CN104220809B - 包括双向升压器/充电器电路的应急照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种应急照明模块，用于向固态照明设备提供应急电源。所述应急照明模块包括控制电路，被配置为检测线路电压，第一输入，被配置为从所述固态照明设备接收输入电压，以及双向升压器/充电器电路，耦接到微控制器并被配置为使用所述输入电压对电池充电。双向升压器/充电器电路进一步被配置为提供输出电压。所述应急照明模块被配置为响应于所述线路电压的下降而提供所述输出电压到所述固态照明设备。

Description

包括双向升压器/充电器电路的应急照明系统
相关申请
本申请要求2011年12月12日提交的、标题为“Emergency Lighting Systems AndMethods For Solid State Lighting Apparatus”的美国临时专利申请61/569,588的权益和优先权，其公开的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及应急照明系统，并且尤其涉及用于固态装置的应急照明系统和相关方法。
背景技术
应急照明(有时称为出口照明)是在发生电源丧失的情况下启动的照明。应急照明的一个目的是允许建筑物的居住者在发生停电或者其它紧急情况时安全地离开建筑物。许多电气规程规定应急照明用于在商业建筑物中使用。这种规程通常指定在电源丧失的情况下必须提供的灯的数量和必须提供这种灯的持续时间。例如，美国建筑规程要求应急照明在停电期间沿着出口路径提供至少90分钟一英尺烛光的灯。
应急照明灯具通常具有测试按钮，该测试按钮临时接管单元并且使其接通灯并由电池电源操作(即使主交流线电源仍然开启)。通常，测试按钮必须由技术人员手动操作，并且可以在测试的持续时间内保持按下。
在建筑物中，应急照明普遍由电池供电的应急灯灯具提供，该电池供电的应急灯与在非紧急情况下提供光的照明设备一起安装在建筑物中。在一些系统中，应急灯由中央电池组供电。建筑规程通常要求从中央电源到应急照明设备的布线与其它电气布线隔离。
对于荧光照明灯具，应急操作可以由包括备用电池的应急镇流器控制。在图1中图示了典型荧光应急照明灯具。照明灯具10包括应急镇流器12，该应急镇流器包括备用电源24。双灯瞬时启动镇流器14连接至两个荧光灯16A、16B。测试开关18允许手动激活应急镇流器12。
如在本领域中已知的，荧光灯镇流器稳定通过荧光灯的电流，其具有负阻特性。镇流器提供将通过荧光灯的电流限定到适当水平的正电阻或者电抗。瞬时启动镇流器(例如镇流器14)启动灯16A、16B而不需要通过产生高初始电压(大约600V)来加热灯的阴极。
还可以对荧光应急照明系统进行配置，以使得应急镇流器12起到提供常规照明和应急照明的作用而不需要单独的灯镇流器。
发明内容
提供了一种应急照明模块，用于向固态照明设备提供应急电源。所述应急照明模块包括控制电路，被配置为检测线路电压；第一输入，被配置为从所述固态照明设备接收输入电压；双向升压器/充电器电路，耦接到微控制器并且被配置为使用所述输入电压对电池充电。双向升压器/充电器电路还被配置为提供输出电压。所述应急照明模块被配置为响应于所述线路电压的下降而提供所述输出电压到所述固态照明设备。
应急照明模块还可以包括控制电路，耦接到检测器和双向升压器/充电器。所述控制电路被配置为接收来自检测器的指示所述线路电压的状态的信号。
双向升压器/充电器电路被配置为响应于来自控制电路的第一控制信号对电池充电，以及响应于来自控制电路的第二控制信号产生输出电压。
所述线路电压可以包括交流线路电压，所述输入电压可以包括直流输入电压，以及所述输出电压可以包括直流输出电压
所述检测器可以包括整流器，其被配置为整流所述交流线路电压以产生整流的交流电压信号，以及比较器，耦接到所述整流器并且被配置为比较所述整流的交流电压信号与基准电压以产生指示所述线路电压的信号。
根据进一步实施例的双向升压器/充电器电路可以包含：第一输入/输出端子；第一输入/输出电容器，耦接到所述第一输入/输出端子；第二输入/输出端子；第二输入/输出电容器，耦接到所述第一输入/输出端子；第一开关，耦接到所述第一输入/输出端子和第一节点；第二开关，耦接到第一节点和地；以及电感器，耦接在所述第一节点和第二输入/输出端子之间。所述第一开关由第一控制信号控制以及第二开关由第二控制信号控制。
根据进一步实施例的双向升压器/充电器电路包括控制器，被配置为产生第一控制信号和第二控制信号；第一输入/输出端子；第二输入/输出端子；第一开关，耦接到所述第一输入/输出端子和第一节点，其中所述第一开关由所述第一控制信号控制；第二开关，耦接到所述第一节点和地，其中第二开关由第二控制信号控制；以及电感器，耦接在所述第一节点和第二输入/输出端子之间。
所述控制器被配置为选择性地激活第一和第二控制信号，以使得所述双向升压器/充电器电路选择性地以充电模式操作或者以选择性地放电模式操作，在所述充电模式中，所述双向升压器/充电器电路响应于在所述第一输入/输出端子处施加的电源电压向第二输入/输出端子输出第一电压，在所述放电模式中，所述双向升压器/充电器电路响应于在第二输入/输出端子处施加的电池电压向第一输入/输出端子输出第二电压。
