CN102548131B - 具有发光二极管的照明系统的电源设备和方法及照明组件 - Google Patents

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Abstract

电源设备和方法包括选择将要施加到具有发光二极管的照明系统的电源电压或电流。处理电路(15)通过注入用于检测(32)电流流动的至少一个极性测试电流脉冲(31)来执行所述照明系统的连接的方向的自动检测(30-36)。还执行在极性测试电流脉冲期间监视(32)电源电压和电流，以及反转(35)电流或电压的方向，用于监视电流流动的方向并且用于归结电源电压或电流的方向。该设备和方法还包括根据所述系统的动态电阻(Rd)来检测(40-43)被提供稳定电压或稳定电流的照明系统的类型。

Description

具有发光二极管的照明系统的电源设备和方法及照明组件
技术领域
本发明涉及一种电源设备，包括：
-DC电源，在输出端上提供有限的电压或电流用于具有发光二极管的照明系统的电源，所述电源包括电压测量装置和电流测量装置用于监视电源电压和电流，以及
-电压或电流选择装置，连接到所述电源以选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电压或电流。
本发明还涉及一种具有发光二极管的照明组件，包括被设计为连接到电源系统的至少一个电源和连接到所述至少一个电源设备的具有发光二极管的至少一个照明系统。
本发明还涉及一种用于具有发光二极管的照明系统的电源方法，包括：
-选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电源电压或电流，以及
-监视所述电源电压或电流。
背景技术
用于具有发光二极管的照明系统的电源设备通常包括具有发光二极管的照明模块连接到的两个输出端子。这些照明模块包括根据电源电压和电流或电压提供模式而串联或串联/并联连接的发光二极管。电源电压或电流由制造商预定义。例如，标准化的或通常的电源电压是12、24或48伏DC电压。通常，制造商为照明模块提供电源和配备有错误防止器的它们自己的连接器。在另一个示例中，专利US7135664描述具有电流电源的发光二极管的照明系统的完整布局。
然而，电源可以与照明模块分开提供。这实现了具有发光二极管的照明装置的更大的灵活性和可能性。存在被称为通用电源的电源，其提出几个电源电压和电流。这样的电源通常包括大量的端子，用于将该照明模块在输出端上与合适的电压或电流连接并且还考虑照明模块的极性。其它电源包括选择器开关用于选择电源电压或电流以及极性。这样的电压或电流电源的类型、电压或电流的值、以及极性的人工选择包括使得能够引起具有发光二极管的照明模块的恶化的错误风险。
发明内容
本发明的目的在于提供实现电源参数的自动选择的具有发光二极管的照明系统的电源设备和方法以及包括一个这样的设备的照明组件。
根据本发明的电源设备包括：
-DC电源，在输出端上提供有限的电压或电流用于具有发光二极管的照明系统的电源，所述电源包括电压测量装置和电流测量装置用于监视电源电压和电流，以及
-电压或电流选择装置，连接到所述电源用于选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电压或电流，
包括所述照明系统的连接的方向的自动检测装置，其包括：
-用于注入用于检测电流的至少一个极性测试电流脉冲的装置，
-处理装置，包括在极性测试电流脉冲期间电源电压和电流的监视装置，以及
-用于反转由所述处理装置控制的电流或电压的方向的装置，以监视电流的方向并且归结(attribution)电源电压或电流的方向。
有利地，所述处理装置包括故障检测装置，其检测在极性测试电流脉冲期间电源电流是否在两个方向流动或在两个方向阻断。
在优选实施例中，所述处理装置包括用于检测具有稳定电压或稳定电流电源的具有发光二极管的照明系统的类型的装置，所述用于检测类型的装置包括用于确定所述具有发光二极管的照明系统的动态电阻的装置和用于比较所述动态电阻与阈值的装置。
优选地，所述处理装置包括用于确定被提供电压的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电压的装置，包括：
-用于注入电压值的装置，以及
