照明系統、照明驅動電源及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了照明系統、照明驅動電源及其控制器和控制方法。該控制方法包括：對電網電壓進行整流，產生整流信號；將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號；基于同步信號進行計時；接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令；以及在計時時間達到預約時間時執(zhí)行所述具體操作。
【專利說明】
照明系統、照明驅動電源及其控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電子電路，尤其涉及照明系統、照明驅動電源及其控制器和控制方法。
【背景技術】
[0002]網絡化控制的智能照明系統是當前研究和應用的熱點。在道路照明領域，由于組網規(guī)模龐大，網絡結構多樣，技術更為復雜，也更有應用價值。
[0003]網絡化控制的智能照明系統的主流方案是將現有的通信技術采用模塊的形式與照明驅動電源相結合，以實現遠程控制。如圖1所示，其基本原理是通過服務器使用GPRS(General Packet Rad1 Service)等無線通信方案控制分布式的主節(jié)點，如果忽略掉互聯網傳輸的交換機、移動通信基站等設備或設施以及其通信過程，則可認為該拓撲為星型網絡，為系統的最上層網絡。
[0004]每個主節(jié)點一般管理幾個到幾百個從節(jié)點。從節(jié)點一般以燈桿或者燈具為單位，一個燈桿上一個或者數個從節(jié)點，主節(jié)點與從節(jié)點間構成第二層網絡。由于燈桿距離較遠，分布情況復雜，無論采用傳統的微功率無線或者電力線載波方案，由于作為通信設備的從節(jié)點發(fā)射功率有限，通信距離較近，很多情況下主節(jié)點無法直接控制到該網絡最遠端的從節(jié)點，往往需要中間的從節(jié)點對通信信息進行轉發(fā)。因此一般從節(jié)點既承擔控制任務，也承擔通信中繼任務，故該網絡拓撲非常復雜，可能為星型、樹型、復合型等拓撲。需要指出的是，主節(jié)點管理從節(jié)點的數量越龐大，該網絡越復雜，性能也越差。
[0005]從節(jié)點一般管理一個或者若干個驅動電源，可采用內置或者外置于驅動電源的方式。一般從節(jié)點控制驅動電源的開燈、關燈、調光，或者采集驅動電源工作狀態(tài)，采集驅動電源輸入輸出的電參數。
[0006]節(jié)能與智能化是照明系統發(fā)展的兩個重要的目標。但無論節(jié)能還是智能化的目標，都與通信設備的組網性能有關。在這方面，存在不少問題有待解決，例如:
[0007](I)照明驅動電源執(zhí)行指令可靠性存在不足。由于使用環(huán)境復雜，設備數量巨大，指令執(zhí)行成功的概率很難保證達到百分之百，特別是在一些關鍵操作上，比如開燈、關燈、調光等動作，如果執(zhí)行失敗，這種情形會帶來惡劣的用戶體驗，也影響節(jié)能效果。
[0008](2)批量性設備(照明驅動電源或者各種傳感器、通信設備等)對操作指令的響應時間不一致，偏差較大。這種情形除了會影響用戶操作體驗，也會導致用電計量不準。節(jié)能是智能系統重要的目標和推廣的動力。特別是近年來興起的合同能源管理(energymanagement contract ,EMC)或者公私合營模式(PubIic-private-partnership，PPP)等商業(yè)模式，很可能是國內道路照明領域推廣的重要模式。在這種背景下，準確的用電計量就變得非常重要。對于智能控制系統，除了惡劣氣象條件下的特殊開關燈操作，一般情況下，開燈、關燈以及調光的操作時間直接影響到用電情況。對于大批量的路燈，執(zhí)行這種與用電量相關指令的時間偏差越大，用電的不可控性越大。對于節(jié)能方案的設計、使用以及后續(xù)商業(yè)模式執(zhí)行方面會有不利影響。
[0009]上述問題主要源于大規(guī)模應用的通信技術的一些不足。由于道路狀況復雜，這種規(guī)模化遠程組網的網絡拓撲多樣化，有星型、網狀、樹狀或復合型，對單次通信，不同的拓撲可能需要次數不一的中繼(路由)。再加上電磁環(huán)境復雜、障礙物阻擋、氣象條件多變，很多情況下，設備間的通信很難做到百分之百成功。往往需要握手、重發(fā)、跳頻、路由等可能引起延時的方法來規(guī)避或者減小這種通信失敗的情形，這就惡化了執(zhí)行時間不一致等問題。此夕卜，對于規(guī)模化的應用，主節(jié)點與服務器之間的通信也可能會出現丟包、錯包、掉線等問題。本質上，這也屬于通信技術的不足。
