CN103858300A - 利用自主蓄电器的发光机构的操作 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于操作发光机构(2)的操作装置(1)，具有：用于储蓄电能的蓄能单元(3)，被供以电网电压(Vin)的用于在充电工作模式中给蓄能单元(3)充电的充电电路(4)，在蓄电器工作模式中由蓄能单元(3)供电的用于操作该发光机构(2)的操作电路(7)，和用于与电网电压(Vin)的状态无关地、尤其与电网电压(Vin)的高低无关地启动充电工作模式或蓄电器工作模式的控制单元(8)。

Description

利用自主蓄电器的发光机构的操作
本发明涉及一种利用自主蓄电器操作至少一个发光机构的操作装置以及具有这种操作装置的灯、用于操作或控制这种操作装置的方法、集成电路、计算机软件程序产品和照明系统。
从现有技术中已知，除以电网电压供电的灯外，也投入使用了紧急照明装置。紧急照明装置在电网供电失效时被投入使用，用于在装有以电网电压供电的灯的场所内保证最低程度照明。
这样的紧急照明装置能监测电网供电电压，并且一旦例如电网电压低于预定阈值，就相应引起紧急照明运行。通常，为掌握电网状态而测量代表电网电压的电压。例如可通过输入侧的分压器来直接测量电网电压。当发现紧急状况尤其是供电电压过低时，则启动紧急照明装置的紧急状态，在紧急状态下，内部干电池或内部蓄电器被接通以给灯供电。另一方面存在这样的电网，其中，在不同时间要求不同的电网供电价格。尤其晚上的用电收费可能比白天便宜。对多数家用电器来说，用户想使用在晚上接通某电器时的计价收费。例如可行的是以在晚上自动启动的方式将洗衣机或洗碗机编程。
鉴于所述现有技术，本发明现在基于以下任务，即，关于电网供电的不同计价收费来改善发光机构的运行。
现在，本发明的中心构想是，灯具有蓄电器，该灯可以由该蓄电器在较长时间内以与它用电网电压来操作时相同的方式被操作。
在供电方要求较高供电价格的时段内，所述灯则可以由蓄电器来操作，其中，该蓄电器在更便宜的用电时间内被再次充电。
也就是说，尽管AC供电(不同于紧急照明情况)未被中断，不同于紧急照明装置，所述灯在价格较高的时段内也由蓄电器来操作。
蓄电器供电可被用于支持或补充AC供电。
灯中的操作装置具有内部智能装置，其对操作模式AC供电/自主供电进行切换。作为替代或补充，从现在起是否优选要由自主供电操作灯的信号从外界通过独立控制线(例如总线或无线)或者自动调制到AC供电中的信息通过载频设备或电力线通信(PLC)来传送。工作节奏可以例如由使用者通过开关、旋转调钮等类似于定时开关来调节。
灯中的操作装置也可以自适应学习优选要通过自主供电来操作灯的持续时间，例如依据使用者启动类型(接通/断开过程)、通过光传感器的亮度信号等。
例如，如果由灯在较长时间内已不再工作推断出夜晚用电，则该操作电路促使自主供电装置进行再充电。
作为蓄电器，例如可以使用特殊设计的大容量电容器超级电容器或超级电容器。或者，也可使用干电池或蓄电池。
操作装置内的控制电路也担负起控制用于蓄电器的充/放电管理的任务。一种有利的实施方式是采用LED作为发光机构，这是因为在LED中干电池的自主供电可能因其典型的工作电压而与通过变换器第一级提供低压总线电压相同地进行。
因而，根据本发明的第一方面，提供一种用于操作发光机构的操作装置，具有：
-用于储蓄电能的蓄能单元，
-由电网电压供电的用于在充电工作模式中给蓄能单元充电的充电电路，
-在蓄电器工作模式中由蓄能单元供电的用于操作发光机构的操作电路，
-用于与电网电压状态无关、尤其与电网电压高低无关地启动充电工作模式或蓄电器工作模式的控制单元。
根据本发明的另一方面，提供一种用于操作发光机构的方法，包括：
-在充电工作模式中利用由电网电压供电的充电电路来给蓄能单元充电，
