CN103582247B - 点亮装置、使用该点亮装置的照明设备以及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种点亮装置、使用该点亮装置的照明设备以及照明系统。点亮装置包括控制单元，所述控制单元利用用于确定供给至光源负载的电力的大小的电力设置值以及由电流检测电阻器(电流检测单元)所检测到的电流检测值来控制电力转换单元的操作以使得流过光源负载的负载电流成为恒定值，并且负载电力计算单元利用电力设置值以及由电压检测单元所检测到的电压检测值来获得光源负载的负载电力，并且输入电力估计单元对所获得的负载电力校正电路损耗并且估计所输入的电力。

Description

点亮装置、使用该点亮装置的照明设备以及照明系统

技术领域

本发明涉及一种估计输入电力的点亮装置、使用该点亮装置的照明设备以及照明系统。

背景技术

传统地，已提出一种在适当转换从外部电源所供给的电力并且将电力供给至负载的情况下测量输入电力(功耗)、并且将测量结果呈现给外部的电源设备。把从这样的电源设备所获得的输入电力的测量结果呈现给电源设备的用户、安装有电源设备的设施的管理者等，从而能够帮助降低(节省)所浪费的功耗等。

在近年来吸引了关注的使用发光二极管(LED)的光源负载中，由于温度特性，阻抗根据环境温度而改变。考虑到这点，已知一种试图即使在光源负载的环境温度变化的情况下也充分准确地获得输入电力的点亮装置，并且例如在日本特开2012-074156号公报中公开了这种点亮装置。

在上述相关技术中所公开的点亮装置包括电力转换单元以及控制单元，其中，电力转换单元用于通过开关元件的接通/断开(ON/OFF)操作来调整供给至电源负载的电力，控制单元用于输入用于确定供给至光源负载的电力的大小的电力设置值，并且控制电力转换单元的操作。此外，点亮装置包括用于检测流过开关元件的电流的电流检测单元、以及用于利用由电流检测单元所检测到的值来估计输入电力的电力估计单元。电力估计单元利用电力设置值和与电流检测单元的输出相对应的电流检测值，来校正在电流检测值中由于光源负载的环境温度的变化而生成的一部分变化。

特别地，在电力估计单元中，将在供给至光源负载的电力变得最大的情况下的电力设置值用作最大电力值来将电力设置值标准化，并且利用与电力设置值和电流检测值之间的差相对应的电力调整值来获得输入电力。

在上述相关技术所公开的传统例子中，必须预先存储光源负载的最大电力值以获得输入电力。因此，对于存储了其最大电力值的某一光源负载，能够充分精确地获得输入电力，并且另一方面，对于具有不同特性的其它光源负载来说，存在由于光源负载的特性上的变化而不能充分精确地获得输入电力的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种即使在光源负载的特性中存在变化并且在光源负载的环境温度中存在变化的情况下也能够充分精确地获得输入电力的点亮装置、使用该点亮装置的照明设备以及照明系统。

根据本发明的点亮装置包括电力转换单元，该电力转换单元包括开关元件，该电力转换单元用于将直流电力用作输入，通过开关元件的ON/OFF来调整供给至光源负载的负载电力；电流检测单元，用于检测流过光源负载的负载电流；电压检测单元，用于检测施加至光源负载的负载电压；控制单元，用于利用用于确定供给至光源负载的电力的大小的电力设置值和由电流检测单元检测到的电流检测值来控制电力转换单元的操作以使得流过光源负载的负载电流变成恒定值；负载电力计算单元，用于利用电力设置值以及由电压检测单元检测到的电压检测值来获得光源负载的负载电力；输入电力估计单元，用于对所获得的负载电力校正电路损耗并且估计输入电力；以及通知单元，用于将在输入电力估计单元中所获得的计算结果通知外部。

