專利名稱：利用led的機場照明的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于給LED機場照明供電的方法、單元以及系統(tǒng)。
背景技術：
在機場，照明系統(tǒng)被用于在降落和滑行期間引導飛機。這些照明系統(tǒng)具有大量的光源，這些光源正確運行是很重要的，有故障的光源被迅速替換，特別是在低可見度的時 候。否則，飛機未找到滑行道或停止信號的后果是慘重的。由于可見光源檢查增加了事故 的風險并引發(fā)費用，因此發(fā)展了自動燈監(jiān)控系統(tǒng)。在這些照明系統(tǒng)中的光源通常對于每個光源使用隔離變壓器而被連接到所謂的 串聯(lián)電路。所述光源經由電力電纜被串聯(lián)連接，并由來自恒流調節(jié)器(CCR)的恒流電源供 電。傳統(tǒng)地，常規(guī)的燈被用作光源，但是隨著發(fā)光二極管(LED)的價格降低，LED變得更加 普遍。由于LED通常必須用不同于傳統(tǒng)燈的電流供電，所以需要新的電源。例如，US 2005/0030192公開了一種用于LED機場照明的電源，該電源包括具有電 源輸入端、LED控制信號輸入端以及電源輸出端的被調節(jié)的電源。電源輸入端被配置為連接 到電源，LED控制信號輸入端被配置為接收LED控制信號，電源輸出端被配置為向一個或多 個LED提供LED驅動電流，被調節(jié)的電源被配置為基于LED控制信號調節(jié)LED驅動電流。被 調節(jié)的電源還包括處理器，該處理器具有電流感應輸入端以及連接到被調節(jié)的電源的LED 控制信號輸入端的LED控制信號輸出端。電流感應輸入端被配置為接收與機場當前步驟相 對應的信號。處理器被編程用于基于電流感應輸入信號來確定LED控制信號。LED控制信 號被確定以使得LED具有與在機場當前步驟中驅動的白熾燈光源的相對強度近似相等的 相對強度。用于對機場LED照明單元進行供電的現(xiàn)有解決方案通常非常復雜和昂貴。另一個 問題是LED不具有與燈一樣的負載特性，對于機場當前步驟或恒流調節(jié)器產生了更不穩(wěn)定 的負載。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是提供對上述技術和現(xiàn)有技術的改進?！獋€特定目標是提供一種在機場照明應用中對LED進行供電的有成本效益的方 式。根據(jù)本發(fā)明的以下描述將顯而易見的是這些以及其它目標和優(yōu)點由根據(jù)各自的 獨立權利要求的方法、機場照明單元以及機場照明系統(tǒng)實現(xiàn)。優(yōu)選實施方式在從屬權利要 求中被定義。因此提出了一種對在機場照明單元中的LED進行供電的方法，該方法包括以下步 驟將恒定交變電流提供給整流器，將交變電流整流為整流電流，對整流電流進行脈寬調 制，用脈寬調制后的整流電流對電容器進行充電，以及用來自電容器的電能對LED進行供電。
本發(fā)明的方法有益之處在于確保用于供給交變電流的穩(wěn)定負載。這意味著降低了 提供電流的恒流調節(jié)器的不穩(wěn)定運行的風險。簡言之，穩(wěn)定負載通過創(chuàng)建更阻性的負載特 性來實現(xiàn)，即用接近燈的負載特性的功率因數(shù)來模擬燈的負載特性，即使LED需要整流電 流。此外，解決方案非常簡單，并提供了有成本效益的實施。對整流電流進行脈寬調制的步驟可以包括根據(jù)恒定交變電流和整流電流中的任意一者來確定脈寬調制后的整流電流的占空比。 在確定占空比時，所述占空比可以被確定為與恒定交變電流和整流電流中的任意一者的瞬時值成比例。對整流電流進行脈寬調制的步驟可以包括根據(jù)電容器兩端的電壓來確定脈寬調制后的整流電流的占空比。在確定占空比時，如果電容器兩端的電壓低于電壓基準值，則占空比可以被增加， 如果電容器兩端的電壓高于電壓基準值，則占空比可以被減小。這意味著如果對LED的供 電被增加，則實現(xiàn)了電容器的增加的充電，反之亦然。