-在蓄电器工作模式中利用由蓄能单元供电的操作电路操作该发光机构，其中控制单元与电网电压状态无关、尤其与电网电压高低无关地启动充电工作模式或蓄电器工作模式。
在这样的操作装置或方法中，在电网供应高价电时或在供电网的高负荷阶段或峰值负荷阶段中可以切换到蓄电器工作模式。换句话说，蓄电器工作模式可以在电网供电价格和/或供电网负荷较高的时间内实现。
优选在电网供应低价电时或者在供电网的低负荷阶段中切换到充电工作模式。
该控制单元例如能传递关于电价或供电网负荷的信息。
该信息可以通过借助电力线通信的PLC接收器、通过控制线例如数字总线、通过用户接口或者通过传感器来传送。
优选设有用于在电网工作模式中操作发光机构的电网操作电路，其中在蓄电器工作模式中该电网操作电路被关断。
根据本发明的另一方面，提供一种灯，它具有发光机构和用于操作该发光机构的操作装置。
该发光机构可以优选是发光二极管。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于执行上述方法的集成电路，尤其是ASIC。
根据本发明的另一个方面，提供一种计算机软件程序产品，它在通过微型计算机运行时支持上述方法。
根据本发明的又一个方面，提供一种照明系统，它具有多盏灯，每盏灯具有一个发光机构和用于操作该发光机构的操作装置，其中在电网供应高价电时或者在供电网的高负荷或峰值负荷阶段中关掉一盏灯的至少一个发光机构。
此外，中央单元能通过控制线或通过借助电网线的电力线通信来给各操作装置传送关掉发光机构的指令。
如果识别出高价电或供电网的高负荷阶段或峰值负荷阶段，则至少一个预先规定的操作装置可以自动关掉其发光机构。
从现在起，要参照附图来描述本发明的其它优点、特征和性能。
图1示意性示出了根据本发明的操作装置或系统。
图2示意性示出了本发明的另一实施方式。
图3示出了本发明的又一个实施方式。
图4示出了根据本发明的照明系统的实施方式。
如图1示意性所示且总体带有附图标记1的本发明的操作装置在所示的实施方式中被设置用于操作发光机构2。灯6包括操作装置1和发光机构2。操作装置1在输入侧被连接至提供电网供电电压Vin的供电网，并且为此具有可连接至电源线5的电网电压输入11。电网电压此时可以交流电压、整流交流电压或者直流电压形式存在。
操作装置1还具有作为主要组成部件的充电电路4、蓄能单元3以及操作电路7和控制单元8。充电电路4在输入侧被供以电网电压Vin，电网电压被用于为蓄能单元3充电。该充电在充电工作模式中进行。
全充满电或半充满电的蓄能单元3在蓄电器工作模式中给操作电路7供电，操作电路又按照已知方式操作该发光机构2。发光机构2可以通过操作装置1的供电输出部13与操作电路7相连。
与由充电电路4、蓄能单元3和操作电路7构成的串联电路并联地设有电网处理单元22和电网操作电路23。电网处理单元22众所周知地用于处理所供应的电网电压Vin，例如电压被整流和/或平整，或者执行有源或无源的功率系数校正（也被称为功率系数校正）。有源功率系数校正例如可以通过升压变换器或反激式变换器(隔离型闭塞转换器)来构成。
经过处理的电压随后被供给电网操作电路23，其给发光机构2供电。电网操作电路23按照已知方式由控制单元8来控制。电网操作电路23例如可以设计为包括半桥电路(未示出)的逆变器形式，其中，该半桥电路的两个串联的且被供以直流电压的开关彼此反向地被控制单元8脉冲化，以在供电输出部13处提供期望的输出电压或者说期望的输出功率。
因此，除发光机构2只接受储蓄在蓄能单元3内的电能的蓄电器工作模式以外，还有另一种操作形式。即，发光机构2可以在电网工作模式中由电网操作电路23通过电网电压Vin来供电。操作电路7和电网操作电路23可以在各模式中被唯一接通。或者，在混合操作模式中该控制单元8可以如此控制操作装置1：操作电路7和电网操作电路23同时起效提供操作发光机构2的功率。