所述控制器可以被配置为使得所述双向升压器/充电器电路响应于检测到交流线路信号的丧失而以放电模式操作，和/或响应于检测到交流线路信号的恢复而以充电模式操作。
在阅读以下附图和详细描述之后，对于本领域的技术人员来说，根据本发明的实施例的其他系统、方法和/或计算机程序产品将变得显而易见。旨在所有这种附加系统、方法和/或计算机程序产品都包括在本说明书中，落入本发明的范围内，并由所附权利要求保护。
附图说明
所包含的附图提供了对本发明的进一步理解并且被并入本申请中并构成本申请的一部分，所述附图图示了本发明的某个(或者某些)实施例。在附图中：
图1是具有应急照明镇流器的常规荧光照明灯具的示意图。
图2是耦合至功率逆变器的固态照明设备的示意图。
图3是根据一些实施例用于固态照明设备的应急照明模块的示意图。
图4和图5是根据进一步的实施例用于固态照明设备的应急照明模块的示意图。
图6和图7是根据一些实施例的应急照明模块的详细示意图。
图8是根据一些实施例用于应急照明模块的降压转换器的电路图。
图9是根据一些实施例用于应急照明模块的升压转换器的电路图。
图10是根据进一步实施例的应急照明模块的详细示意图。
图11是根据一些实施例用于应急照明模块的双向升压/充电转换器电路的电路图。
图12A-12C是根据一些实施例用于识别连接到应急照明模块的电池的电路的示意图。
图13是图示根据一些实施例的照明设备外壳的一些机械方面的分解透视图。
图14A到图14C是根据一些实施例对于由应急照明模块和固态照明模块产生的电压的电压与时间的图表。
图15A-15C是根据一些实施例用于识别连接到应急照明模块的照明设备的电路的示意图。
图16是根据一些实施例对于由应急照明模块产生的脉冲宽度调制调光信号的占空比与时间的图表。
图17是图示根据一些实施例用于通过应急照明模块执行的应急照明测试的系统/方法的流程图。
图18A-18D是图示根据一些实施例用于无线致动应急照明模块的测试开关的各种装置/方法的示意图。
图19-21是根据一些实施例被配置为实现各种类型的调光功能的应急照明模块和固态照明设备电力板的示意图。
图22是根据一些实施例的交流检测器的框图。
图23是根据一些实施例对于用于应急照明模块的可再充电备用电池的充电电压与充电电流的图表。
具体实施方式
下面将参照附图更全面地对本发明的实施例进行描述，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解释为局限于这里所提出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将本发明的范围完全的传达给本领域的技术人员。在全文中相同的附图标记指代相同的元件。
应当理解，尽管术语第一、第二等在本文中用于描述不同的元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将这些元件彼此区分。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何和所有的组合。
这里所用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。如这里所使用的，单数形式“一”(“a”、“an”)和“该”(“the”)旨在也包括复数形式，除非上下文中另外明确指出。还应当理解，这里使用的术语“包括”和/或“包含”(“comprises”、“comprising”“includes”和/或“including”)指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
除非进行了限定，否则这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与这些发明所述领域中普通技术人员所理解的相同的含义。还应当理解，这里使用的术语应当被解释为具有与它们在说明书上下文以及相关领域中的含义一致的含义，而不应当以理想化或过度形式化的意义来解释，除非这里明确进行了这样的限定。
最近，已经开发了用于一般照明的固态照明设备，该固态照明设备使用发光二极管(LED)作为光源代替荧光灯泡。因此，需要适用于驱动LED负载的应急照明系统。
传统地，通过使用连接到照明设备的电池供电的逆变器来操纵用于固态照明设备的应急照明。例如，如图2所示，逆变器28耦合至固态照明设备26。逆变器包括电池(未示出)，该电池由从交流输入(AC_IN)接收的电力进行充电，该交流输入通常还为照明设备26供电。如在本领域中已知的，逆变器响应于直流电源信号(例如由电池产生的直流信号)而产生正弦波或者准正弦波交流输出。逆变器28监测输入电压AC_IN并且在去除AC_IN电压的情况下向照明设备26提供交流信号。该类型系统的一个缺陷是固态照明设备26不知道停电，并且将继续按照其全流明水平运行。因此，为了满足适用的规程要求，逆变器必须能够提供足够功率以在规程要求的整个时间段内按照其全流明输出水平运行照明设备26。这不期望地增加了电池的容量要求，并且因此增加了电池成本。