對整流電流進行脈寬調制的步驟可以包括根據(jù)從電容器開始充電起所過去的時 間來確定脈寬調制后的整流電流的占空比的步驟。在確定占空比時，所述占空比可以逐漸增加直到從電容器開始充電起過去了預定 時間。這在電容器的初始充電期間導致了減小的電容特性。用來自電容器的電能對LED進行供電的步驟可以僅在用于對整流電流進行脈寬 調制的控制單元可操作時開始。用來自電容器的電能對LED進行供電的步驟可以包括對從電容器流入LED的電流 進行脈寬調制。本發(fā)明的方法還可以包括監(jiān)控LED兩端的電壓和流過LED的電流中的任意一者的步驟。監(jiān)控LED兩端的電壓和流過LED的電流中的任意一者的步驟還可以包括發(fā)送代表 所監(jiān)控的LED兩端的電壓和流過LED的電流中的任意一者的信號，該信號被添加在所述恒 定交變電流上。這在檢測故障中的LED中是有益的。本發(fā)明的方法還可以包括發(fā)送用于控制LED的開啟狀態(tài)、關閉狀態(tài)以及光強度中 的任意一者的信號的步驟，該信號被添加在所述恒定交變電流上。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種機場照明單元，該機場照明單元包括具有 恒定交變電流輸入端的整流器，該整流器被配置為將恒定交變電流改變?yōu)檎麟娏?；連接 到整流器的脈寬調制器，用于對整流電流進行調制；連接到脈寬調制器的電容器，由調制后 的整流電流對其進行充電；以及連接到電容器并由來自電容器的電能進行供電的LED。本發(fā)明的機場照明單元可以包括上面結合本發(fā)明的方法描述的任意特征，并具有 相應的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種機場照明系統(tǒng)，包括串聯(lián)連接到恒流調節(jié) 器的多個本發(fā)明的機場照明單元。如在本領域中已知的，占空比被定義為電流在非零期間與電流波形周期之間的比 值。應當注意，電流不必須具有方形波形。


現(xiàn)在將參考所附示意圖通過示例的方式來描述本發(fā)明的實施方式，其中圖1是機場照明系統(tǒng)的示意圖；以及 圖2是機場照明單元的示意圖。
具體實施例方式參考圖1，機場照明監(jiān)控系統(tǒng)包括用于LED 4的多個供電環(huán)路2，該環(huán)路2中的一 個在圖中被整個示出。每個LED 4經由隔離變壓器6的次級線圈5、初級線圈8以及經由光 監(jiān)控開關(LMS) 10連接到LED的相關環(huán)路2，隔離變壓器6的初級線圈8在供電環(huán)路中被串 聯(lián)連接。每個供電環(huán)路2經由通信串聯(lián)電路調制解調器(SCM) 14而由恒流調節(jié)器(CCR) 12 供電。集中器單元(⑶)16被串聯(lián)連接或者網絡通信配置到通信單元14的組18。上面所述的⑶單元16及其相關元件一起構成子單元20，該子單元20例如可以用 作機場照明系統(tǒng)的特定部分。照明系統(tǒng)可以包括所需數(shù)量的類似的子單元，這些子單元中 的某些在20'和20〃被示出。在所述子單元中的⑶單元16經由串行通信或網絡連接到中央集中器單元22。中央⑶單元22可以連接到具有顯示器25的計算機24。計算機24可以經由例如 局域網(LAN) 26進一步連接到其它系統(tǒng)。單元22和計算機24可以例如位于控制室27中 或在某些其它合適的位置。SCM單元14檢測來自LMS模塊的響應并經由本地⑶單元16將不響應的模塊的地 址報告給中央集中器單元22。在中央集中器單元22中，地址被存儲在控制室27中的計算 機24可訪問的數(shù)據(jù)庫中。在顯示器25上可以顯示LED 4的狀態(tài)，例如，光強度和開啟/關閉狀態(tài)以及每個 LED的位置。不同的警報標準可以經由計算機24在中央集中器單元22中被設置。LMS模塊與相關通信單元之間的通信通過添加在電力電纜中的50Hz或60Hz電流 上的高頻信號來執(zhí)行。