同相或同步。MOSFET(Ql)相对于电流额定值超过了规定尺寸，以提供更大的可靠性以及低 Rds_on (当MOSFET在漏极和源极之间接通时MOSFET的“接通”电阻)。由于具有更多的半导体材料来承载电流，因此MOSFET通常具有较低的RdS_on。这减小了与MOSFET相关的功
^^ ο变压器(T4)由初级绕组、次级绕组和辅助绕组构成，初级绕组耦合至切换器，次级绕组提供减小的36V输出，辅助绕组在电路上电和运行之后向PFC控制器和微控制器提供功率。回扫变压器使用RM6核心来获得高效率、小尺寸、和低漏电感，从而减小M0SFETQ1 上的应力并且减小EMI。变压器(T4)的次级绕组(引脚6、7)所提供的输出由输出滤波器和电流感测器构成。输出整流器D23是碳化硅二极管，其具有零恢复时间，消除了开关损坏，非常可靠并且具有很高的效率。通常，使用两个整流器，从而仅一半电流流过它们中的任意一个，通过确保二极管远低于其极限进行操作进一步改进了可靠性和效率。通过使用碳化硅二极管，仅需要一个整流器就可以获得与使用两个整流器一样的优点。由于LED本身对输出提供电压调节，因此输出上仅需要2μ F的电容(C38、C39)。这允许在输出上使用非电解电容器，提高了可靠性。由于PFC拓扑和低输出电容，输出纹波在120Hz，这满足了能源之星要求，并且足够高来消除LED中的任意可见闪烁。电流感测器为简单的低值电阻器(R50)，当电流流过LED时，其两端产生小电压。
9由于反馈电压直接与流过其的电流成比例，因此该小电压通过R49发送至微处理器(Ull)。诸如Atmel微控制器之类的处理器Ull (ATTiny85)从R49接收反馈电压，并且由于该电压具有由于低电容输出滤波器和PFC拓扑而产生的高120Hz纹波成分，因此执行平均功能。平均了的电压提供通过LED的平均电流。使用J13上的跳线可以选择期望的控制机制(电流/时间增力卩、恒定电流、基于时间变暗、或其组合等)。也可以通过将适当的编程器连接到J13来实现进一步的提升。编程机制的微控制器通过以160mA运行每串LED来以减小的光输出启动LED。这提供了需要的IES光输出，等效于100W HPS眼镜蛇头(cobra head)。由于LED随时间而变旧，光学器件的污垢损耗增大，微控制器在每个点亮循环按照设定量增大电流，以使得在20 年时，LED将以其全额定电流电平(例如，300mA)运行。以较低电流运行LED不仅会使功耗初始时减小50%，而且其寿命也会增长。微控制器对每次向其施加功率进行计数和跟踪，并且将该数据存储在其板上存储器中。这不需要精确，因为随时间而产生的污垢损耗量不可预测，并且随时间而产生的流明损耗也仅是一个估计，因此电流的增长随时间而严格线性增长。相比之下，HPS眼镜蛇头初始以较高的光输出开始，并且随着灯变旧提取更大的功率来补偿流明性能的减小，从而使其在寿命结束时仍然产生需要的IES光输出。通过包含基于微控制器的闭环反馈来控制电流，可以为核心设计添加许多其他特征。一些包括移动检测的示例仅当存在车辆或行人时才点亮或增大亮度级，如果它们运行太热则进行温度补偿以减小到LED的电流从而确保较长的寿命，白天变暗则使灯点亮或者将照明程序调节为与交通循环一致，并且遥控操作以允许远程用户实时地调节照明程序或针对特定事件(诸如节日、紧急情况、旅游旺季等)改变对微控制器的编程。Ull通过5V调节器U12从T4的辅助绕组接收功率。将电源具体设计为满足用于给定应用的最佳量的串联LED的要求。用于平衡效率和模块化同时符合二类电源要求的串联LED的最佳量是例如12个LED。每串12个LED通过给最少量的额外LED提供需要的亮度级来提供最大的模块化灵活性。显然，也可以利用其它数量的LED。这通过使用所需的最少量的LED也极大地减小了成本和功率级。电源可以以每串350mA提供例如40V，这是12个LED将提取的最大电压，从而使输出电压远低于 60V的限制，以根据需要进行二类操作。所述设备可以简单通过添加更多串LED以及另外的电源通道以单独运行LED串来达到更高的瓦数。为了实现最大量的能量节约并且在减少温室气体方面具有最大的效果，电源的效率和功率因子需要尽可能高。这减小了电源所消耗的没有传递至负载的耗能量。也可以具有高效率和低功率因子或者高功率因子和低效率，但是二者在整体能量节约和温室气体减少方面均具有显著效果，因此必须将电源设计为考虑两种因素。所描述的电源具有90% + 的效率以及> 0. 98的功率因子。这通过仅使用单级PFC回扫转换器设计来实现。1级相对于更典型的2级方法减小了功耗。电源包括基于微控制器的闭环反馈电路。负载电流可以通过微控制器、Ull操纵， Ull改变到UlO的引脚3(补偿引脚)的电压。电压信号向UlO提供PFC值。微控制器可以从许多外部传感器和/或其他电路接收数据，然后根据编程到微控制器中的算法来处理这些数据，以控制LED。这允许极大的灵活性，从而增大了电源的功能性并且添加了新的特征，同时与其他具有内置灵活设备(DMX控件等)的电源相比，使电源的成本保持相对较低。