本发明的实施例提供了为固态照明设备提供直流电源并且在应急照明模式中控制照明设备的操作的应急照明模块。一些实施例还可以在非应急模式中控制照明设备的调光。参照图3，应急照明模块32为固态照明设备35提供应急电源。应急照明模块32直接连接至照明设备35的LED阵列34以及交流LED驱动器30，并且为LED阵列34提供直流电压信号DC_OUT。应当理解，可以提供应急照明模块32和/或交流LED驱动器30与LED阵列34一起作为LED显示器的集成部分或者作为单独部件。另外，LED阵列34可以具有任何期望的配置和/或任何期望数量的LED，包括仅单个LED。
在正常操作中，LED驱动器为LED阵列提供直流电流。由于通常通过交流线提供电力，因此它必须被转换为直流。参照图3，通过AC_IN线提供交流功率。交流功率传递至产生直流驱动信号DC_IN的交流LED驱动器30，该直流驱动信号DC_IN在DC_OUT线上通过应急LED驱动器32传递至LED阵列34。
当在AC_IN输入上提供的交流功率中断时，从辅助电源36(可以是可再充电电池包)提取直流功率，并且在DC_OUT线上将其传递至LED阵列34。
由于应急照明模块32可以在发生停电的情况下用直流电源以较低电流直接驱动LED，因此该配置是在图2所示使用逆变器提供应急交流电源的配置上的改进。然而，在这种配置中，应急LED驱动器电流被设置在固定水平。因此，照明设备35的流明输出可以根据与应急模块32配对的特定照明设备的配置而改变。例如，如果照明设备35有10个具有1安驱动电流的LED，那么在应急操作期间由照明设备35输出的流明水平将不同于有10个具有750毫安驱动电流的LED的照明设备的流明输出，因为两个照明设备将在应急操作中以相同的降低负载电流运行。
本发明的一些实施例提供数字控制的应急照明模块(ELM)。数字控制可以借助于微控制器、微处理器、现场可编程门阵列或者其它合适的数字电路来完成。此处使用的术语“微控制器”指的是任何适当配置的数字控制电路。在LED照明系统中普遍采用微控制器用于通过远距离通信进行调光控制。本发明的一些实施例为固态照明设备提供基于微控制器的应急照明模块，其中除调光控制以外，微控制器还执行应急监测和控制功能。
在根据一些实施例的应急照明模块中，微控制器及其固件可以提供全面的系统监测和控制功能。可以将若干半自主控制系统/算法合并在一起以实现系统需求。
在应急照明模块中包括微控制器(具有其伴随输入/输出、外围设备和基于固件的算法)允许比以其它方式可行的更复杂和集成的控制。
对于微控制器和其关联输入/输出(I/O)能力以及设计适应性，根据一些实施例的应急照明模块可以具有操纵和相同产品内的多个特征设置和技术的能力。
在图4和图5中图示了根据本发明实施例的应急照明模块。参照图4和图5，应急照明模块100、100’连接至固态照明设备70并且向其提供应急电源。固态照明设备70包括交流/直流转换器40、40’、LED控制模块50和LED板60。
图4的交流/直流转换器40接收整流的交流信号并且响应地产生直流输出信号DC_IN。图5的交流/直流转换器40’接收电源线交流输入信号(其可以是例如120或者220伏特的交流信号)，并且在将交流输入信号传递至应急照明模块100上时响应地产生直流输出信号。交流-直流转换器40、40’的直流输出信号被提供至LED控制模块50。LED控制模块50执行直流/直流转换以产生直流信号，该直流信号被配置为在LED板60中以期望电平驱动LED。凭借输入到LED板60的LED驱动控制，LED控制模块50可以通过提供给LED板60中的各种LED或者LED组或者串的电压和/或电流来控制由LED板60发射的光的亮度和/或色调。
如在例如美国专利7,213,940和美国专利8,029,155中所描述的，LED板60可以包括单个和/或多个白色、红色、蓝色、绿色和/或蓝移黄色(BSY)LED串，其公开的全部内容通过引用合并于此。
参照图4，应急照明模块100接收交流线路电压信号AC_IN并且响应地产生提供给交流/直流转换器40的整流交流信号。应急照明模块100还从用于对备用电池120进行充电(图6)的交流/直流转换器40接收DC_IN信号。应急照明模块100进一步地产生开启/关闭控制信号和脉冲宽度调制(PWM)调光信号PWM_OUT，该开启/关闭控制信号和脉冲宽度调制调光信号被施加至LED控制模块50以控制其操作。应急照明模块100还被配置为产生DC_OUT信号，该DC_OUT信号用于在丢失交流输入信号时驱动LED控制模块50。
由应急照明模块100产生的DC_OUT信号和由交流/直流转换器40、40’产生的DC_IN信号在施加至LED控制模块50之前由二极管72、74进行逻辑或。因此，更高的电压DC_IN、DC_OUT被施加至LED控制模块50。
应急照明模块100还接收模块类型信号MT，该模块类型信号MT指示应急照明模块100所连接的照明设备70的类型和/或身份。如在下面更详细讨论的，应急照明模块100可以使用模块类型信息决定在应急操作期间应该将照明设备70调暗多少以满足应急照明的最小发光需要。
参照图5，应急照明模块100’从交流/直流转换器40'接收交流信号并且从交流/直流转换器40’接收DC_IN信号。应急照明模块100进一步地产生开启/关闭控制信号和PWM_OUT调光信号，该开启/关闭控制信号和PWM_OUT调光信号被施加至LED控制模块50。应急照明模块100还被配置为产生DC_OUT信号，该DC_OUT信号用于在丢失交流输入信号时驱动LED控制模块50。
