应急照明系统的制作方法-j9九游会真人

1.本发明涉及用于提供应急照明的系统和方法，并且更具体地涉及一种包括相切波形发生器的应急照明系统，该相切波形发生器可以使用调光单元以使用来自照明设备的电力负载反馈来控制照明设备。


背景技术：

2.当发生停电/断电时，需要应急备用电力系统来提供临时应急照明。常规的备用电力系统可以包括用于在输入电源(例如，市电)发生故障时向负载提供应急电力的不间断电源(或ups)。ups的电池供电运行时间是有限的，因此高效使用应急电源非常重要。应当注意，逆变器电池备用系统也通常用于应急照明系统中。
3.应急照明是指在停电时被激活的照明。应急照明的目的是允许建筑物中的居住者在停电或其他应急情况下安全离开建筑物。在建筑物内，应急照明通常由应急备用电源系统供电的应急照明设备(例如，led或荧光灯)提供。应急照明设备中也可以设置有电池组。
4.已知常规应急备用逆变器系统提供调光电平的功率以操作正常的灯驱动器以及调光信号。调光信号是提供给灯驱动器以降低光水平的单独的调光器输入。常规类型的调光器信号包括0-10v和dali。利用1-10v调光技术，在1v至10v之间传输信号。10v是最大量(100％)，1v是最小量(调光的确切百分比可能会变化)。灯具的光输出按比例缩放，使得10v的电压提供100％的光输出，0v提供最少光输出。利用dali(数字可寻址照明接口)调光技术，每个系统由控制器和最多64个照明部件组成，诸如镇流器。这些照明部件中的每个部件具有唯一地址。控制器可以控制这些照明部件，因为dali系统可以传输和接收调光信号。
5.一种用于使用调光信号来对输出功率进行调光的系统被描述在通过引用并入本文的us2017/003598a1中。
6.诸如dob led、螺纹底座led、cfl和(不限于)直接ac输入tled等常规照明设备在照明市场中是常见的。包括车载模块的dob(车载驱动器)led可以用作led光源。dob led模块使用固态电子器件。螺纹底座led和cfl是led或紧凑型荧光灯，其被设计为取代白炽灯泡并且安装到针对白炽灯泡而设计的灯具中。管状led灯(tled)被设计为用led照明改装现有荧光灯具。一些tled改装灯具有内部驱动器，该内部驱动器可以通过原始荧光镇流器或通过到线路电压的连接来接受ac输入。这些改装led灯中的一些是可调光的，但它们没有单独的调光信号输入，除非它们是“智能led”。
7.为了向不包括单独的调光信号输入的照明设备提供调光能力，如果照明设备与这种类型的调光兼容，则可以使用另一种常规方法。在该方法中，应急逆变器包括可编程控制单元，以用于在应急状态下减少提供给照明设备的功率。当应急逆变器最初被激活时，功率电平必须基于以下各项来确定：(1)应急逆变器的额定输出功率、(2)连接到应急逆变器的照明设备驱动器的数目、以及(3)照明设备驱动器的特性。可编程控制单元由用户预设为确定的功率电平，以确保应急照明设备的总功率使用保持在应急逆变器/电源的额定功率内。虽然这种方法不需要单独的调光信号输入，但可编程控制单元的预设性质对用户来说是不
方便的。此外，如果电力负载要求改变，例如，如果应急照明设备的特征或数目改变，则必须重新计算和重置可编程控制单元中的预设功率电平，这会增加工作量和时间成本。
8.上述常规应急照明系统存在两个主要问题缺点。首先，如果应急照明设备不包括单独的调光信号输入，则0-10v或dali调光控制信号不能用于对应急照明设备调光以节省来自应急逆变器/电源的电力。第二，即使应急逆变器配备有具有预设功率电平的可编程控制单元，对应急照明系统的任何改变都将招致用户的附加工作量和时间。
9.本文档描述了旨在解决上面讨论的至少一些问题和/或下面讨论的其他问题的系统和方法。


技术实现要素：

10.本发明的各方面和实施例解决了上述缺点中的一者和/或两者。
11.本发明的一个方面涉及一种使用应急照明驱动器/逆变器的改进方法，应急照明驱动器或逆变器具有使用相切调光方案的调光能力。
12.本发明的其他方面利用不同方法来创建具有相切波形的波输出，方法包括从波创建相切波形和从spwm创建相切波形。该波可以是例如正弦波、矩形波或三角波。
13.本发明的一个实施例涉及一种应急电力系统，该应急电力系统包括电源和相切波形发生器，该相切波形发生器耦合到电源的输出并且被布置为向负载提供相切波形。负载可以是一个或多个应急照明设备。检测模块用于监测由相切波形发生器提供给负载的电压和/或电流。控制器控制相切波形发生器以通过基于所监测的电压和/或电流数据和参考数据修改相切波形来调节/降低负载的功率电平。
14.本发明的另一实施例涉及一种用于对应急照明设备进行调光的方法。该方法包括以下步骤：测量应急照明设备的负载电压和电流、将参考调光数据与所测量的负载电压和电流进行比较、以及基于比较确定调光控制信号。该方法还包括基于控制信号生成相切波形以降低应急照明设备的负载电压和电流的步骤。相切波形可以由spwm生成。