在这样的点亮装置中，期望输入电力估计单元将校正的电路损耗用作恒定值来估计输入电力，其中该电路损耗与输入电压以及光源负载的点亮状态无关。

在这样的点亮装置中，期望输入电力估计单元基于光源负载的点亮状态，利用电力设置值来改变所校正的电路损耗并且估计输入电力。

在这样的点亮装置中，期望通知单元把包括输入电力估计单元的计算结果的通知信号作为数字信号发送。

在这样的点亮装置中，期望通知单元把包括输入电力估计单元的计算结果的通知信号作为模拟信号发送。

根据本发明的照明设备包括任何一个上述点亮装置以及保持点亮装置和光源负载的器具本体。

根据本发明的照明系统包括各自为该照明设备的多个照明设备以及读出设备，该读出设备用于接收从照明设备的通知单元所发送的通知信号并且读出输入电力估计单元的计算结果。

在本发明中，控制单元控制流过光源负载的负载电流以使其成为恒定值，以使得光源负载的负载电压的电压检测值根据环境温度而变化。此外，在本实施例中，基于与光源负载的负载电压成比例的电压检测值以及与光源负载的负载电流成比例的电力设置值来计算负载电力。即，在本发明中，能够在考虑到光源负载的环境温度中的变化与光源负载的特性上的变化两者的情况下获得负载电力和输入电力。因此，在本发明中，存在即使在光源负载的特性中存在变化并且在光源负载的环境温度中存在变化的情况下也能够充分精确地获得输入电力的效果。

附图说明

进一步详细说明本发明的优选实施例。通过参考以下详细说明和附图，将能够更好地理解本发明的其它特征和优势。

图1是示出根据本发明的实施例的点亮装置的电路示意图，

图2A是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中的电力转换单元的电流临界模式控制的时间图，

图2B是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中的电力转换单元的突发模式控制的时间图，

图2C是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中的电力转换单元的PWM模式控制的时间图，

图3A是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中改变电源电压的情况下在输入电力的测量值与计算结果之间的相关性的图，

图3B是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中改变环境温度的情况下在输入电力的测量值与计算结果之间的相关性的图，

图3C是示出在根据本发明的实施例的点亮装置中在光源单元的负载电压中发生变化的情况下在输入电力的测量值与计算结果之间的相关性的图，以及

图4是示出根据本发明的实施例的照明设备的立体图。

具体实施方式

以下参考附图说明根据本发明的实施例的点亮装置1。点亮装置1包括：

电力转换单元4，包括开关元件40，用于将直流电力用作输入、通过开关元件40的ON/OFF来调整供给至光源负载200的负载电力；

电流检测单元45，用于检测流过光源负载200的负载电流；

电压检测单元6，用于检测施加至光源负载200的负载电压；

控制单元5，用于利用用于确定供给至光源负载200的电力的大小的电力设置值以及由电流检测单元45所检测到的电流检测值来控制电力转换单元4的操作以使得流过光源负载200的负载电流成为恒定值；

负载电力计算单元90，用于利用电力设置值以及由电压检测单元6所检测到的电压检测值来获得光源负载200的负载电力；

输入电力估计单元91，用于针对所获得的负载电力来校正电路损耗并且估计输入电力；以及

通知单元10，用于将在输入电力估计单元91中所获得的计算结果通知外部。如图1中所示，根据实施例的点亮装置1包括与AC交流电源100相连接的整流器2、DC直流电源单元3、电力转换单元4、控制单元5、电压检测单元6、电力调整单元7、控制信号输入单元8、电力计算单元9以及通知单元10。

例如包括二极管电桥的整流器2对从交流电源100输出的交流电压进行全波整流并且输出交流电压。包括平滑电容器(未示出)的直流电源单元3使从整流器2输出的脉动电压平滑化并且输出直流电压。将直流电压施加至电力转换单元4。注意，直流电源单元3包括至少平滑电容器就足够了，并且不限于某个特定结构。

电力转换单元4包括降压斩波器电路，降压斩波器电路包括：由金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构成的开关元件40与二极管41的串联电路；以及二极管42与扼流线圈43与平滑电容器44的、与二极管41并联相连接的串联电路。开关元件40通过经由电阻器46施加从以下说明的控制单元5的驱动单元50所输出的驱动信号来切换ON/OFF。此外，把通过将多个发光二极管(LED)串联相连接而获得的光源负载200与平滑电容器44并联相连接。因此，电力转换单元4将从直流电源单元3输出的直流电压降压，将直流电压施加至光源负载200并且将直流电力供给至光源负载200。