[0010]解決這些問題是研究和應用網絡化控制的智能照明系統的一個重要挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內容】

[0011]根據本發(fā)明實施例的一種照明驅動電源的控制方法，包括:對電網電壓進行整流，產生整流信號；將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號;基于同步信號進行計時；接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令；以及在計時時間達到預約時間時執(zhí)行所述具體操作。
[0012]根據本發(fā)明實施例的一種照明驅動電源，包括:開關變換器，將電網電壓轉換為輸出電壓和輸出電流以驅動照明負載;邏輯控制電路，產生控制信號以控制開關變換器;整流電路，對電網電壓進行整流，產生整流信號；比較電路，耦接至整流電路，將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號；以及數字控制器，耦接至比較電路以接收同步信號，并基于同步信號進行計時，其中數字控制器還接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令，并在計時時間達到預約時間時，通過邏輯控制電路執(zhí)行所述具體操作。
[0013]根據本發(fā)明實施例的一種照明系統，包括:多個如前所述的照明驅動電源;多個從節(jié)點，其中每個從節(jié)點控制一個或數個照明驅動電源;多個主節(jié)點，其中每個主節(jié)點通過無線通信方案或電力線載波方案控制若干個從節(jié)點；以及服務器，通過無線通信方案控制所述多個主節(jié)點，產生所述包含預約時間與具體操作的預約操作指令。
[0014]根據本發(fā)明實施例的一種照明驅動電源的控制器，包括:整流電路，對電網電壓進行整流，產生整流信號；比較電路，耦接至整流電路，將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號；以及數字控制器，耦接至比較電路以接收同步信號，并基于同步信號進行計時，其中數字控制器還接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令，并在計時時間達到預約時間時，控制照明驅動電源執(zhí)行所述具體操作。
[0015]本發(fā)明的實施例提出適應網絡化控制的照明驅動電源的同步策略，包括:第一，將開關燈、調光等可預期的操作設為預約操作(即將其指令通過通信設備提前下發(fā)至照明驅動電源，每臺電源利用內部時鐘進行定時操作)，改善了系統執(zhí)行指令的可靠性;第二，利用同一電網內電網電壓周期、相位一致的特點，每臺照明驅動電源使用電網電壓進行同步計時，縮小了照明驅動電源執(zhí)行指令的時間誤差。
[0016]另一方面，本發(fā)明提供一種一種照明驅動電源的控制方法，包括:對電網電壓進行整流，產生整流信號；將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號;基于同步信號進行計時;接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令；以及在計時時間達到預約時間時執(zhí)行所述具體操作。
[0017]優(yōu)選的，所述具體操作包括開燈、關燈或調光。
[0018]優(yōu)選的，基于同步信號計時的步驟從照明驅動電源上電時刻開始。
【附圖說明】
[0019]圖1為現有網絡化控制的智能照明系統的主流方案；
[0020]圖2為根據本發(fā)明實施例的照明驅動電源200的原理性框圖；
[0021 ]圖3為根據本發(fā)明實施例的LED驅動電源200A的電路原理圖；
[0022]圖4為根據本發(fā)明實施例的圖3所示LED驅動電源200A的工作波形圖；