电源还可以包括禁止(DIQ输入，其可以用来选择性地禁用电源输出。有利地，这可以用来例如关闭设备的一个或多个LED模块。电源具有20+年的额定寿命。热是元件故障的主要原因，从而减小产品的寿命。已经以几种方式使热效应最小化。选择具有至少-40°C至+125°C的扩展温度范围的元件(通常为汽车和军事级别的元件)确保这些元件能够很好地在其热设计极限进行操作并使其上的热应力非常低。电路板502是金属核心的单侧板，其直接固定至设备外壳506，利用热油脂或垫片504作为连接，如图5所示。这允许电源利用外部设备散热器来有效地将(处于IP 66外壳中的)电源的热传输至外部，使气流可以作为主动冷却系统。街道照明设备故障的另一主要原因是振动。道路照明设备必须承受来自风、交通、以60Hz操作的公共电源调节设备(变压器、电容器组等，其与照明设备安装在相同杆上)、以及其他人为或自然现象的强烈振动。已经解释说明了几种方式。所有元件均是表面安装类型的，以方便安装至金属核心板。这允许所有的元件体均平放在板上，从而所述板可以提供最大的支撑，从而排除了仅通过其引脚来支撑元件的需要。振动敏感性元件具有RTV硅酮，添加来改进振动可靠性。基于设计的模块化，可以使用任意数量的LED块。例如，M个LED块可以在道路或其他表面上提供完整的期望光分布，LED照明设备也可以利用总共包含M个LED的轻型发动机来制造(12个LED在轻型发动机的左边，12个LED在轻型发动机的右边)。这将仅使用MfLED和一个单通道电源构成照明设备。因此，LED照明设备的整体尺寸可以适当变小或变轻，并且仍然能够提供相同的期望分布，而总的光输出对应于M个LED。同样，可以用2个M个LED的块(总共48个LED)来制造LED照明设备，电源将具有2个通道。这种情况下，LED照明设备将制造为仅包括48个LED。这种使用不同数量的MfLED的块来制造LED照明设备的相同方法提供了设计和制造任意尺寸的LED照明设备的能力，其具体优化了所期望的LED块数的设计。电源是无铅的。使用有机可焊性防腐剂(OSP)面漆来提供更耐用的面漆以及与无铅焊料更好的反作用。使用符合RoHS的无铅焊料和元件。为了减少生产时间并且简化生产工艺，插入连接用于输入和输出线连接。这消除了对压接连接的需要而仅需要线的端部为条带状。作为一段，表面安装连接器较不容易由于振动而断开。夜晚变暗可变暗的电源使得能够执行夜晚变暗。内部电源配置为通过街道照明设备的最终用户根据需要来执行预编程的变暗计划表。基于系统确定的夜晚来变暗。夜晚变暗的功能基于这样的原理，针对给定的地理位置，如果日落与日出之间的小时数已知，并且如果相对于日落的时间已知，则可以准确地确定实际的白天。逻辑程序执行两个主要功能，首先，其使用具体的逻辑算法来确定白天，其次，基于所确定的白天来执行预编程的变暗计划表。为了确定白天，针对每M小时的操作周期，微处理器120最近15分钟记录一次从日落到日出的时间周期。这通过记录其操作小时来实现，操作小时由向系统提供切换电源的路灯(黄昏到黎明)光控件(光传感器126)确定。微处理器120对多达8天的测量值进行平均以确定平均的结果。然后，将该结果与存储在耦合至微处理器120的存储器中的或者存储在微处理器内部的数据表进行比较。该数据表128由路灯所在具体地理位置的一年12个月的日出和日落时间构成。通过将平均的结果与表中数据进行比较，微处理器可以确定路灯在一年中的哪个部分在操作以及可以确定实际的日落时间。当微处理器已知了日落时间并且已知了路灯的操作在每个日落时开始时，其可以在系统精度内执行预编程的变暗计划表，这是其第二重要的任务。预编程的变暗计划表可以在日落期间提供照明设备的光输出的逐渐增大以及在日出期间提供照明设备的光输出的逐渐减小。