-用于通过选择使得电源电流大于将要实施的阈值的最低电压值来检测电源电压的装置。
有利地，所述处理装置包括用于确定被提供电流的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电流的装置，包括：
-用于注入电流值以确定在环境温度处下/或当使用之前低温时的DC电压值的装置，
-用于注入电流值并且用于监视DC电压变化的装置，以及
-用于通过选择对于其DC电压低于在预先记录的环境温度下的DC电压值的一部分的最低电流值来检测电源电流的装置。
在特定实施例中，所述处理装置包括诊断装置，用于检测在操作中的发光二极管的状态，所述处理装置包括：
-用于在为具有发光二极管的照明系统提供电压时监视电流的装置和/或用于在为具有发光二极管的照明系统提供电流时监视DC电压的装置，以及
-用于当为该系统提供电压时在电流超过阈值时和/或当为该系统提供电流时在DC电压降到阈值以下时处理诊断结果的装置。
在具有发光二极管的照明组件中，包括被设计为连接到电源系统的至少一个电源设备、连接到所述至少一个电源设备的具有发光二极管的至少一个照明系统，该电源设备是上面定义的设备，包括用于处理所述具有发光二极管的至少一个照明系统的电源的自动选择的处理装置。
一种根据本发明的用于具有发光二极管的照明系统的电源方法包括：
-选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电源电压或电流，以及
-监视所述电源电压和所述电源电流，
包括通过执行以下操作来自动检测所述照明系统的连接的方向：
-注入用于检测电流的至少一个极性测试电流脉冲，
-在极性测试电流脉冲期间监视所述电源电压和所述电源电流，以及
-电流或电压方向反转，用于监视电流的方向并且用于归结电源电压或电流。
有利地，该电源方法包括故障检测，用于检测极性测试电流脉冲期间电源电流是否在两个方向流动或在两个方向阻断。
在优选实施例中，该电源方法包括通过执行以下操作来检测具有稳定电压或稳定电流电源的具有发光二极管的照明系统的类型：
-确定所述具有发光二极管的照明系统的动态电阻，以及
-比较所述动态电阻与阈值。
优选地，该电源方法包括确定被提供电压的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电压，包括：
-注入不同的电压值，以及
-通过选择使得电源电流大于将要实施的阈值的最低电压值来检测的电源电压。
有利地，该电源方法包括确定被提供电流的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电流，包括：
-注入不同的电流值以确定在环境温度下的DC电压值，
-注入电流值并且监视DC电压变化，以及
-通过选择对于其DC电压低于在预先记录的环境温度下的DC电压值的一部分的最低电流值来检测电源电流。
优选地，该电源方法包括存储在环境温度下或当使用之前低温时具有发光二极管的照明系统的至少一个DC电压值。
在特定实施例中，该电源方法包括诊断以检测在操作中的发光二极管的状态，并且包括：
-在为具有发光二极管的照明系统提供电压时监视电流和/或在为具有发光二极管的照明系统提供电流时监视DC电压，以及
-当为该系统提供电压时在电流超过阈值时和/或当为该系统提供电流时在DC电压降到阈值以下时处理诊断结果。
附图说明
通过下面对本发明的特定实施例的描述，其他优点和特征将变得更明显，这些特定实施例用于非限制性示例的目的给出并且在附图中表示，其中：
-图1表示能够包括根据本发明的实施例的设备的照明组件的框图；
-图2表示根据本发明的实施例的具有发光二极管的照明系统的电源设备的图；
-图3表示用于根据本发明的实施例的电源设备的极性反转器的图；
-图4表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的极性的检测和归结的流程图；
-图5表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的类型的选择的总流程图；
-图6示出用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的电气特性的曲线图；