图2示出了本发明的操作装置1的局部的特殊实施方式。在图2中未示出电网处理单元22和电网操作电路23。此外，充电电路4由所谓的反激式变换器构成，其一方面具有包括初级绕组n1和次级绕组n2的变压器T且另一方面具有可控开关S1。按照已知方式，可以通过相应地交替开/关所述开关S1将由电网供应电压Vin所提供的电能传输给反激式变换器4的次级侧并且被用于蓄能单元3充电。电能传输此时发生在开关S1打开状态，其中，为此还在反激式变换器4的输出侧设有二极管D1。
可控开关S1的控制通过操作装置1的控制单元8来实现，其中该控制尤其隔断电流地通过光耦合器21实现。控制单元8此时交替控制该开关S1。
蓄能单元3以干电池或蓄电池形式构成。或者，蓄能单元3可以由一个或多个双层电容器或者超级电容器构成。有利地规定了，控制单元8测量流过蓄能单元3的电流Ibat和/或在蓄能单元3处降低的电压Ubat。电流测量尤其通过与蓄能单元3串联的测量电阻(未示出)来实现。
呈开关控制器形式的操作电路7具有另一个可控开关S2、电感L以及二极管D2。通过由控制单元8交替控制开关S2，以此方式给发光机构2提供用以操作它的电流或功率。控制单元8用以控制开关S2的占空比和/或频率此时可被改变，以调节供给发光机构的电流大小和进而操作发光机构的功率。可通过此方式保证即使在蓄能单元功率波动情况下也能以保持不变的功率操作该发光机构。
如图2的实施方式所示的发光机构2是发光二极管或者说LED。但本发明的操作装置1可以操作任何类型的发光机构，尤其是气体放电灯或白炽灯。供电输出部可被设计用于给一个或多个发光机构2供电。操作电路7优选可以根据所连接的发光机构2来调整。
图3示出了本发明的另一实施方式。根据本发明，一旦电网供电价格高或者说高于阈值，则发光机构2可以由自主蓄能单元3来操作(蓄电器工作模式)。蓄能单元3的投入工作不像在紧急照明装置中那样只取决于电源线5或者说电网供电的电力状态。在紧急照明装置中，例如在断电时或者在电网故障时接通内部电池以保证发光机构的通电。在此背景下的电网故障例如可以是电压不足、电压过高、频率变化或者出现谐波。
控制单元8控制蓄能单元3的投入工作。对操作电路7的接通或断开的判断结合代表电网供电价格的信息来进行。
控制单元8例如通过电力线通信(PLC)获得该信息。相应的高频数据传送通过直达该操作装置的电网电压输入部11的电网线来实现。电网电压Vin被供给PLC接收器9，它又解调电网电压的高频调制。解调的信息被继续传送给控制单元8，其根据尤其关于电网供电价格的信息做出接通操作电路7的判断。
图3还示出了该控制单元8也可通过例如呈总线形式的控制线10获得信息。操作装置1相应地配设有例如呈数字总线接口形式的控制信号输入部12。由外部控制单元(未示出)发出的相应的控制信号由控制单元8来监测并且关于蓄能单元3和操作电路7的投入工作来进行评估。
用户也可以直接通过用户接口14和用户接口输入部18给控制单元8传送关于电网电价的信息。用户接口14可以包括操作件例如按键15、电位计16或触摸屏或者说触屏17。也可以通过例如传感器19和相应的传感器输入部20将信息传送给操作装置1。
关于电价的信息也可以被记录在数据存储器24中，尤其在控制单元8已收到该信息后。优选也可以在工厂方在制造该操作装置时在数据存储器24内存储在何时刻获得低价电。
PLC接收器9、控制信号输入部12、用户接口输入部18和传感器输入部20可共同应用在一个操作装置1中。或者，也可以规定这四个组成元件的子集。尤其是操作装置1可以仅具有PLC接收器9、仅具有控制信号输入部12、仅具有用户接口输入部18或者仅具有传感器输入部20来传送信息。