參考圖2，機場照明單元7被示出，機場照明單元7包括LMS模塊10，該LMS模塊 10具有連接到電路的LED 4，該電路具有隔離變壓器6的次級線圈5。LMS包括變換器39， 該變換器39包括變壓器48和常規(guī)整流器40。隔離變壓器6以已知的方式將由恒流調節(jié)器12提供的交變電流Im轉換成供應到 變壓器48的次級主電流Im s。變壓器48將次級主電流Im s縮減成供應到整流器40的次級 電流Is，而整流器40將交流次級電流Is轉變成整流電流I,?？s減的比例根據(jù)LMS模塊10 和LED 4的功率需求來選擇。整流器40經由脈寬調制器41連接到電容器43，該脈寬調制器41調制整流電流 Ir并將脈寬調制后的電流Ipwm供應到電容器43。而電容器43經由第二脈寬調制器42連接 到LED 4形式的負載11，所述第三脈寬調制器42調制從電容器43流到負載11的負載電流 Ilo在第一脈寬調制器41與電容器43之間是二極管45，該二極管45被排列以確保來自電 容器43的電流不能從電容器43流到第一脈寬調制器41，而是只流到第二脈寬調制器42， 隨后流到負載11。第二脈寬調制器42與負載11和電阻器44串聯(lián)連接。第一脈寬調制器41在整流器40與電容器43之間，與電容器43并聯(lián)連接。脈寬調制器41、42通過結合微處理器的控制單元32以常規(guī)方式被控制。簡要地，每個調制器41、42是根據(jù)所需要的占空比的長度而 開啟或關閉的簡單開關，即在第一調制器41中的開關關閉越長，導致Ipwm電流的占空比越 短，而在第二調制器42中的開關關閉越長，導致L電流的占空比越長。電流感應裝置46被設置來感應整流電流I,，并將表示整流電流I,的瞬時值的信 號發(fā)送到控制單元32。電壓感應裝置47被設置來感應電容器43兩端的電壓U。，并將表示 該電壓的信號發(fā)送到控制單元32。此外，接收器36被連接用于接收來自SCM單元14的信號并將該信號轉發(fā)到控制 單元32。典型的信號表示所需要的LED的光強度、LED的開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)。LMS模塊 10還包括用于控制單元32和接收器36的直流供電單元(未示出)。地址存儲器34還連 接到控制單元32用于存儲與所考慮的特定機場照明單元7有關的數(shù)據(jù)。接收器36和地址 存儲器34以本領域已知的方式與SCM單元14和控制單元32進行通信。當機場照明單元7將要被操作時，控制單元32必須被啟動。在控制單元32被通 電以及完全可操作之前，開關41被關閉或者生成用于Ipwm電流的最小脈寬調制占空比。當 控制單元32可操作時，第一脈寬調制器41被控制單元32操作以使得占空比取決于整流電 流仁的瞬時值、電容器兩端的電壓U。、以及從電容器43開始充電起所過去的時間。這意味 著控制單元32還被配置為監(jiān)控從電容器43開始充電起所過去的時間，即監(jiān)控從第一脈寬 調制器41開始操作起所過去的時間。更詳細地，整流電流L的瞬時值越高，導致占空比越長，反之亦然。低于電壓基準 值的電容器兩端的電壓U。導致了較長的占空比，而高于電壓基準值的電容器兩端的電壓U。 導致了較短的占空比。從電容器43開始充電起的短的時延導致了逐漸變長的占空比，以最 小化電容特性，而長的時延不影響占空比。換句話說，Ipwm電流的占空比通過使用以下參數(shù) 作為輸入來被確定整流電流Ip電容器兩端的電壓U。、以及表示從電容器43開始充電起所 過去的時間的值。整流電流L的瞬時值、電容器電壓基準值以及上面所討論的時延之間的比例是以 經驗為主的，和/或理論上建立的，取決于電容器、LED等的類型。通過改變負載電流Il的占空比，可以實現(xiàn)LED的優(yōu)選的光強度。簡要地，込的長 的占空比導致了 LED 4的更高的光強度，而込的的相對較短的占空比導致了 LED的相對較 低的光強度，即LED光強度與負載電流L的占空比成比例。當LED發(fā)光時，負載電流L的全部占空比具有高頻率以使得人眼不能察覺LED 4 的任何閃爍?？