[0023]圖5為根據本發(fā)明實施例的照明驅動電源控制方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是，不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0025]在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。應當理解，當稱“元件” “連接到”或“親接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接親接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0026]對圖1中系統，一般情況下，影響節(jié)能與用戶體驗的關鍵操作是開燈、關燈、調光等操作。照明驅動電源對于開燈、關燈、調光這一類指令，大多數情況下是可預期的。例如，半夜由于道路行人車輛稀少，部分道路實施調光或者部分路燈關燈的操作有利于進一步節(jié)能。針對這種可預期操作，可以采用預約控制，將這種有規(guī)律的操作在系統空閑時間下發(fā)到驅動電源內，由驅動電源定時執(zhí)行。例如，從照明驅動電源上電開始計時，待計時時間到達預約時間時執(zhí)行操作。
[0027]上述預約控制策略的核心是需要照明驅動電源內置時鐘。然而專用時鐘電路成本較高，而且照明驅動電源內部屬于高溫、強輻射的環(huán)境，提高精度比較困難。因而，本發(fā)明提出電網電壓同步方案來改善驅動電源時間軸的精度與同步程度。
[0028]圖2為根據本發(fā)明實施例的照明驅動電源200的原理性框圖。其中開關變換器201將電網電壓Viine轉換為輸出電壓V。和輸出電流i。以驅動照明負載。照明負載包括但不限于LED、高壓鈉燈、石英金鹵燈、陶瓷金鹵燈、無極燈等光源。照明驅動電源指驅動這些光源的電子驅動裝置，包括但不限于LED驅動電源、電子鎮(zhèn)流器。
[0029]整流電路204對電網電壓Vline3進行整流(例如半波或全波整流)，產生整流信號Vrec。比較電路205耦接至整流電路204，將整流信號Vrec與閾值電壓Vth進行比較，產生同步信號Vsyn。數字控制器203耦接至比較電路205以接收同步信號Vsyn，并基于同步信號Vsyn進行計時，例如從照明驅動電源上電時刻開始計時。數字控制器203還由從節(jié)點處接收包含預約時間及具體操作(例如開關燈、調光等)的預約操作指令，該指令通常由服務器產生，再通過主節(jié)點逐層傳輸至從節(jié)點。數字控制器203在計時時間達到預約時間時，通過控制開關變換器201的邏輯控制電路202執(zhí)行相應具體操作。當相應操作為開關燈時，數字控制器203可以提供開關控制信號ΟΝ/OFF至邏輯控制電路202，以使其控制開關變換器201開始或停止向照明負載提供能量。當相應操作為調光時，數字控制器203可以提供調光信號DM至邏輯控制電路202，以使其據之調節(jié)開關變換器201的輸出電壓V。或輸出電流i。。
[0030]對于圖1所示的照明系統，主節(jié)點-從節(jié)點可以看做一個子網絡，若干個子網絡構成整個系統。如果一個子網絡由一個控制柜管理，則同一子網絡內照明驅動電源的上電時間一致。故采用上述同步方案后，理想情況下該子網絡內所有照明驅動電源時間軸應該都一致，從而避免了采用各自內部時鐘造成不同步的情況。
[0031]以下以圖3所示的LED驅動電源200A為例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。其中開關變換器201A包括前級的功率因數校正(PFC)電路與后級的半橋LLC諧振變換器。PFC電路將電網電壓Viine3變?yōu)橹绷髂妇€Vbus，半橋LLC變換器將Vbus電壓作DC/DC變換，實現恒流限壓的輸出來驅動LED負載。
[0032]整流電路204A包括二極管Dl?D4組成的整流橋和電阻器Rl、R2組成的分壓器。為了提高對電網畸變的抗干擾能力，比較電路205A采用滯環(huán)比較的形式，包括比較器COM以及電阻器R3?R6。
[0033]微程序控制器(MQJ,micro control unit，例如單片機)用作數字控制器203A，根據比較電路206A產生的同步信號￥_進行計時測自LED驅動電源上電時刻起，對同步信號Vsyn的周期進行計數。當計數值達到MCU接收到的預約操作指令中包含的預設值時，MCU通過邏輯控制電路202A執(zhí)行相應操作，例如，通過調光接口提供調光信號DM調節(jié)輸出電流i。，或通過開關控制接口提供開關控制信號0N/0FF以控制LED的亮滅。在一些實施例中，M⑶還可用于采樣輸出電壓V。與輸出電流i。，并通過從節(jié)點、主節(jié)點將采樣數據提供至服務器，以實現實時監(jiān)控。