传送给控制单元8的信息优选涉及电网供电实际价格，其中，该价格可能牵涉到马上接通操作电路7。但或者该信息也可以涉及还不是当前价格的未来价格或者说调价。例如，则该信息由每能量单位的价格和给定价格从何时起生效的时间报告组成。也可以想到应该确定给定价格到何时有效的时间报告。全部这些信息可存储在数据存储器24内。
借此接通和关断操作电路7的信息在上述实施方式中涉及电价。根据本发明，传送实际电价或电价代表值，随后控制单元8须判断是否在此价格下较早使用蓄电器工作模式(经蓄能单元3和操作电路7)或者电网工作模式(通过经电网处理单元22和电网操作电路23的电网供电)来操作该发光机构。此判断优选基于经验值来如此做出，即，控制单元8将提前收到的存在数据存储器24内的价格记录与实际记录进行比较。例如当实际电价超出早先的价格记录的平均值时，则切换到蓄电器工作模式。
作为替代或补充，不直接传送电价，而是传送关于计价收费的信息给控制单元8。优选可以通知经供电网5的供电是否对应于高价电或低价电。如果价格高，则根据蓄电器工作模式将蓄能单元3和操作电路7投入工作。
作为替代或补充，也可以只通知高价电在哪个时刻生效。当出现高价电时，切换到蓄电器工作模式。
与之相比，在低价电时或者说在电价低时可以通过电网操作电路24操作该发光机构2(电网工作模式)并为其供电。同时，可以将价格较低的阶段用于给蓄能单元3充电(充电工作模式)。如此进行充电，接受电网电压Vin的充电电路4由控制单元8来相应控制。
作为替代或补充，给操作装置1传送关于电网负荷的信息，尤其是电网负荷有多高或者是否存在低负荷阶段或高负荷阶段或峰值负荷阶段。在峰值负荷阶段中，优选切换到蓄电器工作模式。在低负荷阶段中，优选切换至用于操作发光机构2的电网工作模式和用于蓄能单元3充电的充电工作模式。
作为替代或补充，控制单元8例如可以通过PLC接收器9或通过控制线10发出指令信号，其自动触发所述蓄电器工作模式或电网工作模式。用于蓄能单元3充电的充电工作模式优选与电网工作模式同时开始。
图4示出了根据本发明的照明系统的一个实施方式。
照明系统25内设有多盏灯6a、6b、6n。一方面是用于获得关于照明亮度、晃眼或亮度均匀性的标准。另一方面，通过多盏灯也能保证天花板图案，提高用户舒适性并且保证照明系统25被大众接受。过度满足上述第一要求和第二要求并非不常见。
根据本发明的各自具有发光机构2a、2b、2n和本发明的带有控制单元8a、8b、8n的操作装置1a、1b、1n的灯6a、6b、6n可以在高价电或在上述供电网的峰值负荷阶段情况下被切换至蓄电器工作模式。
或者，一旦发现高价电或供电网的峰值负荷阶段，则预先规定的操作装置1a、1b、1n可以关断与之对应的发光机构2a、2b、2n。优选如此选择预先规定的操作装置1a、1b、1n，即其对应的发光机构2a、2b、2n可被关掉，而不会不利影响到对照明系统25的上述要求。
但因为可能过度满足所述照明要求，故本发明规定了，在电网供电很昂贵或者在电网供应高价电或在峰值负荷情况下的时间内，总体降低照明系统25的照明强度。为此提出完全关掉一盏或多盏灯。即，代替切换到蓄电器工作模式，各操作装置的发光机构不被操作或者说被关掉。因而能节约成本。
中心单元26优选判断要关掉哪些发光机构2a、2b、2n。为此，中心单元26通过控制线10发出相应指令。或者，这些指令可通过电网线利用电力线通信来传送。
附图标记列表
1,1a,1b,1n  操作装置
2,2a,2b,2n  发光机构
3  蓄能单元
4  充电电路
5  具有电网电压的电源线
6,6a,6b,6n  灯
7  操作电路
8,8a,8b,8n  控制单元
9  PLC接收器
10 控制线
11 电网电压输入部
12 控制信号输入
13 供电输出部
14 用户接口
15 按键
16 电位计