在图6中更详细地图示了根据一些实施例的应急照明模块100。如其中所示，应急照明模块100包括控制应急照明模块100的操作的微控制器110。
微控制器110可以包括，但不限于可编程微控制器、微处理器、现场可编程门阵列或者其它合适的电路。特别地，微控制器110可以是通用可编程微控制器，例如由TexasInstruments制造的型号MSP430微控制器。
常规交流滤波器114对交流线路电压AC_IN进行滤波和整流。整流交流信号由交流滤波器114输出。交流检测器112耦合至交流滤波器114并且检测存在或者不存在对交流滤波器114的交流输入信号。交流检测器112的输出被提供至微控制器110。
简要参照图22，图22更详细地图示了根据一些实施例的交流检测器112。如其中所示，交流检测器可以包括具有耦合至交流滤波器114的输入和耦合至比较器113的输出的整流电路111，该比较器113驱动光电耦合器115以用于提供指示交流线路电压的信号S1。只要交流电压幅值超过预定截止电平Vref，光电耦合器115输出就将以线路频率进行脉动。当交流电压降低到截止电平以下时，比较器113输出变为静态，并且没有进一步的脉冲通过光耦合器115产生。微控制器110监测光电耦合器输出信号用于动作。如果光电耦合器输出停止以线路频率产生转变，那么微控制器110可以将这检测为交流信号的丢失。
再次参考图6，微控制器110还耦合至电池充电器116和电压升压器118，并且控制它们的操作。直流输入被提供至电池充电器116，而直流输出电压DC_OUT由电压升压器118提供。可以用内部和/或外部电路满足微控制器110的易失性和非易失性存储器需求。数字控制器可以使用内部和/或外部设备来转换模拟和数字输入/输出信号。
电池120耦合至微控制器110、电池充电器116和电压升压器118。电池120可以是可再充电电池，在一些实施例中其可以包括锂-铁-磷酸盐(LiFePO4)可再充电电池单元。可以使用其它类型的电池技术，包括，但不限于，NiCd、NiMH、铅酸等等。如图4所图示的，电池120可以被外部地提供至应急照明模块100，或者可以集成在应急照明模块100内。
电池120提供电池类型信号BT，该电池类型信号BT指示连接至应急照明模块100的电池的类型。微控制器110可以使用该信息确定电池120的电池类型、电压和/或容量(例如，以毫安小时)。
电池120和/或应急照明模块100可以包括为微控制器110提供表示电池120温度的温度信号TEMP的温度传感器125。微控制器可以使用电池120的温度以提高电池包的安全性并且提高充电性能。使用温度信息，微控制器110有可能调节充电和放电功能以提高给定温度的效率。如果发生故障，微控制器110还可以响应于由温度传感器125感测的温度而禁用电池包120。
在图23中图示了示例性充电算法，图23是充电电压与充电电流的图表。假定放电电池具有V1的放电电压电平，则通过向电池施加恒定电流I2对电池进行充电。响应于充电电流，电池电压可以从V1上升至V2，而充电电流保持不变。一旦电池电压达到V2的充电电压电平，电池电压就保持不变，而充电电流从I2减小到I1。
可以响应于由温度传感器125感测的温度而确定或者选择I1、I2、V1和V2的值。例如可以使用公式、查找表格等等作出确定。在具体实施例中，当检测到高温时，I1和I2的值减小，并且当检测到低温时，I1和I2的值增大。另外，如果检测到高于阈值温度的温度，那么充电可以被暂停。在基于温度的停止之后，可以在等待预定时间段之后和/或等到感测温度降到第二阈值水平以下重试充电。
再次参考图6，微控制器110具有用于测试开关的输入和用于电池状态的输出。微控制器110还产生上面描述的开启/关闭控制和PWM_OUT调光信号。
微控制器110被配置为监测交流检测器112的状态，并且响应于检测的交流输入电源丧失，使升压器118产生提供给LED控制模块50的直流输出电压DC_OUT。微控制器110还借助于PWM_OUT调光信号控制由固态照明设备70输出的光的水平。
在图7中更详细地图示了根据一些实施例的应急照明模块100’。图7所示的应急照明模块100’类似于图6所示的应急照明模块100，只是应急照明模块100’包括接收整流交流信号并且响应地产生指示交流电源状态的信号的交流检测器112'，该指示交流电源状态的信号被提供给微控制器110。
如上所述，照明设备70(图4-5)中的交流/直流转换器40、40’将交流电压转换为直流电压，该直流电压被传送至直流/直流LED控制模块50。LED控制模块50将直流输入电压转换为受控和调节的电流用于驱动LED板60中的单个或者多个LED串。
在图7图示的配置中，应急照明模块100’接收交流信号作为输入。监测交流信号用于指示交流电源的丧失、转变至备用操作以及对电池120进行充电。微控制器110检测到不存在交流信号并且响应地转变至应急照明模式。当进入应急照明模式时，微控制器110通过开启/关闭控制信号关闭交流/直流转换器40并且将脉冲宽度调制信号PWM_OUT传送至LED控制模块50，该LED控制模块在应急模式中确定由灯具输出的流明水平。微控制器110还使得电压升压器118向LED控制模块50传送直流电压DC_OUT。这种水平的集成允许在照明设备70上重复使用现有电子设备，例如LED控制模块50中的直流/直流电路和交流/直流转换器40中的交流/直流整流器。也就是说，在应急照明控制器100与照明设备70之间可以需要仅单个交流/直流转换器和单个直流/直流LED控制电路。