-图7表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的类型的选择的详细流程图；
-图8示出根据图7的流程图的用于在设备和方法中确定动态电阻的照明模块的伏安电气特性的曲线图；
-图9示出用于根据本发明的实施例的设备和方法的电流或电压选择的曲线图；
-图10表示根据本发明的实施例的设备和方法中电源电压的选择的详细流程图；
-图11表示根据本发明的实施例的设备和方法中电源电流的选择的详细流程图；
-图12示出根据本发明的实施例的设备和方法中响应于用于选择电流的电流脉冲的电压变化的曲线；
-图13表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的诊断的流程图；
-图14示出具有发光二极管的电流控制的照明系统的诊断的电压变化的曲线图；以及
-图15示出具有发光二极管的电压控制的的照明系统的诊断的电流变化的曲线图。
具体实施方式
具有发光二极管的照明组件的框图在图1中表示。它包括被设计为连接到电源系统2的电源设备1。具有发光二极管的照明系统或照明模块3连接到照明设备1。可以使用通过有线或无线连接到电源设备1的遥控器或人机接口4、光调节传感器5、或通信模块6执行照明控制。为了避免具有发光二极管的照明系统的电源的复杂配置，根据本发明的电源设备1使得能够自动选择极性、电压或电流源的类型、和/或电压或电流源的值。
图2表示根据本发明的实施例的具有发光二极管的照明系统的电源设备的图。此设备包括DC电源7，其连接到电力系统2并且提供具有两个极性V+和V-的DC电压。此DC电压施加于由放大器表示的电子电源电路8和9。电路8和9的输出使得能够在输出端10和11上反转电压或电流极性。电流测量电阻器12连接在电路9的输出端与输出端11之间，而电压测量电阻器13和14连接在电路8和9的两个输出端之间。在电流测量电阻器12以及电压测量电阻器13和14上收集的测量信号被提供给处理电路15。电路8和9的输入端连接到处理电路15。处理电路因而可以根据电压测量和电流测量以及预定义的设置点来监视电源电压和电流。该情况下，图2的DC电流电源设备对于具有发光二极管的照明系统的电源包括电流或电压限制。此后在描述中，具有发光二极管的照明系统也被称为照明模块或光源。
根据本发明的实施例，电源设备包括所述具有发光二极管的照明系统的电源的自动选择。具有发光二极管的照明系统可以以第一或第二方向或极性连接，具有电压控制或电流控制类型，并且具有几种工作电压或电流。图2中，发光二极管16和17可以被提供电流，并且与限流电阻器有关的二极管18和19被提供电压。所有发光二极管可以以第一方向或第二方向供电。
图3表示用于根据本发明的实施例的电源设备的极性反转器的图。此反转器电路可以集成到电路8和9中以反转电源电流或电压的方向。它包括以H形连接的晶体管，该H形的每个臂包括由反转器22和23以互补方式命令的分别为20A和20B、以及21A和21B的两个晶体管。
图4表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的极性的检测和归结的流程图。
此流程图包括初始化步骤30。该实施例中，通过注入至少一个极性测试电流脉冲以检测电流来执行所述照明系统的连接的方向的自动检测。因而，步骤31使得能够注入电流脉冲。然后步骤32在极性测试电流脉冲期间监视所述电源电压和/或电流。具体地，在此步骤32，监视电流的流动。如果电流流动，则在步骤33检测极性。如果没有检测到电流流动，则在步骤34执行指示器的测试以知道第一流动。在第一流动的情况下，指示器处于零，步骤35执行电流或电压的方向的反转，用于监视电流流动的方向并且用于归结电源电压或电流的方向。在反转之后，步骤36将指示器的状态例如改变为一。然后重新开始极性检测循环。在步骤31以另一个方向注入脉冲并且在步骤32检测电流流动。如果电流流动，则在步骤33检测电流方向。否则，则在步骤34执行指示器的监视。如果指示器处于一(其意味着第二流动)，则步骤37指示故障，因为电流没有以任一方向流动。
在没有示出的另一个流程图中还可以检测是否显著的电流以两个方向流动的故障。因而，根据本发明的实施例的设备和方法包括故障检测，其检测在极性测试电流脉冲期间电源电流是否以两个方向流动或在两个方向中阻断。