17 触屏
18 用户接口输入部
19 传感器
20 传感器输入部
21 光耦合器
22 电网处理单元
23 电网操作电路
24 数据存储器
25 照明系统
26 中央单元
Dl,D2 二极管
L  电感
n1 初级绕组
n2 次级绕组
S1,S2 开关
T  变压器

Claims (14)

1.一种用于操作发光机构(2)的操作装置(1)，其具有：
-用于储蓄电能的蓄能单元(3)，
-被供以电网电压(Vin)的、用于在充电工作模式中给所述蓄能单元(3)充电的充电电路(4)，
-在蓄电器工作模式中由所述蓄能单元(3)供电的、用于操作所述发光机构(2)的操作电路(7)，和
-用于与电网电压(Vin)的状态无关地、尤其与电网电压(Vin)的高低无关地启动充电工作模式或蓄电器工作模式的控制单元(8)。
2.根据权利要求1所述的操作装置(1)，其中，当供电网供应高价电时或者在供电网的高负荷阶段或峰值负荷阶段中，切换到蓄电器工作模式。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的操作装置(1)，其中，当供电网供应低价电时或者在供电网的低负荷阶段中，切换到充电工作模式。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的操作装置(1)，其中，给所述控制单元(8)传送关于供电网的电价或负荷的信息。
5.根据权利要求4所述的操作装置(1)，其中，所述信息通过利用电力线通信的PLC接收器(9)、通过例如数字总线的控制线(10)、通过用户接口(14)或者通过传感器(20)来传送。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的操作装置(1)，其具有用于在电网工作模式过程中操作所述发光机构(2)的电网操作电路(23)，其中在蓄电器工作模式时所述电网操作电路(23)被断开。
7.一种灯(6)，其具有发光机构(2)和根据前述权利要求中的任一项所述的用于操作所述发光机构(2)的操作装置(1)。
8.根据权利要求7所述的灯，其中，所述发光机构(2)至少是一个有机的和/或无机的发光二极管。
9.一种用于操作发光机构(2)的方法，其包括：
-在充电工作模式过程中利用被供以电网电压(Vin)的充电电路(4)来为蓄能单元(3)充电，
-在蓄电器工作模式中借助用所述蓄能单元(3)供电的操作电路(7)来操作所述发光机构(2)，
其中，控制单元(8)与所述电网电压(Vin)的状态无关地，尤其与所述电网电压(Vin)的高低无关地启动所述充电工作模式或蓄电器工作模式。
10.一种集成电路，尤其是ASIC，其被构造用于执行根据权利要求9所述的方法。
11.一种计算机软件程序产品，其特征是，所述计算机软件程序产品在通过微型计算机运行时支持根据权利要求9的方法。
12.一种照明系统，其具有多盏灯(6a,6b,6n)，每盏灯具有发光机构(2a,2b,2n)和用于操作所述发光机构(2)的操作装置(1a,1b,1n)，其中在供电网供应高价电时或者在供电网的高负荷阶段或峰值负荷阶段中，一盏灯(6a,6b,6n)的至少一个发光机构(2a,2b,2n)被关掉。
13.根据权利要求12所述的照明系统，其中，中心单元(26)通过控制线(10)或利用电力线通信通过电网线(5)将关掉发光机构(2a,2b,2n)的指令传送给各操作装置(1a,1b,1n)。
14.根据权利要求12所述的照明系统，其中，一旦识别出高价电或供电网的高负荷阶段或峰值负荷阶段，则至少一个预先规定的操作装置(1a,1b,1n)自动关掉其发光机构(2a,2b,2n)。
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