一些现有荧光和LED应急灯具包括感测灯火管制情况(与完全功率丧失情况相反)的检测电路，该灯火管制情况可能导致照明设备熄灭(即使交流功率还没有完全消失)。在灯火管制情况期间可能需要应急照明来接合以将光输出保持在最低水平。
根据一些实施例，微控制器110可以监测为LED串供电的次级侧直流电压(图4和5中的DC_IN信号)。当该电压开始降低(指示潜在的灯火管制情况)时，数字控制器可以切换到应急模式以确保灯火管制期间的光输出，所述灯火管制可能使其它非应急LED灯熄灭。因此，如图6和7中图示的，可以向微控制器110的模拟至数字转换器输入ADC提供DC_IN信号，该DC_IN信号允许微控制器110监测由交流/直流转换器40产生的DC_IN电压的电平。
如所图示的(例如，在图8中)，电池充电器116可以实现为降压转换器。如其中所示，电池充电器116可以包括输入和输出电容器C1、C2、晶体管Q1(其可以是N沟道增强型MOSFET)、二极管整流器D1和电感器L1。应当理解，晶体管Q1可以是任何类型的适当配置的电流或电压控制开关，例如p沟道MOSFET、双极结型晶体管等等。如图4和5所图示的，从照明设备70的交流/直流转换器40、40’提取输入电压DC_IN。输出电压VCHG被提供至电池120。由照明设备70的交流/直流转换器40、40’产生的电压通常比对电池120进行充电需要的电压高得多。因此，电池充电器116将电压降低以提供用于对电池120进行充电的期望电压电平VCHG。
降压转换器的操作是公知的。再次参考图8，晶体管Q1在微控制器110的控制下作为开关操作，该微控制器110监测电池充电器116的输出电流和电压并且通过施加至晶体管Q1栅极的控制信号CTRL1响应地控制晶体管Q1的开启/关闭状态。通过控制晶体管Q1的开启/关闭状态，在当晶体管Q1处于开启(导电)状态时将电感器L1连接至电源电压DC_IN以将能量存储在电感器L1中，当晶体管Q1处于关闭(非导电)状态时使电感器L1向输出电容器C2放电(使用通过整流二极管D1提取的电流)，降压充电器电路在上述二者之间交替。通过测量输出电压VCHG，微控制器110可以控制开关Q1以具有在输出电容器C2上维持恒定输出电压的占空比。如在本领域中公知的，脉冲串的“占空比”指的是脉冲持续时间与脉冲周期的比率。
相反地，在应急操作期间，有必要提高由电池120提供的输出电压VBATT，以便其可以由照明设备使用以驱动LED控制模块50。因此，由电池VBATT产生的电压必须被提高至相同电压电平，该相同电压电平在其作为DC_OUT电压信号输出之前将由照明设备的交流/直流转换器40、40’以其它方式提供。
因此，如图9所示，电压升压器118可以实现为升压转换器。升压转换器是将输入电压提高至较高电压电平的直流/直流转换器。参照图9，电压升压器118可以包括输入电容器C3、输出电容器C4、晶体管开关Q2(其可以是N沟道增强型MOSFET)、二极管D2和电感器L2。应当理解，晶体管Q2可以是任何类型的适当配置的电流或电压控制开关，例如p沟道MOSFET、双极结型晶体管等等。
如图4和5所示，由电池120提供输入电压VBATT，并且升压转换器产生输出电压DC_OUT，该输出电压DC_OUT被提供到LED控制模块50。
由微控制器110通过施加至晶体管Q2的栅极的栅极控制信号CTRL2对晶体管开关Q2的状态进行控制。
通过控制晶体管Q2的开启/关闭状态，由于电感器L2趋于阻止电流的变化，升压转换器118使得输出电容器C4上的电荷增加至比输入电压VBATT高的水平。当晶体管Q2处于开启(导电)状态时，通过电感器的电流快速地增加，使电感器L2吸收能量，该能量被存储在电感器的磁场中。当晶体管Q2切换到关闭(非导电)状态时，电感器L2通过二极管D2释放存储的能量并且释放到输出电容器C4中。在放电阶段期间由电感器L2产生的电压与电流变化速率有关，而与原始充电电压无关，因此允许存储在输出电容器C4上的输出电压DC_OUT超过输入电压VBATT。
通过监测输出电压DC_OUT，微控制器110可以控制晶体管Q2以具有使得输出电压DC_OUT保持在期望电压电平的占空比。
参照图10，在一些实施例中，升压电路和充电电路可以组合成单个双向升压器/充电器168，该双向升压器/充电器168起到在正常操作条件下对电池120进行充电和在应急操作中为LED控制器40、40’提供直流电压的作用。
双向升压器/充电器168的操作由微控制器110产生的两个控制信号CTRL3和CTRL4控制。在正常操作中，双向升压器/充电器168充当电池充电器。具体地，在正常操作中(充电模式)，双向升压器/充电器168在端子Tl处接收直流输入电压DC_IN并且在端子T2处向电池120提供充电电压VCHG。在应急模式中(放电模式)，双向升压器/充电器168充当电压升压器，在这种情况下，双向升压器/充电器168在端子T2处接收电池电压信号VBATT并且在端子Tl处向LED控制模块50提供直流输出电压DC_OUT。
