本實(shí)用新型涉及電子電路，尤其涉及照明系統(tǒng)、照明驅(qū)動電源及其控制器。

背景技術(shù)：

網(wǎng)絡(luò)化控制的智能照明系統(tǒng)是當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。在道路照明領(lǐng)域，由于組網(wǎng)規(guī)模龐大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣，技術(shù)更為復(fù)雜，也更有應(yīng)用價(jià)值。

網(wǎng)絡(luò)化控制的智能照明系統(tǒng)的主流方案是將現(xiàn)有的通信技術(shù)采用模塊的形式與照明驅(qū)動電源相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。如圖1所示，其基本原理是通過服務(wù)器使用GPRS(General Packet Radio Service)等無線通信方案控制分布式的主節(jié)點(diǎn)，如果忽略掉互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)慕粨Q機(jī)、移動通信基站等設(shè)備或設(shè)施以及其通信過程，則可認(rèn)為該拓?fù)錇樾切途W(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)的最上層網(wǎng)絡(luò)。

每個(gè)主節(jié)點(diǎn)一般管理幾個(gè)到幾百個(gè)從節(jié)點(diǎn)。從節(jié)點(diǎn)一般以燈桿或者燈具為單位，一個(gè)燈桿上一個(gè)或者數(shù)個(gè)從節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)間構(gòu)成第二層網(wǎng)絡(luò)。由于燈桿距離較遠(yuǎn)，分布情況復(fù)雜，無論采用傳統(tǒng)的微功率無線或者電力線載波方案，由于作為通信設(shè)備的從節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率有限，通信距離較近，很多情況下主節(jié)點(diǎn)無法直接控制到該網(wǎng)絡(luò)最遠(yuǎn)端的從節(jié)點(diǎn)，往往需要中間的從節(jié)點(diǎn)對通信信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。因此一般從節(jié)點(diǎn)既承擔(dān)控制任務(wù)，也承擔(dān)通信中繼任務(wù)，故該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞浅?fù)雜，可能為星型、樹型、復(fù)合型等拓?fù)洹Ｐ枰赋龅氖?，主?jié)點(diǎn)管理從節(jié)點(diǎn)的數(shù)量越龐大，該網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜，性能也越差。

從節(jié)點(diǎn)一般管理一個(gè)或者若干個(gè)驅(qū)動電源，可采用內(nèi)置或者外置于驅(qū)動電源的方式。一般從節(jié)點(diǎn)控制驅(qū)動電源的開燈、關(guān)燈、調(diào)光，或者采集驅(qū)動電源工作狀態(tài)，采集驅(qū)動電源輸入輸出的電參數(shù)。

節(jié)能與智能化是照明系統(tǒng)發(fā)展的兩個(gè)重要的目標(biāo)。但無論節(jié)能還是智能化的目標(biāo)，都與通信設(shè)備的組網(wǎng)性能有關(guān)。在這方面，存在不少問題有待解決，例如：

(1)照明驅(qū)動電源執(zhí)行指令可靠性存在不足。由于使用環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量巨大，指令執(zhí)行成功的概率很難保證達(dá)到百分之百，特別是在一些關(guān)鍵操作上，比如開燈、關(guān)燈、調(diào)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(yàn)，也影響節(jié)能效果。

(2)批量性設(shè)備(照明驅(qū)動電源或者各種傳感器、通信設(shè)備等)對操作指令的響應(yīng)時(shí)間不一致，偏差較大。這種情形除了會影響用戶操作體驗(yàn)，也會導(dǎo)致用電計(jì)量不準(zhǔn)。節(jié)能是智能系統(tǒng)重要的目標(biāo)和推廣的動力。特別是近年來興起的合同能源管理(energy management contract,EMC)或者公私合營模式(Public-private-partnership,PPP)等商業(yè)模式，很可能是國內(nèi)道路照明領(lǐng)域推廣的重要模式。在這種背景下，準(zhǔn)確的用電計(jì)量就變得非常重要。對于智能控制系統(tǒng)，除了惡劣氣象條件下的特殊開關(guān)燈操作，一般情況下，開燈、關(guān)燈以及調(diào)光的操作時(shí)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(guān)指令的時(shí)間偏差越大，用電的不可控性越大。對于節(jié)能方案的設(shè)計(jì)、使用以及后續(xù)商業(yè)模式執(zhí)行方面會有不利影響。