图5表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的类型的选择的总流程图。步骤40初始化具有电压或电流电源的照明模块的类型的检测。步骤41选择照明模块的类型。如果照明模块必须被提供电压，则步骤42确定将要施加的电压值。如果照明模块必须被提供电流，则步骤43确定将要施加的电流值。
图6示出用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的电气特性的曲线图。要被提供电流的照明模块通常包括串联连接的发光二极管，允许在施加测试脉冲时高电流流动。将它们的DC电压相加，而总电压是二极管的数目的函数。曲线区域46描绘要被以电流命令的二极管或照明模块的曲线。要被提供电压的照明模块通常包括包括诸如电流限制器电阻器的电压电流转换器的发光二极管。曲线区域47描绘要被电压控制的二极管或照明模块的曲线。
图7表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的照明模块的类型的选择的详细流程图。处理电路检测要被提供稳定电压或稳定电流的具有发光二极管的照明系统的类型。检测类型包括确定所述具有发光二极管的照明系统的动态电阻并且比较所述动态电阻与阈值。例如，此阈值的值可以优选地是14欧姆。
步骤50初始化循环或通路的数目、动态电阻和最小注入电流的值。步骤51执行电流In的第一注入和电压Vn的测量。步骤52执行电流In+1的第二注入和电压Vn+1的测量。步骤53检测是否达到迭代的最大数目Nmax。如果达到此数目Nmax，则步骤54指示收敛故障。步骤55确定动态电阻或斜率的新值。然后步骤56检查动态电阻或斜率是否几乎是稳定的，例如具有小于5％的偏差。如果动态电阻或斜率是稳定的，则步骤57将动态电阻或斜率与一个或多个基准进行比较以确定照明模块被提供电流还是电压。因而，如果动态电阻低于基准，则在步骤58照明模块被提供电流，否则动态电阻高并且在步骤59照明模块被提供电压。如果在步骤56动态电阻不稳定，步骤60增大迭代的数目n。然后开始新的注入和测量循环。
图8示出根据图7的流程图的在设备和方法中用于确定动态电阻的照明模块的电气特性的曲线图61。此曲线的阻抗的起源(parents)指示照明模块被提供电流。另一个实施例，还可以从曲线图I确定动态电阻的值。dV/dI＝f(I).
图9示出用于根据本发明的实施例的设备和方法的电流或电压选择的曲线图。对于此监视，确认照明模块消耗电力的最小值，例如大约1瓦。曲线图62定义充当用于图10的流程图的监视基准的界限。图10表示根据本发明的实施例的设备和方法中的电源电压选择的详细流程图。因而处理电路命令不同的电压值的注入并且通过选择使得电源电流大于将要实施的阈值的最低电压值来执行电源电压的检测。
在步骤70，向照明模块施加第一个低电压V1。然后步骤71检查是否超过第一电流阈值S1。如果超过阈值S1，则步骤72指示照明模块被提供电压V1并且步骤73致动照明模块的电源。如果没有达到阈值S1，则在步骤74向照明模块施加第二个中等电压V2。然后步骤75检查是否超过第二电流阈值S2。如果超过阈值S2，则步骤76指示照明模块被提供电压V2并且步骤75致动照明模块的电源。如果没有达到阈值S2，则在步骤78中向照明模块施加第三个高电压V3。然后步骤79检查是否超过第三电流阈值S3。如果超过阈值s3，则步骤80指示照明模块被提供电压V3并且步骤81致动照明模块的电源。如果没有达到最后一个阈值S3，则步骤82指示照明模块有故障或被断开。上述流程图中，电压V1、V2和V3例如可以分别具有12、24和48伏的值。阈值S1、S2和S3的示例可以分别是80、40和20毫安。
图11表示根据本发明的实施例的设备和方法中电源电流的选择的详细流程图。该情况下，处理电路执行：
-注入不同的电流值以确定在环境温度下的DC电压值，
-存储在环境温度下或在使用之前低温时具有发光二极管的照明系统的至少一个DC电压值。
-注入电流值并且监视DC电压变化，以及
-通过选择对于其DC电压低于预先记录的在环境温度下的DC电压值的一部分的最低电流值来检测电源电流。