15.本发明的又一实施例涉及一种应急电力系统，该应急电力系统包括电源和相切波形发生器，该相切波形发生器包括波发生器，该波发生器耦合到电源的输出并且被布置为向负载提供相切波形。相切波形发生器被配置有预设功率电平(该预设功率电平不是用户可控制或可设置的)以提供给负载。
16.应当理解，上述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(只要这些概念不是相互矛盾的)被认为是本文中公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开的末尾出现的所要求保护的主题的所有组合被认为是本文中公开的发明主题的一部分。还应当理解，本文中明确使用的术语(也可以出现在通过引用结合的任何公开中)应当被赋予与本文中公开的特定概念最一致的含义。
附图说明
17.将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的另外的细节、方面和实施例。图中的元素是为了简单明了而示出的，不一定按比例绘制。在附图中，与已经描述的元素对应的元素可以具有相同的附图标记。在附图中，
18.图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的应急照明系统的元件，
19.图2示出了前沿相切波形，
20.图3示出了后沿相切波形，
21.图4示出了用于从正弦波创建相切波形的框图，
22.图5示出了从spwm创建相切波形的框图，
23.图6示出了从正弦波创建的前沿相切波形，
24.图7示出了从正弦波创建的后沿相切波形，
25.图8示出了从spwm创建的前沿相切波形，
26.图9示出了从spwm创建的后沿相切波形，
27.图10示意性地示出了根据本发明的另一实施例的调光器控制器的一个实施例，以及
28.图11是根据本发明的另一实施例的调光方法的流程图。
具体实施方式
29.虽然本发明容易受到很多不同形式的实施例的影响，但附图中示出了一个或多个具体实施例，并且将在本文中详细描述一个或多个具体实施例，应当理解，本公开将被视为本发明的原理的示例，而不旨在将本发明限于所示出和描述的具体实施例。
30.在下文中，为了理解，在操作中描述实施例的元件。然而，将很清楚的是，各个元件被布置为执行被描述为由它们执行的功能。
31.如本文中用于本公开的目的，术语“负载”是指从电源汲取电流的电子设备。负载的示例可以包括照明设备，诸如电阻式白炽灯、卤素灯、紧凑型荧光灯发光二极管(led)和灯驱动器。
32.术语“调光”是指降低施加到负载的功率，诸如通过改变/斩波电压波形或减少施加到负载的ac电源的电流来降低灯的亮度，或者降低施加到照明的dc电源的电压。
33.术语“led”应当理解为包括能够响应于电信号而生成辐射的任何电致发光二极管或其他类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语led包括但不限于响应于电流而发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(oled)、电致发光条等。特别地，术语led是指所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，其可以被配置为生成红外光谱、紫外光谱和可见光谱的各个部分(通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)中的一者或多者中的辐射。led的一些示例包括但不限于各种类型的红外led、紫外led、红色led、蓝色led、绿色led、黄色led、琥珀色led、橙色led和白色led(下面进一步讨论)。还应当意识到，led可以被配置和/或控制为生成对于给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)具有各种带宽(例如，半峰全宽或fwhm)的辐射、以及在给定的一般颜色分类内具有各种主波长的辐射。
34.还应当理解，术语led并不限制led的物理和/或电封装类型。例如，如上所述，led可以是指具有多个管芯的单个发光器件，该多个管芯被配置为分别发射不同辐射光谱(例如，可以单独地可控，也可以不单独地可控)。此外，led可以与磷光体相关联，磷光体被认为是led的组成部分(例如，一些类型的白色led)。通常，术语led可以是指封装led、非封装led、表面安装led、板上芯片led、t封装安装led、径向封装led、功率封装led、包括某种类型的外壳和/或光学元件(例如，漫射透镜)的led等。