上述問題主要源于大規(guī)模應(yīng)用的通信技術(shù)的一些不足。由于道路狀況復(fù)雜，這種規(guī)?；h(yuǎn)程組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠鄻踊行切?、網(wǎng)狀、樹狀或復(fù)合型，對單次通信，不同的拓?fù)淇赡苄枰螖?shù)不一的中繼(路由)。再加上電磁環(huán)境復(fù)雜、障礙物阻擋、氣象條件多變，很多情況下，設(shè)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(shí)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(shí)間不一致等問題。此外，對于規(guī)?；膽?yīng)用，主節(jié)點(diǎn)與服務(wù)器之間的通信也可能會出現(xiàn)丟包、錯(cuò)包、掉線等問題。本質(zhì)上，這也屬于通信技術(shù)的不足。

解決這些問題是研究和應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化控制的智能照明系統(tǒng)的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種照明驅(qū)動電源，包括：開關(guān)變換器，具有輸入端、輸出端和控制端，其中輸入端接收電網(wǎng)電壓，輸出端提供輸出電壓和輸出電流以驅(qū)動照明負(fù)載；邏輯控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸出端耦接至開關(guān)變換器的控制端，提供控制信號以控制開關(guān)變換器；整流電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端接收電網(wǎng)電壓，整流電路對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流，在輸出端產(chǎn)生整流信號；比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至整流電路的輸出端，第二輸入端接收閾值電壓，比較電路將整流信號與閾值電壓進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生同步信號；以及數(shù)字控制器，具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電路以接收同步信號，第二輸入端接收包含預(yù)約時(shí)間與具體操作的預(yù)約操作指令，輸出端耦接至邏輯控制電路的輸入端，數(shù)字控制器基于同步信號進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到預(yù)約時(shí)間時(shí)，在輸出端提供信號以使邏輯控制電路執(zhí)行所述具體操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)具體操作為開燈或關(guān)燈時(shí)，數(shù)字控制器在輸出端提供開關(guān)控制信號至邏輯控制電路，使開關(guān)變換器在邏輯控制電路的控制下開始或停止向照明負(fù)載提供能量。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)具體操作為調(diào)光時(shí)，數(shù)字控制器在輸出端提供調(diào)光信號至邏輯控制電路，使邏輯控制電路調(diào)節(jié)開關(guān)變換器的輸出電壓或輸出電流。

在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字控制電路基于同步信號進(jìn)行的計(jì)時(shí)從照明驅(qū)動電源上電時(shí)刻開始。

在一個(gè)實(shí)施例中，整流電路為全波、半波或全橋整流電路。

在一個(gè)實(shí)施例中，比較電路包括滯環(huán)比較器。

在一個(gè)實(shí)施例中，照明負(fù)載包括LED、高壓鈉燈、石英金鹵燈、陶瓷金鹵燈、無極燈之一。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種照明系統(tǒng)，包括：多個(gè)如前所述的照明驅(qū)動電源；多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，其中每個(gè)從節(jié)點(diǎn)控制一個(gè)或數(shù)個(gè)照明驅(qū)動電源；多個(gè)主節(jié)點(diǎn)，其中每個(gè)主節(jié)點(diǎn)通過無線通信方案或電力線載波方案控制若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)；以及服務(wù)器，通過無線通信方案控制所述多個(gè)主節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生所述包含預(yù)約時(shí)間與具體操作的預(yù)約操作指令。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一種照明驅(qū)動電源的控制器，包括：整流電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端接收電網(wǎng)電壓，整流電路對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流，在輸出端產(chǎn)生整流信號；比較電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至整流電路的輸出端，第二輸入端接收閾值電壓，比較電路將整流信號與閾值電壓進(jìn)行比較，在輸出端產(chǎn)生同步信號；以及數(shù)字控制器，具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端，其中第一輸入端耦接至比較電路以接收同步信號，第二輸入端接收包含預(yù)約時(shí)間與具體操作的預(yù)約操作指令，輸出端耦接至邏輯控制電路的輸入端，數(shù)字控制器基于同步信號進(jìn)行計(jì)時(shí)，并在計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到預(yù)約時(shí)間時(shí)，在輸出端提供信號以控制照明驅(qū)動電源執(zhí)行所述具體操作。