[0034]圖4為圖3所示LED驅動電源200A的工作波形圖。由圖中可見，電網電壓Viine作為正弦波，經過整流和分壓后得到正弦半波的整流信號vre。。該整流信號vre。被用作與高閾值電壓vth—h和低閾值電壓^^進行比較，產生形狀為方波的同步信號vsyn J⑶可以自LED驅動電源上電時刻起，在同步信號Vsyn的上升沿或者下降沿進行計數。
[0035]雖然前述實施例中，均自驅動電源上電時刻起基于同步信號開始計時，但本領域技術人員可以理解，上述計時也可以在驅動電源接收到時間校正指令時開始，或在接收到時間校正指令時被重置。
[0036]圖5為根據本發(fā)明實施例的照明驅動電源控制方法的工作流程圖，包括步驟S501-S506o
[0037]在步驟S501，對電網電壓￥1&進行整流，產生整流信號vrec。
[0038]在步驟S502，將整流信號vrec與閾值電壓Vth進行比較，產生同步信號vsyn。
[0039]在步驟S503，基于同步信號Vsyn進行計時。
[0040]在步驟S504，接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令。
[0041]在步驟S505，判斷計時時間是否達到預約時間，是，則至步驟S506，否則繼續(xù)等待。
[0042]在步驟S506，執(zhí)行預約操作指令包含的具體操作。
[0043]雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種照明驅動電源的控制方法，包括: 對電網電壓進行整流，產生整流信號； 將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號； 基于同步信號進行計時； 接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令；以及 在計時時間達到預約時間時執(zhí)行所述具體操作。2.如權利要求1所述的控制方法，所述具體操作包括開燈、關燈或調光。3.如權利要求1所述的控制方法，其中基于同步信號計時的步驟從照明驅動電源上電時刻開始。4.一種照明驅動電源，包括: 開關變換器，將電網電壓轉換為輸出電壓和輸出電流以驅動照明負載； 邏輯控制電路，產生控制信號以控制開關變換器； 整流電路，對電網電壓進行整流，產生整流信號； 比較電路，耦接至整流電路，將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號；以及數字控制器，耦接至比較電路以接收同步信號，并基于同步信號進行計時，其中數字控制器還接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令，并在計時時間達到預約時間時，通過邏輯控制電路執(zhí)行所述具體操作。5.如權利要求4所述的照明驅動電源，其中當具體操作為開燈或關燈時，數字控制器提供開關控制信號至邏輯控制電路，使開關變換器在邏輯控制電路的控制下開始或停止向照明負載提供能量。6.如權利要求4所述的照明驅動電源，其中當具體操作為調光時，數字控制器提供調光信號至邏輯控制電路，使邏輯控制電路調節(jié)開關變換器的輸出電壓或輸出電流。7.如權利要求4所述的照明驅動電源，其中數字控制電路基于同步信號進行的計時從照明驅動電源上電時刻開始。8.如權利要求4所述的照明驅動電源，其中整流電路為全波、半波或全橋整流電路，所述比較電路包括滯環(huán)比較器。9.一種照明系統，包括: 多個如權利要求4至8中任一項所述的照明驅動電源； 多個從節(jié)點，其中每個從節(jié)點控制一個或數個照明驅動電源； 多個主節(jié)點，其中每個主節(jié)點通過無線通信方案或電力線載波方案控制若干個從節(jié)點；以及 服務器，通過無線通信方案控制所述多個主節(jié)點，產生所述包含預約時間與具體操作的預約操作指令。10.一種照明驅動電源的控制器，包括: 整流電路，對電網電壓進行整流，產生整流信號； 比較電路，耦接至整流電路，將整流信號與閾值電壓進行比較，產生同步信號；以及數字控制器，耦接至比較電路以接收同步信號，并基于同步信號進行計時，其中數字控制器還接收包含預約時間與具體操作的預約操作指令，并在計時時間達到預約時間時，控制照明驅動電源執(zhí)行所述具體操作。
【文檔編號】H05B37/02GK106028597SQ201610525066
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】胡進
【申請人】浙江大邦科技有限公司