35.术语“光源”应当理解为是指各种辐射源中的任何一种或多种，包括但不限于基于led的光源(包括如以上定义的一种或几种led)、白炽光源(例如，白炽灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如，钠蒸气、汞蒸气和金属卤化物灯)、激光器、其他类型的电致发光源、热解发光源(例如，火焰)、蜡烛发光源(如，气体罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如，气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、电流发光源、晶体发光源、kine发光源、热发光源、摩擦发光源、声发光源、放射性发光源和发光聚合物。
36.术语“照明器材或设备”在本文中用于指代特定形状因子、组件或封装中的一个或多个照明单元的实现或布置。术语“照明单元”在本文中用于指代包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定照明单元可以具有以下中的任一项：用于(多个)光源的各种安装布置、外壳/壳体布置和形状、和/或电气和机械连接配置。此外，给定照明单元可选地可以与和(多个)光源的操作相关的各种其他部件(例如，控制电路系统)相关联(例如，包括其、与其耦合和/或与其封装在一起)。“基于led的照明单元”是指包括如上所述的一个或多个基于led的光源的照明单元，其单独地或与其他非基于led的光源组合。
37.术语“控制器”或“模块”在本文中通常用于描述可以以多种方式(例如，诸如使用专用硬件和/或软件)实现以执行本文中讨论的各种功能的结构或电路系统。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器(或控制器的中央部件)的一个示例，该微处理器可以使用软件(例如，微码)进行编程以执行本文中讨论的各种功能。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，也可以被实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程微处理器和相关电路系统)的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路(asic)和现场可编程门阵列(fpga)。
38.此外，本发明不限于实施例，并且本发明在于本文中描述的或在相互不同的从属权利要求中列举的每个新颖特征或特征的组合。
39.图1示出了根据一个实施例的应急照明系统(els)100的一个示例。els100包括应急电源10。应急电源10可以使用诸如不间断电源(ups)(未示出)等各种部件来配置。ups可以连接到有源输入ac电源(未示出)。应急电源10的其他选项包括发动机驱动的发电机或逆变器和电池系统。输出应急电源10连接到h桥11。h桥11包括控制到负载12的功率的开关(未示出)。在该实施例中，负载12是一个或多个应急照明器材，诸如基于led的照明单元。h桥11从控制器13接收脉宽调制(pwm)信号，以调节提供给负载12的功率。可以使用检测模块14来创建反馈回路。检测模块14监测提供给负载12的功率，使得可以由控制器13调节提供给负载12的功率。
40.现在将参考图2-图9讨论与提供给负载12的功率的控制/调节相关的各种实施例。本发明的一个方面是产生具有相切波形的正弦波输出。当然，应当理解，可以使用其他类型的波，例如，矩形波或三角波。波形可以是图2所示的前沿，也可以是图3所示的后沿。具有相切波形的正弦波输出通过改变电源电压来改变输出功率。减少提供给负载12的输出功率在应急照明器材中创建调光。在所示实施例中，正弦波的斩波实现了对到负载12的ac输出的调光，使得可以维持在应急备用和ac功率损失条件期间安全出口所需要的必要照明时间段和输出。
41.在本发明的各个实施例中，可以使用不同方法来创建具有相切波形的正弦波输
出，包括从正弦波创建相切波形和从spwm创建相切波形。
42.如本领域普通技术人员将理解的，术语spwm表示“正弦脉宽调制”，并且是逆变器中使用的脉宽调制技术。逆变器在开关电路的帮助下从dc的输入生成ac电压的输出，以通过每半周期生成电压的一个或多个矩形脉冲来再现正弦波。如果脉冲的大小被调节，则输出被称为脉宽调制。利用这种调制，每半个周期产生一些脉冲。接近半周期末端的脉冲始终比接近半周期中心的脉冲窄，使得脉冲宽度与周期的该部分处的正弦波的等效振幅相当。为了改变高效的输出电压，在保持正弦比例的同时放大或减小所有脉冲的宽度。使用pwm(脉宽调制)，仅脉冲的导通时间在振幅期间被改变。
43.spwm的常规硬件和软件要求可以包括微控制器、mosfet、栅极驱动器、晶体振荡器、拨动开关、电阻器、电容器、所需要的二极管、变压器、调节器、光隔离器、keil编译器和语言：汇编或高级语言，诸如嵌入式c、python或ruby。