另外，照明设备的最大输出可以基于一年中特定时间的照明情况来调节。已经详细阐述了在彼此的测量精度内进行了至少两次连续的日落到日出的测量时执行变暗计划表的逻辑算法。在数据不足以执行变暗计划表的情况下，作为一种安全机制，路灯将被设置为完全亮度。在变暗系统的硬件故障的情况下，路灯自动设置为完全亮度，作为基于硬件设计的安全机制。逻辑算法还包括处理超出允许测量精度的测量情况的专用逻辑。该(测量超出允许测量精度的)情况下，系统将清除内部测量数据并且将路灯设置为完全亮度，直到已记录了测量精度内的至少两个连续测量值。这种逻辑可以安全地处理由于随机电源中断而引起的数据恶化的情况、或者路灯存储了一定时间段的情况。如图6所示，日落时，在步骤602，通过标准光控件的正常操作将电源施加给路灯微处理器。微处理器开始记录经过的相对于日落(点亮)时间的时间。在步骤604基于对日出的检测来确定夜间的长度。然后确定夜间的长度测量。如果夜间时间段不是过大或过小而测量处于容限范围内，步骤606为是，微处理器确定已存储了预定数量的夜间时间段 (例如，至少两个夜间时间段)。如果预定数量的时间段存储在存储器中，步骤608为是，在步骤610微处理器计算过去几天的(直到上阈值，例如8天)从日落到日出的平均时间段， 作为已知的(平均)日落日出时间段。可替换地，如果已经存储了足够的夜间时间段来提供所需的连续数据，在步骤622将LED模块照明设置为在照明期间为完全亮度。注意，如果还没有收集到8天的数据，微处理器将仅对当前已收集的数据进行平均。基于(平均)日落日出时间段，微处理器可以最近15分钟估计一次日落的时间。然后，在步骤612在变暗计划表中执行查找，以确定定义PFC值的相关变暗序列以及用于应用该值来控制LED模块的照明输出的时间或时间段。查找使平均夜间时间段与期望的变暗序列匹配。然后，可以在步骤614，通过在序列中定义的时间处应用期望的PFC值来控制输出。每次点亮(对应于日落)时，微处理器检查每个新的日落日出时间段测量，在这之前，该测量存储在8个先前测量的组中。如果新的测量不处在测量组中的值的测量精度内， 步骤606为否，微处理器将在步骤602清除先前的测量，并且在步骤622将当前夜晚的路灯设置为完全亮度(不变暗)或预定值。接着，微处理器将新的测量存储为第一潜在正确的读数。已知了最近15分钟的日落时间时以及从日落(点亮)开始的时间，微处理器可以在15分钟的精度范围内估计当前的时间。禾U用在15分钟的精度范围内确定的时间，微处理器可以在15分钟的精度范围内对变暗的开始和变暗的停止功能进行控制(假设光控件的操作不引入误差)。微处理器包括正确处理电源中断情况的逻辑。无论电源中断是短期(几秒钟)的还是长期(长达几年)的，该逻辑都是相同的。如果发生了电源中断，步骤616为是，则在步骤622对存储进行复位，并且将LED模块设置为完全亮度，直到已存储了足够的数据。对于随后的点亮，如果接下来的测量处于先前读数的测量精度范围内，则微处理器将使用两个存储的测量来执行程序化的变暗计划表。如果新的测量不在已存储数据的测量精度范围内，则重复所描述的复位逻辑，并且再次将当前夜晚的路灯设置为完全亮度。在短期电源中断的情况下，微处理器可能具有捕获的存在极大误差的日落日出时间段。该情况下，微处理器可能会看到不在测量数据组的测量精度范围内的非常短的读数。 微处理器将执行一晚完全亮度，对系统进行复位，并且使用该短的读数作为第一潜在正确的读数。第二晚，微处理器将看到比先前错误的短读数长得多的读数。微处理器将在第二晚执行完全亮度，对系统进行复位，并且使用该长读数作为第一潜在正确的读数。第三晚， 微处理器将看到来自前晚的处在读数的测量精度范围内的第二长读数。此时，基于具有两个在测量精度范围内的读数，微处理器将在第三晚执行变暗计划表。总之，短期电源中断将潜在地导致两天的完全亮度(不变暗)以及在第三晚变暗计划表重新开始。注意，在电源不中断的情况下，将花费8天的时间来具有一个完全的数据组，从而优化了精确度。在长期电源中断的情况下，如路灯被存储一段时间时可能发生的一样，微处理器逻辑将确保两天的完全亮度(不变暗)，如果进行了正确的维护程序，则在第三天正确变暗。如果在存储之前，路灯在白天被断开，则路灯保留有一个完整的有效数据组。为了强迫微处理器对其数据进行复位，需要维护程序。该程序涉及通过绕过光控件使用短路帽来简单为微处理器上电一分钟的时间，然后移除电源。