将用于检测流过光源负载200的负载电流的电流检测电阻器45(电流检测单元)与平滑电容器44串联相连接。此外，把用于检测施加至光源负载200的负载电压的电压检测单元6与平滑电容器44和电流检测电阻器45的串联电路并联相连接。通过将三个电压检测电阻器60至62串联相连接来获得电压检测单元6。电压检测单元6将负载电压分割为在电阻器62两端之间的电压，并且将该电压输出至以下说明的电力计算单元9的负载电力计算单元90。

控制单元5包括对开关元件40施加驱动信号的驱动单元50、以及基于以下说明的电力调整值来设置驱动信号的信号设置单元51。此外，控制单元5包括用于控制光源负载200的负载电力以使其成为恒定值的电力调整单元7。

通过电阻器47和48将由扼流线圈43的次级绕组430所感应出的感应电压输入到信号设置单元51中。注意，将过压保护二极管49与电阻器48并联相连接。此外，通过电阻器73将以下说明的电力调整单元7的运算放大器70的输出电压输入至信号设置单元51。以下，将运算放大器70的输出电压的值称作“电力调整值”。

在输入到信号设置单元51中的感应电压变成零的情况下(即，在流过扼流线圈43的电流变成零的情况下)，控制单元5通过驱动单元50来将开关元件40切换到ON。此外，在输入到信号设置单元51的感应电压的值达到从电力调整单元7所输出的电力调整值的情况下，控制单元5通过驱动单元50将开关元件40切换到OFF。即，如图2A中所示，控制单元5将驱动信号施加至开关元件40以使得以电流临界模式进行控制。作为结果，电力转换单元4将恒定直流电流供给至光源负载200。控制单元5通过在信号设置单元51中基于电力调整值改变驱动信号的频率，来调整流过光源负载200的负载电流。

只要能够将光源负载200的负载电流控制为恒定，控制单元5就可以以其它模式来控制开关元件40的ON/OFF。例如，如图2B中所示，可以在突发模式中进行控制，在突发模式中，交替地重复以高频切换开关元件40的ON/OFF的操作时间段以及保持开关元件40的OFF状态的终止时间段。在突发模式中进行控制的情况下，控制单元5通过在信号设置单元51中基于电力调整值改变驱动信号的操作时间段的宽度，来调整流过光源负载200的负载电流。此外，如图2C中所示，可以以交替重复开关元件40的ON时间段和OFF时间段的脉冲宽度调制(PWM)模式来进行控制。在PWM模式中进行控制的情况下，控制单元5通过在信号设置单元51中基于电力调整值改变驱动信号的占空比来调整流过光源负载200的负载电流。

电力调整单元7包括运算放大器70以及连接在运算放大器70的反相输入端子以及输出端子之间的电容器71，并且构成积分器。将从以下说明的控制信号输入单元8所输出的直流电压输入到运算放大器70的非反相输入端子中。此外，通过电阻器72将在电流检测电阻器45的两端之间的电压输入到运算放大器70的反相输入端子中。即，将与光源负载200的负载电流相对应的“电流检测值”输入到运算放大器70的反相输入端子中。

控制信号输入单元8与能够从外部操作的调光控制器(未示出)相连接，并且将基于从调光控制器所输出的调光信号的调光率的直流电压输出到电力调整单元7和电力计算单元9。以下，将通过控制信号输入单元8输出的直流电压的值称作“电力设置值”。电力设置值随着由调光控制器所设置的调光率增大而增大，并且电力设置值随着调光率减小而减小。注意，在控制信号输入单元8与调光控制器之间的连接方式可以是有线方式和无线方式中的任何一种。