44.图4示出了第一方法，即，使用正弦波发生器300和滤波器310生成完整的正弦波，然后使用开关设备311来接通和断开，以从完整的正弦波形成相切波形。为了生成完整的正弦波，使用可以是spwm h桥的正弦波发生器。本领域技术人员将理解，生成正弦波的其他方式可以与开关设备一起使用，以将正弦波形成为相切波形。图6和图7示出了开关设备211(诸如scr、mosfet、triac或其他半导体器件)如何产生两种类型的波形。
45.第二方法使用算法(其可以通过spwm在软件或硬件中被实现)来在一个步骤中创建相切波形。这是通过以下方式来完成的：将导通时间阶跃函数调制到spwm信号，并且创建与相切波形对应的pwm信号，然后对pwm进行滤波以获取相切波形。如图5所示，可以使用正弦波发生器400、开关设备411和滤波器410。图8和图9示出了如何通过将spwm和导通时间阶跃函数调制在一起来创建相切波形。
46.再次参考图1，在一些实施例中，h桥11和控制器13可以用于实现上述第一方法和第二方法。
47.图10示出了根据本发明的一个实施例的调光器控制器200的框图。调光器控制器200的部件可以包括或取代如图1所示的控制器13和检测模块14。如图10所示，电压和/或电流传感器201用于监测负载12电压和负载12电流中的一者或两者。电压和/或电流传感器201可以使用各种常规的分立或集成电路部件来实现。所监测的电压/电流数据由反馈模块202使用。反馈模块202分析所监测的电压/电流数据以确定负载12处的功率或调光水平。
48.分析可以通过各种方式来进行。例如，反馈模块12可以将所监测的电压/电流数据与参考相切信号数据(或参考数据)进行比较。参考数据针对各种调光功率电平、或参考波形、或电压/电流电平阈值的可以是查找表的形式。参考数据可以被初始预设，然后在els100被激活时被动态地更新。在这点上，反馈处理模块将分析在启动时提供给负载12的全功率。如果与所监测的电压/电流数据相比，参考“全功率”数据没有改变，则所存储的参考数据可以用于向负载12提供适当的调光。如果与所监测的电压/电流数据相比，参考“全功率”相切信号数据发生了变化，则所存储的参考数据可以被动态地更新，以考虑els100配置和/或负载12要求的任何变化。基于参考“全功率”数据，负载12的功率可以降低到适当的调光水平(例如，参考“全功率”的50％、20％等)。
49.检测模块14可以继续监测负载12电压/电流数据，以允许在应急情况存在时根据需要进行进一步调节。例如，应急照明要求可以随着应急条件的持续而改变，或者更大的调
光可以被设置以延长应急电源10的寿命。这种动态变化是基于应急情况的持续时间、应急电源10的功率电平/运行时间剩余、或应急电源10的温度来预先设置或编程的。
50.反馈处理模块12将分析结果提供给控制器203。控制器203生成用于创建控制信号的自适应数据结构，以调节/创建具有相切波形的正弦波输出。pwm信号模块205可以用于创建pwm信号，该pwm信号控制/调节具有相切波形发生器的正弦波输出(如图4和图5所示)。
51.存储器204可以用于根据需要存储数据和参考数据。
52.在其他实施例中，相切波形发生器被配置为具有预设调光功率电平以提供给负载12。在本实施例中，用户不需要控制或设置预设的调光功率电平。
53.应当理解，图10所示的各种元件/块可以被组合或修改，以提供上述功能和结构。此外，硬件和软件的组合可以用于实现。在这点上，图11示出了可以用于实现图10所示的调光控制器结构的算法的流程图。图11所示的编号步骤对应于图10所示的数字结构元件。
54.此外，调光器控制器200可以包括用于根据需要监测/控制/调节负载12的调光的接口15。接口15可以是简单的手动开关，诸如用于根据需要手动调节调光的旋转拨盘或倾角开关。在其他实施例中，接口15可以是允许与监测设备对接的数据端口。接口15也可以是到远程控制中心的无线连接。例如，无线连接可以是wifi、无线网状或nfc等。
55.因此，各种所示实施例相对于现有系统的优点是很清楚的，因为实施各种所示实施例的系统将在ac电力损失期间以最低要求照明或高于最低要求照明操作，并且在应急情况期间实现更长时段的备用电力。在所示实施例中，应急备用系统结合了不同类型的应急照明系统的调光能力。该设备还可以与当前的全功率输出ups/ips应急备用以及当前的逆变器应急备用系统结合使用，或者可以是用于与安装在具有和没有ac led驱动器的单个照明器材中的led负载一起使用的专用应急备用设备。