图11是根据一些实施例的双向升压器/充电器168的电路图。双向升压器/充电器168包括开关晶体管Q3、Q4(其可以是N沟道增强型MOSFET)，然而也可以使用其它类型适当配置的晶体管开关(包括p沟道MOSFET、双极结型晶体管等等)。双向升压器/充电器168进一步地包括电容器C5、C6和电感器L3。提供了第一输入/输出端子T1和第二输入/输出端子T2。
在双向升压器/充电器168中，根据如何驱动开关晶体管Q3、Q4电力在任一方向移动。有效地实现该电路存在许多挑战。挑战首先是能够在每个方向上控制电压。两种电路拓扑(充电器和升压器)具有要求相当于两个单独控制环路的非常不同的传输特性。然后根据其希望电力移动的方向，这两个环路必须一起无缝地工作。
微控制器110监测升压器/充电器168的每个端部处的电压和电流并且响应于测量的电压和电流直接驱动晶体管开关Q3、Q4。在这种实现中，可以在软件中实现晶体管开关的控制，这使微控制器能够根据应急照明模块100连接的照明设备和/或电池的类型来定制升压器/充电器168的操作。
晶体管Q3和Q4在微控制器110的控制下作为开关操作，其通过分别施加至晶体管Q3、Q4的栅极的控制信号CTRL3和CTRL4控制晶体管Q3和Q4的开启/关闭状态。
在充电模式(正常操作)下，电路查看在端子Tl处施加的电压和端子T2处的负载。在此情况下，电路将电压电平从T1降低到T2。当晶体管开关Q3处于开启(导电)状态并且晶体管开关Q4处于关闭(非导电)状态时，电感器L1连接至电源电压DC_IN并且在电感器L1中存储能量。当晶体管开关Q3切换到关闭(非导电)状态时，晶体管Q4切换到开启(导电)状态时，使用通过传导开关Q4提取的电流将能量从电感器L1释放到输出电容器C6中。因此，在充电模式下，按照选择的占空比Dchg用互补控制信号驱动晶体管Q3和Q4。
通过测量输出电压VCHG，微控制器110可以控制开关Q3、Q4以具有在输出电容器C6上维持恒定输出电压的占空比。
在充电模式下，输出电压VCHG根据下列公式与输入电压DC_IN相关：
VCHG＝Dchg*DC_IN (2)
在升压模式(应急操作)下，电路查看在端子T2处施加的电压和端子T1处的负载。在此情况下，双向升压器/充电器168使得端子Tl处的输出电容器C5上的电荷增加至比在端子T2处施加的输入电压VBATT高的水平。当晶体管Q4处于开启(导电)状态并且晶体管Q3处于关闭(非导电)状态时，通过电感器L3的电流快速地增加，使得电感器L3吸收能量，该能量被存储在电感器的磁场中。当晶体管Q4切换到关闭(非导电)状态并且晶体管Q3切换到开启(导电)状态时，电感器L3将储存的能量释放到电容器C5中，该电容器C5在升压模式下充当输出电容器。因此，在升压模式下，按照选择的占空比Dboost用互补控制信号驱动晶体管Q3和Q4。
在放电阶段期间由电感器L2产生的电压与通过电感器的电流变化速率有关，而与原始充电电压无关，因此允许存储在输出电容器C5上的输出电压DC_OUT超过输入电压VBATT。在升压模式下，输出电压DC_OUT根据下列公式与输入电压VBATT相关：
DC_OUT＝VBATT/Dboost (2)
应急照明模块100的充电子系统包括充电器电源电子设备(即，电压充电器116或者双向升压器/充电器168)、微控制器110、模拟-数字转换器(ADC)和脉冲宽度调制(PWM)输出发生器。ADC和PWM发生器可以在微控制器110内实现和/或实现为耦合至微控制器110的外围部件。
电压充电器116或者双向升压器/充电器168提供充电过程需要的电压和电流。微控制器110通过ADC监测充电电压和充电电流。微控制器110监测ADC值并且相应地调节充电器PWM信号输出。充电器PWM输出为充电器116提供控制信号CTRLl(图8)和/或为双向升压器/充电器168提供CTRL3和CTRL4(图11)。
对锂铁磷酸盐(LiFePO4)电池进行充电要求精确的监测和控制。在初始充电阶段期间，充电子系统根据电池规格控制PWM输出以实现恒定充电电流。随着电池被充电，其电压在恒定电流条件下稳定地增加。因此，充电子系统在监测电池120增大电压的同时维持恒定充电电流。
一旦电池电压达到其目标电平，充电子系统就会修改其输出控制以在电池120上维持恒定电压。在恒定电压阶段期间，充电子系统调节控制输出以保持充电器电压稳定。对于用该方法充电的常规LiFePO4电池，充电电流将在恒定电压阶段期间稳定地减小。
在恒定电压(CV)阶段期间，充电子系统监测充电器电流，并且当充电电流降低到CV最小充电电流阈值以下时停止充电。微控制器110将状态标志寄存器更新为“已充电”并且继续监测电池电压。在电池电压降低到“接通充电器”阈值以下的情况下，充电算法回到充电(从恒定电流开始)。在一些实施例中，在重新开始充电之前，微控制器可以等到“接通充电器”阈值已经维持一定时间段(例如分钟)。
因此，一些实施例在用于固态照明设备的应急照明模块中为可再充电电池提供微控制器控制的充电控制循环。微控制器可以实现特别为LiFePO4电池定制的充电算法；然而，充电算法可以适应于任何电池技术需要。充电算法可以利用仅微控制器特征集合和用于充电的带宽的一部分，以便微控制器可以在执行许多其它任务的同时进行电池充电。另外，充电算法可以利用充电信号的受控斜升以简化和/或替换硬件控制环路。
对于在可以使用应急照明模块的照明设备中支持的多种流明水平，使用单个电池包以支持它们的全部可能不是成本高效的。单个电池包的尺寸将必须设定为支持具有最高流明等级的照明设备，并且对于具有较低流明等级的照明设备可以显著过大。