该程序将使微处理器记录一个非常短的日落日出时间段，其将导致系统复位。结果是两天的完全亮度(不变暗)以及在第三天正确变暗，这是因为维护程序将使微处理器经历一个短期的电源中断。如果不执行维护程序，则微处理器可能会在操作的第一天执行不正确的变暗，然后在操作的第二天执行完全亮度(不变暗)，以及在操作的第三天和随后几天执行正确的变暗。变暗计划表的不准确将由以下几个因素引起某种程度的误差将由光控件的日落和日出切换引起。该误差将取决于精确的安装，并且可能基于光控件模型、光控件安装、以及天气情况。微处理器对8天的日落日出时间段的测量进行平均，以使(例如由天气情况所引起的)随机误差的影响最小化。由于系统具有15分钟的时间分辨率而引入误差，从而可以在15分钟的精度范围内已知时间。为了确保任意的系统不准确性不影响路灯的安全性，微处理器被编程为使系统的不准确性只引起低亮度级的减少而不引起高亮度级的减少。从而，不准确性减小了能量节约而不影响安全性。每次安装使用夜晚变暗的路灯组时，都必须执行对实际系统不准确性的评估，从而可以相应地配置微处理器。表1中提供了夜晚变暗功能的概要。
权利要求
1.一种操作用于道路设备中的发光二极管(LED)模块的电源的方法，该方法包括 对输入的交流(AC)电流执行电磁干扰(EMI)滤波；对AC电流执行AC到直流(DC)的整流； 基于功率因子校正(PFC)值逐渐减小整流后的DC电流； 将逐渐减小的DC电流提供至LED模块； 测量通过LED模块的电流；至少基于所测得的通过LED模块的电流来确定PFC值；以及反馈所确定的PFC，以控制逐渐减小的DC电流。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对逐渐减小的DC电流执行二次滤波，以减小电压和电流的纹波。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中测量LED电流还包括对具有高电压纹波分量的所测量电流进行平均，以确定通过LED模块的平均电流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括基于恒定电流模式来确定道路设备的输出模式，来通过调节PFC值在LED模块的寿命内提供恒定电流，以保持恒定电流通过 LED模块。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括向LED模块提供增长的电流而随时间斜坡变化的电流模式，以通过调节PFC值随时间保持照明输出。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括确定在确定LED模块的年龄时使用的点亮循环。
7.根据权利要求6所述的方法，其中还基于所确定的输出模式和所确定的LED模块的年龄来确定PFC值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中还基于外部输入来计算PFC值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中外部输入从包括以下项的组中选出移动传感器、 无线发射器/接收器、光输出传感器、以及背景光传感器。
10.根据权利要求1所述的方法，其中还基于从变暗计划表获取的变暗序列来确定PFC 校正值，所述变暗计划表定义了夜间时间段长度内期望的LED模块的光输出级。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括通过以下步骤确定变暗计划表 根据从光传感器确定的日落时间和日出时间来确定夜间时间段长度；将所确定的夜间时间段长度存储在存储器中； 确定是否已存储了所需要的多个连续的夜间时间段长度； 对所需要的多个连续的夜间时间段长度求平均；以及基于平均夜间时间段长度在变暗计划表中执行查找，以确定与该夜间时间段长度相关联的变暗序列。
12.根据权利要求11所述的方法，其中如果还没有存储所需要的多个连续的夜间时间段长度，则将期望的LED模块的光输出级设置为默认值。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括如果所确定的夜间时间段长度不在所定义的容限范围内，则清除所存储的连续的夜间时间段，并且其中将期望的LED模块的光输出级设置为默认值。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括确定电源中断发生并且清除所存储的连续的夜间时间段，并且其中将期望的LED模块的光输出级设置为默认值。