图11中，流程图具有初始化阶段，其包括三个步骤90、91、92，在这三个步骤期间，注入三个电流脉冲I1然后I2然后I3。在这些电流脉冲期间，测量和存储在环境温度下和/或使用之前低温时的三个电压，分别为V1a、V2a和V3a。在步骤93，注入电流I2并且执行DC电压Vd(dt)的定期测量以估计电压变化。步骤94检查电压Vd是否低于在环境温度下的电压V2a的预定义的部分。如果Vd低于V2a的百分比k，则步骤95指示照明模块必须被提供I1并且步骤96向照明模块提供例如350mA的电流I1。否则，则在步骤97，在具有I2的照明模块与具有I3的照明模块之发生间第二选择。例如，k可以是94％。在步骤98，注入电流I3并且执行DC电压Vd(dt)的定期测量以估计电压变化。步骤99检查电压Vd是否低于在环境温度下的电压V3a的预定义的部分。如果Vd低于V3a，则步骤100指示照明模块必须被提供I2并且步骤101向照明模块提供例如700mA的电流I2。否则，则步骤102指示照明模块必须被提供I3并且步骤103向照明模块提供例如1000mA的电流I3。
因而被提供电流的照明模块的此选择基于DC电压Vd根据温度的变化。该情况下结合点(junction)温度取决于测试电流I2和I3的流动。图12示出根据本发明的实施例的设备和方法中响应于用于选择电源电流I1、I2和I3的电流111的电压变化110的曲线图。
图13表示用于根据本发明的实施例的设备和方法的诊断的流程图。处理电路包括用于根据电源的类型检测在操作中的二极管的状态的诊断装置，所述处理装置执行：
-在向具有发光二极管的照明系统提供电压时监视电流和/或在向具有发光二极管的照明系统提供电流时监视DC电压，以及
-当向该系统提供电压时在电流超过阈值时和/或当向该系统提供电流时在DC电压降到阈值以下时指示故障。
诊断的目的在于确定照明模块是否保持在可接受的温度范围之内。超过该范围的可能原因可以例如是不正确的安装、照明模块的性能随时间退化、或照明模块的意外的通风故障。
步骤120初始化照明模块的诊断，然后步骤121检测照明模块是否必须被提供电流或电压。此步骤可以包括上文描述的流程图。对于被提供电压的照明模块，步骤122测量在使用过程中的电源电流IL。如果在步骤123电流IL超过阈值SIL，则步骤124致动诊断的结果的处理。对于被提供电压的照明模块，步骤125测量在使用过程中的电源电压VL。如果在步骤126电压VL降到阈值SVL以下，则步骤124致动诊断的结果的处理。
步骤124和127的诊断的处理可以例如是警报、照明的关闭或电源的自动重新调整。诊断的此处理也可以具有降低照明等级的结果。
图14示出具有发光二极管的电流控制的照明系统的诊断的电压变化VL的曲线图130。在时间t1，电压VL降到阈值SVL以下并且触发诊断的结果的处理。图15示出具有发光二极管的电压控制的照明系统的诊断的电流IL变化的曲线图131。在时间t2，电流IL超过阈值ISL并且触发诊断的结果的处理。
给出上述的电流和电压值作为示例。本发明可以应用于其它电压或电流以及应用于不同数目的电压或电流值。
本发明可以应用于使用例如AlInGaP或InGaN的各种技术生产的不同类型的彩色或白色发光二极管。
本发明也可以应用于使用各种技术制造的有机发光二极管或OLED。

Claims (14)

1.一种电源设备，包括：
－DC电源，在输出端上提供有限的电压或电流用于具有发光二极管的照明系统的电源设备，所述电源设备包括分别用于监视电源电压和电流的电压测量装置和电流测量装置，以及
－电压或电流选择装置，连接到所述DC电源用于选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电压或电流，
其特征在于，它包括执行所述照明系统的连接的方向的自动检测的装置，其包括：
－用于注入用于检测电流流动的至少一个极性测试电流脉冲的装置，
－处理装置，包括极性测试电流脉冲期间的电源电压和电流的监视装置，以及
－用于反转由所述处理装置控制的电流或电压的方向的装置，以监视电流流动的方向并且用于归结电源电压或电流的方向。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括故障检测装置，在极性测试电流脉冲期间检测电源电流是否在两个方向流动或在两个方向阻断。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括检测具有稳定电压或稳定电流电源的具有发光二极管的照明系统的类型的检测装置，所述类型检测装置包括用于确定所述具有发光二极管的照明系统的动态电阻的装置和用于比较所述动态电阻与阈值的装置。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括用于确定被提供电压的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电压的装置，包括：