本實(shí)用新型的實(shí)施例提出適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化控制的照明驅(qū)動電源的同步策略，包括：第一，將開關(guān)燈、調(diào)光等可預(yù)期的操作設(shè)為預(yù)約操作(即將其指令通過通信設(shè)備提前下發(fā)至照明驅(qū)動電源，每臺電源利用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)操作)，改善了系統(tǒng)執(zhí)行指令的可靠性；第二，利用同一電網(wǎng)內(nèi)電網(wǎng)電壓周期、相位一致的特點(diǎn)，每臺照明驅(qū)動電源使用電網(wǎng)電壓進(jìn)行同步計(jì)時(shí)，縮小了照明驅(qū)動電源執(zhí)行指令的時(shí)間誤差。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化控制的智能照明系統(tǒng)的主流方案；

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的照明驅(qū)動電源200的原理性框圖；

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的LED驅(qū)動電源200A的電路原理圖；

圖4為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的圖3所示LED驅(qū)動電源200A的工作波形圖；

圖5為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的照明驅(qū)動電源的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本實(shí)用新型。在以下描述中，為了提供對本實(shí)用新型的透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，不必采用這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本實(shí)用新型。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本實(shí)用新型，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個(gè)說明書中，對“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“一個(gè)示例”或“示例”的提及意味著：結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本實(shí)用新型至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例”或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時(shí)，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(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，不存在中間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。

對圖1中系統(tǒng)，一般情況下，影響節(jié)能與用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵操作是開燈、關(guān)燈、調(diào)光等操作。照明驅(qū)動電源對于開燈、關(guān)燈、調(diào)光這一類指令，大多數(shù)情況下是可預(yù)期的。例如，半夜由于道路行人車輛稀少，部分道路實(shí)施調(diào)光或者部分路燈關(guān)燈的操作有利于進(jìn)一步節(jié)能。針對這種可預(yù)期操作，可以采用預(yù)約控制，將這種有規(guī)律的操作在系統(tǒng)空閑時(shí)間下發(fā)到驅(qū)動電源內(nèi)，由驅(qū)動電源定時(shí)執(zhí)行。例如，從照明驅(qū)動電源上電開始計(jì)時(shí)，待計(jì)時(shí)時(shí)間到達(dá)預(yù)約時(shí)間時(shí)執(zhí)行操作。

上述預(yù)約控制策略的核心是需要照明驅(qū)動電源內(nèi)置時(shí)鐘。然而專用時(shí)鐘電路成本較高，而且照明驅(qū)動電源內(nèi)部屬于高溫、強(qiáng)輻射的環(huán)境，提高精度比較困難。因而，本實(shí)用新型提出電網(wǎng)電壓同步方案來改善驅(qū)動電源時(shí)間軸的精度與同步程度。

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的照明驅(qū)動電源200的原理性框圖。其中開關(guān)變換器201將電網(wǎng)電壓v_line轉(zhuǎn)換為輸出電壓v_o和輸出電流i_o以驅(qū)動照明負(fù)載。照明負(fù)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(qū)動電源指驅(qū)動這些光源的電子驅(qū)動裝置，包括但不限于LED驅(qū)動電源、電子鎮(zhèn)流器。

整流電路204對電網(wǎng)電壓v_line進(jìn)行整流(例如半波或全波整流)，產(chǎn)生整流信號V_rec。比較電路205耦接至整流電路204，將整流信號v_rec與閾值電壓v_th進(jìn)行比較，產(chǎn)生同步信號v_syn。數(shù)字控制器203耦接至比較電路205以接收同步信號v_syn，并基于同步信號v_syn進(jìn)行計(jì)時(shí)，例如從照明驅(qū)動電源上電時(shí)刻開始計(jì)時(shí)。數(shù)字控制器203還由從節(jié)點(diǎn)處接收包含預(yù)約時(shí)間及具體操作(例如開關(guān)燈、調(diào)光等)的預(yù)約操作指令，該指令通常由服務(wù)器產(chǎn)生，再通過主節(jié)點(diǎn)逐層傳輸至從節(jié)點(diǎn)。數(shù)字控制器203在計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到預(yù)約時(shí)間時(shí)，通過控制開關(guān)變換器201的邏輯控制電路202執(zhí)行相應(yīng)具體操作。當(dāng)相應(yīng)操作為開關(guān)燈時(shí)，數(shù)字控制器203可以提供開關(guān)控制信號ON/OFF至邏輯控制電路202，以使其控制開關(guān)變換器201開始或停止向照明負(fù)載提供能量。當(dāng)相應(yīng)操作為調(diào)光時(shí)，數(shù)字控制器203可以提供調(diào)光信號DIM至邏輯控制電路202，以使其據(jù)之調(diào)節(jié)開關(guān)變換器201的輸出電壓v_o或輸出電流i_o。