以下说明控制单元5的操作。在输入到运算放大器70的反相输入端子的电流检测值变得比输入到非反相输入端子的电力设置值大的情况下，减小运算放大器70的输出电压(电力调整值)。在减小电力调整值的情况下，在信号设置单元51中将驱动信号的频率设置为高。作为结果，流过光源负载200的负载电流减小，并且负载电力也减小。另一方面，在输入到运算放大器70的反相输入端子的电流检测值变得比输入到非反相输入端子的电力设置值小的情况下，电力调整值增大。在电力调整值增大的情况下，在信号设置单元51中将驱动信号的频率设置为低。作为结果，流过光源负载200的负载电流增大，并且负载电力也增大。

如上所述，控制单元5通过基于从电力调整单元7所输出的电力调整值的增大或者减小改变开关元件40的驱动频率，控制光源负载200的负载电力以使其成为基于电力设置值的恒定值。

通知单元10接收到包括在以下说明的电力计算单元9的输入电力估计单元91中的计算结果的输出信号，并且将包括计算结果的通知信号发送到外部读出设备(未示出)。注意，在通知单元10与读出设备之间的通信方式可以是有线方式和无线方式中的任何一个。此外，从通知单元10发送的通知信号可以是数字信号和模拟信号中的任何一个。

电力计算单元9包括负载电力计算单元90和输入电力估计单元91。负载电力计算单元90通过基于控制信号输入单元8的输出电压(电力设置值)和由电压检测单元6检测到的电压检测值进行特定计算来计算光源负载200的负载电力。具体地，使用等式“Wk＝K×Ws×VL”来计算负载电力，以“Wk”表示负载电力、以“Ws”表示电力设置值、以“VL”表示电压检测值并且以“K”表示校正系数。

这里，流过光源负载200的负载电流与运算放大器70的反相输入端子的输入电压(电流检测值)成比例。此外，电力调整单元7以使得反相输入端子的电流检测值等于非反相输入端子的输入电压(电力设置值)的方式进行反馈控制。因此，光源负载200的负载电流与电力设置值成比例。此外，由于通过将电压检测单元6中的负载电压分割而获得的电压为电压检测值，因此光源负载200的负载电压与电压检测值成比例。即，负载电力计算单元90基于光源负载200的负载电流和负载电压来计算负载电力。注意，以使得电力设置值等于电流检测值的方式来进行控制，并且在上述公式中，可以替代电力设置值而使用电流检测值来计算负载电力。

此外，在实施例中，控制单元5控制光源负载200的负载电流以使其成为恒定值，以使得电压检测值根据环境温度而变化。因此，在负载电力计算单元90中计算出的负载电力是考虑了环境温度的变化的值。

输入电力估计单元91通过使用在负载电力计算单元90中获得的负载电力、并且使用恒定值作为电路损耗来校正负载电力，进行用于估计输入电力的计算。具体地，使用等式“Win＝Wk+L”来计算输入电力，以“Win”表示输入电力并且以“L”代表表示电路损耗的损耗常数。

在图3A至3C中，示出通过改变各种条件以计算输入电力并且将计算结果与输入电力的测量值相比较而获得的结果。在图3A至图3C的各图中，针对调光率100％、60％和25％的三种模式分别比较输入电力的计算值和测量值。注意，在计算输入电力的情况下，使用具有额定电流350mA和额定电压93V的光源负载200，并且将校正系数“K”设置为0.002022，并且将损耗常数“L”设置为96.8258。

在图3A中，示出的表格针对交流电源100的电源电压的与100V、200V和242V相对应的三种模式分别将输入电力的测量值与计算结果相互比较。在图3B中，示出的表格针对环境温度与0℃和50℃相对应的两种模式分别将输入电力的测量值与计算结果相互比较。这里，在制造多个光源负载的情况下，在光源负载的特性上存在变化。在图3C中，示出的表格针对在光源负载中具有最大额定电压的光源负载200(Vfmax)和在光源负载中具有最小额定电压的光源负载200(Vfmin)的两种模式分别将输入电力的测量值与计算结果相互比较。在图3A至图3C中的任一个中，能够理解可以在针对测量值的-3.5％至+3.5％的误差范围内获得输入电力。