－用于注入电压值的装置，以及
－用于通过选择使得电源电流大于将要实施的阈值的最低电压值来检测电源电压的装置。
5.根据权利要求书4所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括用于确定被提供电流的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电流的装置，包括：
－用于注入电流值以确定在环境温度下和/或当使用之前低温时的DC电压值的装置，
－用于注入电流值并且用于监视DC电压变化的装置，以及
－用于通过选择最低电流值来检测电源电流的装置，对于该最低电流值，DC电压低于预先记录的环境温度下的DC电压值的一部分。
6.根据权利要求4到5的任何一个所述的设备，其特征在于，所述处理装置包括用于检测在操作中的发光二极管的状态的诊断装置，所述处理装置包括：
－用于在具有发光二极管的照明系统被提供电压时监视电流的装置和/或用于在具有发光二极管的照明系统被提供电流时监视DC电压的装置，以及
－用于当该照明系统被提供电压时在电流超过阈值时和/或当该照明系统被提供电流时在DC电压降到阈值以下时处理诊断结果的装置。
7.一种具有发光二极管的照明组件，包括被设计为连接到电源系统的至少一个电源设备、连接到所述至少一个电源设备的具有发光二极管的至少一个照明系统，其特征在于，该电源设备是根据权利要求1到6之一所述的电源设备，包括用于处理具有发光二极管的所述至少一个照明系统的电源的自动选择的处理装置。
8.一种用于具有发光二极管的照明系统的电源方法，包括：
－选择将要施加到所述具有发光二极管的照明系统的电源电压或电流，以及
－监视所述电源电压和所述电源电流，
其特征在于，它包括通过执行以下操作来自动检测所述照明系统的连接的方向：
－注入用于检测电流流动的至少一个极性测试电流脉冲，
－在极性测试电流脉冲期间监视所述电源电压和所述电源电流，以及
－电流或电压方向反转，用于监视电流流动的方向并且用于归结电源电压或电流。
9.根据权利要求8所述的电源方法，其特征在于，它包括故障检测，其检测在极性测试电流脉冲期间电源电流是否在两个方向流动或在两个方向阻断。
10.根据权利要求8或9所述的电源方法，其特征在于，包括通过执行以下操作来检测具有稳定电压或稳定电流电源的具有发光二极管的照明系统的类型：
－确定所述具有发光二极管的照明系统的动态电阻，以及
－比较所述动态电阻与阈值。
11.根据权利要求10所述的电源方法，其特征在于，它包括确定被提供电压的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电压，包括：
－注入不同的电压值，以及
－通过选择使得电源电流大于将要实施的阈值的最低电压值来检测电源电压。
12.根据权利要求11所述的电源方法，其特征在于，它包括确定被提供电流的具有发光二极管的照明系统的稳定电源电流，包括：
－注入不同的电流值以确定在环境温度下的DC电压值，
－注入电流值并且监视DC电压变化，以及
－通过选择最低电流值来检测电源电流，对于该最低电流值，DC电压低于在预先记录的环境温度下的DC电压值的一部分。
13.根据权利要求12所述的电源方法，其特征在于，它包括存储在环境温度下或当使用之前低温时具有发光二极管的照明系统的至少一个DC电压值。
14.根据权利要求11到13的任何一个所述的电源方法，其特征在于，它包括诊断以检测在操作中的发光二极管的状态，而且包括：
－在具有发光二极管的照明系统被提供电压时监视电流和/或在具有发光二极管的照明系统被提供电流时监视DC电压，以及
－当该照明系统被提供电压时在电流超过阈值时和/或当该照明系统被提供电流时在DC电压降到阈值以下时处理诊断结果。
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