56.尽管本文中已经描述和说明了若干发明性实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文中描述的功能和/或获取结果和/或一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每一者被认为在本文中描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定应用或本发明教导针对的应用。本领域技术人员将认识到，或能够使用不多于常规实验来确定，本文中描述的特定发明实施例的很多等同方案。因此，应当理解，前述实施例仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，除了具体描述和要求保护的实施例之外，可以实践本发明的其他实施例。本公开的发明性实施例涉及本文中描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的，则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合都被包括在本公开的发明范围内。
57.本文中定义和使用的所有定义应当理解为控制字典定义、通过引用并入的文档中的定义、和/或定义的术语的普通含义。
58.说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”，除非明确指出相反，否则应当理解为“至少一个”59.说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为这样结合的元素中的“一个或两个”，即，在某些情况下结合存在而在其他情况下分离存在的元素。用“和/或”列出的
多个元素应当以相同方式进行解释，即，“一个或多个”这样结合的元素。除了由“和/或”子句具体标识的元素之外，可以可选地存在其他元素，无论这些元素与具体标识的那些元素相关还是无关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，当与诸如“包括”等开放式语言结合使用时，对“a和/或b”的引用可以仅是指a(可选地包括b以外的元素)；在另一实施例中，可以仅是指b(可选地包括a以外的元素)；在又一实施例中，可以是指a和b两者(可选地包括其他元件)；等等。
60.如说明书和权利要求书中使用的，“或”应当理解为具有与上文定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应当被解释为具有包容性，即包括至少一个但也包括一个以上的元素数目或列表，以及可选的附加的未列出的项目。只有明确表示相反的术语，诸如
“……
中的仅一个”或
“……
中的恰好一个”，或者当在权利要求中使用时，“由
……
组成”将指包括元素数目或列表中的恰好一个元素。通常，本文中使用的术语“或”仅应当被解释为在前面加上排他性术语时表示排他性替代品(即，“一个或另一个，但不是两者”)，诸如“任一个”、
“……
中的一个”、
“……
中的仅一个”或
“……
中的恰好一个”。在权利要求中使用的“基本上由组成”应具有专利法领域中使用的普通含义。
61.如本文在说明书和权利要求书中使用的，参考一个或多个元素的列表，短语“至少一个”应当理解为是指从元素列表中的任何一个或多个元素中选择的至少一个元素，但不一定包括在元素列表内具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义还允许元素可以可选地存在，而不是短语“至少一个”所指的元素列表中具体标识的元素，无论是与具体标识的那些元素相关还是无关。因此，作为非限制性示例，在一个实施例中，“a和b中的至少一个”(或等效地，“a或b中的至少一个”，或等效地“a和/或b中的至少一个”)可以是指至少一个a，可选地包括多于一个a，不存在b(并且可选地包括b以外的元素)；在另一实施例中，是指至少一个b，可选地包括多于一个b，不存在a(并且可选地包括a以外的元素)；在又一实施例中，是指至少一个a，可选地包括多于一个a，以及至少一个b，可选地包括多于一个b(并且可选地包括其他元素)；等等。
62.还应当理解，除非明确指出相反，否则在本文所要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作顺序不一定限于该方法的这些步骤或动作被叙述的顺序。
63.在权利要求书以及上述说明书中，诸如“包括(comprising)”、“包括(including)”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”、“由
……
组成”等所有过渡短语都应当理解为开放式的，即，表示包括但不限于。如《美国专利局专利审查程序手册》第2111.03节所述，只有过渡短语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”分别为封闭或半封闭过渡短语。
64.在权利要求书中，括号中的引用是指示例性实施例的附图中的附图标记或实施例的公式，从而增加了权利要求书的可理解性。这些附图标记不应当被解释为限制权利要求。