刂茊卧?2還監(jiān)控LED兩端的電壓以及通過LED的電流，以檢測LED的故障。電 壓與電壓基準值進行比較，電流與電流基準值進行比較，如果所測量的值中的任何值與其 相應的基準值偏離太多，則LMS 10經由SCM 14和⑶16將指示LED故障的信號發(fā)送到中 央集中器單元22。當然，表示LED兩端的電壓和經過LED的電流的信號可以被傳送到中央 集中器單元22來用于隨后確認電壓/電流值是否偏離基準值。應當注意的是，脈寬調制本身是現(xiàn)有技術的一部分。應用于電流整流、轉換以及電 流和電壓的測量也是一樣。
權利要求
一種用于對機場照明單元(7)中的LED(4)提供電能的方法，該方法包括以下步驟將恒定交變電流(Is)提供給整流器(40)；將所述交變電流(Is)整流成整流電流(Ir)；對所述整流電流(Ir)進行脈寬調制；用脈寬調制后的整流電流(Ir)對電容器(43)進行充電；以及將來自所述電容器(43)的電能提供給所述LED(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中對所述整流電流(I》進行脈寬調制的步驟包括根據(jù)所述恒定交變電流(Is)和所述整流電流(I》中的任意一者來確定所述脈寬調制后的整流電流(I》的占空比。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述占空比被確定為與所述恒定交變電流(Is)和 所述整流電流(I》中的任意一者的瞬時值成比例。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項權利要求所述的方法，其中對所述整流電流(I》進行脈 寬調制的步驟包括根據(jù)所述電容器兩端的電壓(U。)來確定所述脈寬調制后的整流電流(I》的占空比。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，在確定所述占空比時，如果所述電容器兩端的電 壓(U。)低于電壓基準值，則增加所述占空比，以及如果所述電容器兩端的電壓(U。)高于電 壓基準值，則減小所述占空比。
6.根據(jù)權利要求1-5中任一項權利要求所述的方法，其中對所述整流電流(I》進行脈 寬調制的步驟包括根據(jù)從所述電容器(43)開始充電起所過去的時間來確定所述脈寬調制后的整流電流 (Ir)的占空比。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，在確定所述占空比時，所述占空比被逐漸增加直 到從所述電容器(43)開始充電起已經過去了預定時間。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項權利要求所述的方法，其中將來自電容器(43)的電能 提供給LED(4)的步驟僅在用于對所述整流電流進行脈寬調制的控制單元(32)可操作時開 始。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一項權利要求所述的方法，其中將來自所述電容器(43)的電 能提供給LED(4)的步驟包括對從所述電容器(43)流入所述LED(4)的電流(Ij進行脈寬 調制。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項權利要求所述的方法，該方法還包括監(jiān)控所述LED兩端 的電壓(UJ和流過所述LED的電流(IJ中的任意一者的步驟。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，該方法還包括發(fā)送代表所監(jiān)控的所述LED兩端的電 壓(UJ和流過所述LED的電流(IJ中的任意一者的信號的步驟，該信號被添加在所述恒定 交變電流(Is)上。
12.根據(jù)權利要求1-11中任一項權利要求所述的方法，該方法還包括發(fā)送用于控制所 述LED(4)的開啟狀態(tài)或關閉狀態(tài)以及光強度中的任意一者的信號的步驟，該信號被添加 在所述恒定交變電流(Is)上。