一个解决方法是使用定制得更好的多个电池包以满足更窄范围的应用需要。为了减少库存和成本，期望使用相同的应急照明模块电子设备来支持各种不同电池包。为了完成这个，期望应急照明模块的微控制器能够识别电池容量。
在图12A到12C中图示了用于产生电池类型信号BT的方法，并且该方法可以包括，但不限于使用电池120与应急照明模块100之间的I2C通信信道(图12A)。使用电池120中的可编程器件180实现I2C信道，其使用POWER，CLOCK、DATA和GROUND线路与应急照明模块进行通信。在其它实施例中，可以使用绑定至逻辑‘1’或者逻辑‘0’的固定接口线路，以使得它们可以由数字控制器读回(图12B)。在图13B所示的示例中，数据线路中的两个绑定至逻辑‘1’，而一个绑定至逻辑‘0’。对于三个数据线路，可以辨识多达八个不同的电池类型。在更进一步的实施例中，可以被施加电流并且由应急照明模块100(图12C)中的微控制器读回电压的固定电阻器被用于识别电池120。这些方法中的任何一个可以使微控制器110能够识别连接到应急照明模块100的电池的类型或者型号，并且相应地调节应急照明模块的充电和升压算法。
提供BT信号的替代方法是在产品组装期间通过配置进行的。对于该方法，当包括ELM微控制器110的印刷电路板组件(PWBA)将要组合成具有已知电池输入的系统时，微控制器接收关于电池规格的配置信息，并且将该信息存储在非易失性存储器中，以供其控制算法在应急操作期间使用。
电池120的寿命预计要显著地小于照明设备或者与其一起使用的应急照明模块的寿命。为了进一步地降低成本并且提高照明设备和应急照明模块的使用寿命，根据一些实施例的应急照明模块包括现场可替换电池包。
参照图13，其是照明设备70的分解透视图，该照明设备70包括应急照明模块100、外壳200，容纳LED控制电路50和应急照明模块100。交流/直流转换器40也可以封装在外壳200内。电池120安装在电池盒210中，该电池盒210可以安装在外壳200内。可以在外壳上放置盖220以覆盖安装在其中的组件，并且可以在盖220上放置盖保持器215以将盖220保持在合适。当移除盖保持器215和盖220时，可以暴露电池120以用于服务技术人员现场替换。
通过监测交流线路电压，根据一些实施例的应急照明模块可以自动地检测交流电源的丧失并且平稳地转变到从电池提供电力给照明设备的应急照明操作。
固态光源由额定远大于由大多数电池包产生的电压的电压最有效地驱动。当限于两个到四个单元时，电池包是最有效的并且最有成本效率的。为了实现两个器件增加的效率，期望使用电压升压电路将电池电压提高到驱动LED需要的电平。为了简化应急照明控制算法，期望控制去往和来自电池电源的转变。在一些实施例中，当转变到电池操作时，电池升压器电压可以逐渐地增大。同样地，当转变离开电池操作时，电池升压器电压可以逐渐地斜降。这允许负载在电池升压器与交流/直流转换器之间逐渐转变。
图14A-C图示了从正常操作到应急操作然后回到正常操作的转变的示例。图14A是由交流/直流转换器40产生的示例性DC_IN电压的图表272。如其中所示，在电压电平V0处，由交流/直流转换器40产生电压DC_IN。在一些实施例中，V0可以是大约37伏特；然而，V0的电平取决于LED控制模块50和LED板60的配置。通常，对于固态照明应用，V0可以在大约15伏特与500伏特之间。
在时间T0处，输入至交流/直流转换器40的交流线路电压失效，在该点处，随着交流/直流转换器40中电容的放电，直流电压DC_IN开始斜降。在时间T1处，交流线路电压被恢复，在该点处，电压DC_IN开始斜升回V0电平。
图14B是当转变到电池电源(应急模式)并且回到线路功率时由电压升压器118或者双向升压/充电器168产生的升压器电压DC_OUT的图表274。参照图14B，在时间T0处，微控制器110检测交流线路电压的丧失。从线电压或者从交流/直流转换器40到应急照明模块100的整流交流输出直接检测交流线路电压的丧失。因此，在由交流/直流转换器40输出的直流电压DC_IN降低太多之前，应急照明模块可以检测交流电源的丧失。
图14C是实际施加至LED控制模块50的电压VDC的图表276。如图4和图5所示，电压VDC可以是DC_IN和DC_OUT的二极管或运算结果。因此，电压VDC可以取DC_OUT和DC_IN中无论哪个较大的值。
再次参考图14A-C，当在时间T0处进入应急模式时，微控制器110使得电压升压器118或者双向升压/充电器168开始产生升高的输出电压DC_OUT。DC_OUT的电平从时间T0提高至最高电平V0，该最高电平V0可以等于将由照明设备70的交流/直流转换器40以其它方式提供的直流电压的电平。当DC_IN电压下降时，提供给LED控制模块50的电压电平VDC可以降低278。然而，DC_OUT电压可以开始足够快速地斜升，使得提供给LED控制模块50的电压电平VDC不会降低太多。例如，DC_OUT电压可以足够快速地斜升，使得在DC_IN的值降低超过预定电平ΔV(对于37伏特的系统其可以是大约4伏特)之前，DC_OUT的增大电平超过DC_IN的降低值。将电压DC_OUT斜升至V0可以花费大约0.1到4秒，并且在一些实施例中花费在大约0.01与100秒之间。因此，达到V0的斜升速率可以是大约1到40V/s。在整个应急照明操作中维持DC_OUT电平直到电池被放电或者恢复交流线电源。