15.一种与道路照明设备中的发光二极管(LED)模块一起使用的电源，该电源包括电磁干扰滤波器，用于对交流(AC)电流进行滤波；AC整流器，用于将AC电流整流为直流(DC)电流；功率因子校(PFC)电路，通过基于接收到的PFC值切换回扫变压器来保持DC电流波形与线电压同相；次级侧滤波模块，用于减小DC电流中的电压和电流纹波；LED电流传感器模块，用于检测来自LED模块的回流线路中LED模块所使用的电流值；以及微控制器，用于监测LED电流并对输入进行处理，以基于所检测到的LED电流值确定将要施加到回扫变压器的PFC值。
16.根据权利要求15所述的电源，其中AC整流器是分立的二极管电桥。
17.根据权利要求15或16所述的电源，其中回扫变压器将DC电压从165V转换为36V。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的电源，其中LED电流传感器通过对LED模块的回流线路中的电流进行采样来检测电流值，以产生直接与流向LED模块的电流成比例的小电压。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的电源，其中，微控制器利用表示比例电流的高纹波电压，并且对所述高纹波电压进行平均以及与微控制器存储器中程序化的设置值进行比较，以确定PFC值。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的电源，其中微控制器对每个点亮序列进行计数，并且将其存储至微控制器的内部存储器中，以对确定PFC值的天数进行跟踪，以补偿由于老化而引起的LED输出退化。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的电源，其中微控制器从光输出传感器接收用来确定PFC值的输入。
22.根据权利要求21所述的电源，其中微控制器还包括用于存储变暗计划表的存储器，所述变暗计划表包括多个变暗序列，每个变暗序列基于平均夜间时间段长度，变暗序列定义一个或多个应用至照明周期的相关PFC值。
23.根据权利要求22所述的电源，其中变暗计划表由微处理器通过以下步骤确定根据从光传感器确定的日落时间和日出时间来确定夜间时间段长度；将所确定的夜间时间段长度存储在存储器中；确定是否已存储了所需要的多个连续的夜间时间段长度；对所需要的多个连续的夜间时间段长度求平均；以及基于平均夜间时间段长度在变暗计划表中执行查找，以确定与该夜间时间段长度相关联的变暗序列。
24.根据权利要求23所述的电源，其中如果还没有存储所需要的多个连续的夜间时间段长度，则将期望的LED模块的光输出级设置为默认值。
25.根据权利要求23所述的电源，还包括如果所确定的夜间时间段长度不在所定义的容限范围内，则清除所存储的连续夜间时间段，并且其中将期望的LED模块的光输出级设置为变暗序列的默认值。
26.根据权利要求25所述的电源，还包括确定电源中断发生并且清除所存储的连续的夜间时间段，并且其中将期望的LED模块的光输出级设置为变暗序列的默认值。
27.根据权利要求15至26中任一项所述的电源，其中微控制器从无线发射器/接收器接收用来确定PFC值的输入。
28.根据权利要求15至27中任一项所述的电源，其中微控制器从移动传感器接收用来确定PFC值的输入。
全文摘要
提供一种用于道路照明设备的高效发光二极管电源。该电源能够调整并监测输入功率并且监测LED电流以通过改变功率校正因子来确保LED的一致性能。也可以基于年龄或外部输入参数，并且通过修正功率校正因子值来调整LED的输出。另外，LED的输出可以在夜晚的任意时间变暗、调低至较低电平规定时间段，以进一步节约能量。该变暗功能使用跟踪“季节(夏季、秋季、冬季和春季)”的编程机制，从而准确地跟踪全年的夜晚时间。
文档编号H05B37/02GK102362553SQ201080013601
公开日2012年2月22日 申请日期2010年1月26日 优先权日2009年1月27日
发明者杰克·伊扎克·约瑟福维茨, 艾伦·肖恩·温特斯, 陈秋宁, 马克·亚当·内亚里 申请人:Led道路照明有限公司