13.—種機場照明單元，該機場照明單元包括具有恒定交變電流輸入端的整流器(40)，該整流器(40)被配置為將恒定交變電流(Is)改變?yōu)檎麟娏?Ir)；連接到所述整流器(40)的脈寬調制器(41)，用于對所述整流電流(I》進行調制；連接到所述脈寬調制器(41)的電容器(43)，該電容器(43)由調制后的整流電流(Ipwm) 進行充電；以及連接到所述電容器(43)并由來自所述電容器(43)的電能進行供電的LED(4)。
14.根據(jù)權利要求13所述的機場照明單元，其中所述脈寬調制器(41)被配置為根據(jù) 所述恒定交變電流(Is)和所述整流電流(I》中的任意一者來確定脈寬調制后的整流電流 (Ir)的占空比。
15.根據(jù)權利要求14所述的機場照明單元，其中所述占空比與所述恒定交變電流(Is) 和所述整流電流(I》中的任意一者的瞬時值成比例。
16.根據(jù)權利要求13-15中任一項權利要求所述的機場照明單元，其中所述脈寬調制 器(41)被配置為根據(jù)所述電容器兩端的電壓(U。)來確定所述脈寬調制后的整流電流(I》 的占空比。
17.根據(jù)權利要求16所述的機場照明單元，其中如果所述電容器兩端的電壓(U。)低于 電壓基準值，則所述占空比被增加，以及如果所述電容器兩端的電壓(U。)高于電壓基準值， 則所述占空比被減小。
18.根據(jù)權利要求13-17中任一項權利要求所述的機場照明單元，其中所述脈寬調制 器(41)被配置為根據(jù)從所述電容器(43)開始充電起所過去的時間來確定所述脈寬調制后 的整流電流(I》的占空比。
19.根據(jù)權利要求18所述的機場照明單元，其中所述占空比被逐漸增加直到從所述電 容器(43)開始充電起已經過去了預定時間。
20.根據(jù)權利要求13-19中任一項權利要求所述的機場照明單元，其中所述電容器 (43)被阻止對所述LED進行供電直到用于對所述整流電流(I》進行脈寬調制的控制單元 (32)可操作。
21.根據(jù)權利要求13-20中任一項權利要求所述的機場照明單元，該機場照明單元還 包括第二脈寬調制器(42)，該第二脈寬調制器(42)被配置為對從所述電容器流入所述LED 的電流(IJ進行脈寬調制。
22.根據(jù)權利要求13-21中任一項權利要求所述的機場照明單元，該機場照明單元還 包括用于監(jiān)控所述LED兩端的電壓(UJ和流過所述LED的電流(IJ中的任意一者的裝置。
23.根據(jù)權利要求22所述的機場照明單元，該機場照明單元還包括接收器(36)，該接 收器(36)被配置為發(fā)送代表所監(jiān)控的所述LED兩端的電壓(UJ和流過所述LED的電流(L) 中的任意一者的信號，該信號被添加在所述恒定交變電流(Is)上。
24.根據(jù)權利要求13-23中任一項權利要求所述的機場照明單元，該機場照明單元還 包括接收器(36)，該接收器(36)被配置為發(fā)送用于控制所述LED (4)的開啟狀態(tài)或關閉狀 態(tài)以及光強度中的任意一者的信號，該信號被添加在所述恒定交變電流(Is)上。
25.—種機場照明系統(tǒng)，該機場照明系統(tǒng)包括多個根據(jù)權利要求13-24中任一項權利 要求所述的機場照明單元，所述場照明單元被串聯(lián)連接到恒流調節(jié)器(12)。
全文摘要
提供了一種用于對機場照明單元(7)中的LED(4)進行供電的方法。該方法包括以下步驟將恒定交變電流(Is)提供給整流器(40)；將交變電流(Is)整流為整流電流(Ir)；對整流電流(Ir)進行脈寬調制；用脈寬調制后的整流電流(Ir)對電容器(43)進行充電；以及將來自電容器(43)的電能提供給LED(4)。
文檔編號H05B33/08GK101843173SQ200880108488
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權日2007年10月9日
發(fā)明者J·福森, O·霍坎松 申請人:安全門國際股份公司