如上所述，在实施例中，控制单元5控制流过光源负载200的负载电流以使其成为恒定值，以使得光源负载200的负载电压的电压检测值根据环境温度而变化。此外，在实施例中，基于与光源负载200的负载电压成比例的电压检测值以及与光源负载200的负载电流成比例的电力设置值来计算负载电力。即，在实施例中，能够在考虑到光源负载200的环境温度的变化以及光源负载200的特性的变化两者的情况下，获得负载电力以及输入电力。因此，在实施例中，即使在光源负载200的特性上存在变化并且在光源负载200的环境温度中存在变化的情况下，也能够充分精确地获得输入电力。

注意，在输入电力估计单元91中的计算中，可以基于光源负载200的点亮状态来改变损耗常数“L”。具体地，使用以“M”表示损耗系数的等式“Win＝Wk+M×Ws”来计算输入电力。在这种情况下，在考虑了光源负载200的点亮状态中的变化的情况下校正电路损耗，以使得能够进一步精确地计算输入电力。

如图4中所示，根据上述实施例的点亮装置1例如构建在顶板安装型器具本体110中，并且点亮装置1与由器具本体110所保持的光源负载200(这里，直管发光二极管(LED)灯)构成照明设备11。照明设备11与本发明的实施例之一相对应。注意，点亮装置1与光源负载200通过设置在器具本体110处的一对插口111和112而彼此电气连接。

包括多个照明设备11的照明系统与本发明的实施例之一相对应。在照明系统中，系统管理员以及用户通过将能够显示数值的遥控接收器、个人计算机等用作读出设备来接收从多个照明设备11的各个通知单元10所输出的通知信号。因此，系统管理员和用户能够通过从各个通知单元10接收通知信号并且通过单个读出设备来读取输入电力估计单元91的计算结果，以便宜的结构了解所使用的电力量。

以上参考某些优选实施例说明了本发明，并且本领域技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围、即权利要求书的范围的情况下进行各种修改和变形。

Claims (7)

1.一种点亮装置，包括：

电力转换单元，包括开关元件，所述电力转换单元用于将直流电力用作输入，通过所述开关元件的ON/OFF来调整供给至光源负载的负载电力；

电流检测单元，用于检测流过所述光源负载的负载电流；

电压检测单元，用于检测施加至所述光源负载的负载电压；

控制单元，用于利用用于确定供给至所述光源负载的电力的大小的电力设置值和由所述电流检测单元检测到的电流检测值来控制所述电力转换单元的操作，以使得流过所述光源负载的所述负载电流成为恒定值；

负载电力计算单元，用于利用所述电力设置值以及由所述电压检测单元检测到的电压检测值来获得所述光源负载的负载电力；

输入电力估计单元，用于针对所获得的负载电力校正电路损耗，并且估计输入电力；以及

通知单元，用于将在所述输入电力估计单元中所获得的计算结果通知外部。

2.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，

所述输入电力估计单元将所校正的电路损耗用作恒定值来估计所述输入电力，

其中，所述电路损耗与输入电压以及所述光源负载的点亮状态无关。

3.根据权利要求1所述的点亮装置，其中，

所述输入电力估计单元基于所述光源负载的点亮状态，利用所述电力设置值改变所校正的电路损耗，并且估计所述输入电力。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的点亮装置，其中，

所述通知单元将包括所述输入电力估计单元的计算结果的通知信号作为数字信号发送。

5.根据权利要求1至3中任何一项所述的点亮装置，其中，

所述通知单元将包括所述输入电力估计单元的计算结果的通知信号作为模拟信号发送。

6.一种照明设备，包括：

权利要求1至5中任何一项所述的点亮装置；以及

用于保持所述点亮装置和所述光源负载的器具本体。

7.一种照明系统，包括：

多个照明设备，各自为权利要求6中所述的照明设备；以及

读出设备，用于接收从所述照明设备的所述通知单元所发送的通知信号，并且读出所述输入电力估计单元的计算结果。