對于圖1所示的照明系統(tǒng)，主節(jié)點(diǎn)-從節(jié)點(diǎn)可以看做一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，若干個(gè)子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。如果一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)控制柜管理，則同一子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)照明驅(qū)動電源的上電時(shí)間一致。故采用上述同步方案后，理想情況下該子網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有照明驅(qū)動電源時(shí)間軸應(yīng)該都一致，從而避免了采用各自內(nèi)部時(shí)鐘造成不同步的情況。

以下以圖3所示的LED驅(qū)動電源200A為例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。其中開關(guān)變換器201A包括前級的功率因數(shù)校正(PFC)電路與后級的半橋LLC諧振變換器。PFC電路將電網(wǎng)電壓v_line變?yōu)橹绷髂妇€V_bus，半橋LLC變換器將V_bus電壓作DC/DC變換，實(shí)現(xiàn)恒流限壓的輸出來驅(qū)動LED負(fù)載。

整流電路204A包括二極管D1～D4組成的整流橋和電阻器R1、R2組成的分壓器。為了提高對電網(wǎng)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。

微程序控制器(MCU，micro control unit，例如單片機(jī))用作數(shù)字控制器203A，根據(jù)比較電路206A產(chǎn)生的同步信號v_syn進(jìn)行計(jì)時(shí)。MCU自LED驅(qū)動電源上電時(shí)刻起，對同步信號v_syn的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到MCU接收到的預(yù)約操作指令中包含的預(yù)設(shè)值時(shí)，MCU通過邏輯控制電路202A執(zhí)行相應(yīng)操作，例如，通過調(diào)光接口提供調(diào)光信號DIM調(diào)節(jié)輸出電流i_o，或通過開關(guān)控制接口提供開關(guān)控制信號ON/OFF以控制LED的亮滅。在一些實(shí)施例中，MCU還可用于采樣輸出電壓v_o與輸出電流i_o，并通過從節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)將采樣數(shù)據(jù)提供至服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖4為圖3所示LED驅(qū)動電源200A的工作波形圖。由圖中可見，電網(wǎng)電壓v_line作為正弦波，經(jīng)過整流和分壓后得到正弦半波的整流信號v_rec。該整流信號v_rec被用作與高閾值電壓v_{th_h}和低閾值電壓v_{th_l}進(jìn)行比較，產(chǎn)生形狀為方波的同步信號v_syn。MCU可以自LED驅(qū)動電源上電時(shí)刻起，在同步信號v_syn的上升沿或者下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。

雖然前述實(shí)施例中，均自驅(qū)動電源上電時(shí)刻起基于同步信號開始計(jì)時(shí)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述計(jì)時(shí)也可以在驅(qū)動電源接收到時(shí)間校正指令時(shí)開始，或在接收到時(shí)間校正指令時(shí)被重置。

圖5為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的照明驅(qū)動電源的工作流程圖，包括步驟S501-S506。

在步驟S501，對電網(wǎng)電壓v_line進(jìn)行整流，產(chǎn)生整流信號v_rec。

在步驟S502，將整流信號v_rec與閾值電壓V_th進(jìn)行比較，產(chǎn)生同步信號v_syn。

在步驟S503，基于同步信號v_syn進(jìn)行計(jì)時(shí)。

在步驟S504，接收包含預(yù)約時(shí)間與具體操作的預(yù)約操作指令。

在步驟S505，判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否達(dá)到預(yù)約時(shí)間，是，則至步驟S506，否則繼續(xù)等待。

在步驟S506，執(zhí)行預(yù)約操作指令包含的具體操作。

雖然已參照幾個(gè)典型實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本實(shí)用新型能夠以多種形式具體實(shí)施而不脫離實(shí)用新型的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不限于任何前述的細(xì)節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。