在图14图示的示例中，在时间T1处，微控制器110检测交流线路电压的恢复。在该时间处，随着电压DC_IN开始斜升返回，微控制器使得电压升压器118或者双向升压/充电器168开始使电压斜降返回。然而，可以稍微延迟斜降DC_OUT电压以确保在VDC信号中发生仅轻微的降低279。使电压从V0斜降返回可以花费大约0.01到100秒。制造商可能希望使用与许多不同类型照明设备有关的应急照明模块(如此处描述的)。因此，期望应急照明模块针对不同应用支持不同流明水平。
在一些实施例中，照明设备70向应急照明模块100、100’提供反馈信号MT，该反馈信号MT识别照明设备型号并且可以由应急照明模块100、100’使用以确定照明设备70的流明水平。根据照明设备70的流明水平，产生PWM_OUT信号以按照针对应急照明操作的期望流明水平驱动照明设备。这使单个应急照明配置在应急操作期间能够支持多个不同流明水平的照明设备并且提供相同的流明水平，而不管应急照明模块100、100’连接的照明设备的流明等级如何。
例如，如果期望应急照明水平是1000流明，那么可以由应急照明模块100、100’按照与1000流明操作相对应的固定PWM占空比驱动额定为4000流明的照明设备70。可以按照针对相同1000流明操作的不同PWM占空比驱动额定为2000流明的照明设备。该配置促进与相同电池尺寸的一致应急操作。
在图15A到15C中图示了用于产生模块类型信号MT的方法，并且该方法可以包括，但不限于使用照明设备70与应急照明模块100之间的I2C通信信道(图15A)。使用照明设备70中的可编程器件180实现I2C信道，其使用POWER，CLOCK、DATA和GROUND线路与应急照明模块进行通信。在其它实施例中，可以使用绑定至逻辑‘1’或者逻辑‘0’的固定接口线路以使得它们可以由数字控制器读回(图15B)。在图12B所示的示例中，数据线路中的两个绑定至逻辑‘1’，而一个绑定至逻辑‘0’。用三个数据线路，可以辨识多达八个不同的照明设备类型。在更进一步的实施例中，可以被施加电流并且由应急照明模块100(图15C)中的微控制器读回电压的固定电阻器被用于识别照明设备70。这些方法中的任何一个可以使微控制器110能够识别应急照明模块100连接的照明设备的类型或者型号，并且由此推断照明设备的额定流明水平。
应当理解，可以采用以太网、同步或者异步串行或并行接口或者任何其它通信协议代替I2C连接。
提供MT信号的替代方法是在产品组装期间通过配置进行的。对于该方法，当包括ELM微控制器110的印刷电路板组件(PWBA)将要组合成具有已知光输出的系统时，微控制器接收关于光输出需求的配置信息，并且将该信息存储在非易失性存储器中，以供其控制算法在应急操作期间使用。
当在应急照明模式中时，在通过由微控制器110生成的调光器脉冲宽度调制信号PWM_OUT驱动LED控制模块50的时候，应急照明模块监测电池电压和电流。
图16是根据一些实施例对于由应急照明模块100的微控制器110产生的PWM信号的占空比与时间的图表。当切换到电池电源时，微控制器110可以按照低的初始占空比(例如大约1％)启动调光器PWM_OUT信号，并且其后可以将PWM_OUT信号斜变至期望占空比(例如，35％)(在图15中显示为TARGET)。斜变的PWM_OUT信号可以避免LED控制模块50中的驱动器电路的启动问题。一旦微控制器110将PWM_OUT信号斜变至目标占空比，就在初始周期内维持目标占空比，该初始周期在某些情况下可以是大约三分钟。在初始周期的末端处，微控制器110可以开始逐步斜降占空比以在应急照明模块100进入应急照明模式之后的九十(90)分钟处达到目标占空比的标称60％的最终PWM占空比。例如，如果目标占空比是35％，那么末端占空比在90分钟标记处将是大约21％。斜降可以是线性的、准线性的、抛物线的、分段线性的、指数的或者可以遵循任何其它波形。维持最终的PWM_OUT占空比直到再施加电源或者电池降低到完全放电电平以下为止。如果电池电平降低到完全放电电平，那么微控制器110关闭灯驱动并且进入低功率模式直到功率被恢复。
上面描述的PWM_OUT调光信号的斜降符合应急出口光的最终光输出是初始值的60％的Underwriters Laboratories UL924标准需求。另外，通过斜降调光，应急照明模块100节省电力，其允许比如果在整个90分钟内保持调光信号稳定将需要的电池容量更小(成本更低)。
斜降PWM_OUT调光信号使得由照明设备70发射的光随时间减小，其为建筑物居住者提供视觉指示器，指示应急照明功率降低，其可以鼓励居住者较快地离开建筑物。
借助于数字控制器，可以通过直接感测照明设备70的光输出和/或温度作出额外的操作改善。可以响应于传感器测量结果调节LED串电流和电压以维持最佳效率和光输出质量。
在一些其它实施例中，可以由应急照明控制器100监测照明控制器的电源良好输出，该应急照明控制器100可以响应反常情况并且提高总效率和可靠性。
再次参考图6，根据一些实施例的应急照明模块100包括可以用于发起应急照明模块100的测试操作的测试开关135。测试功能的实现对于符合产品验证需求可能是必要的。应急照明模块100还可以包括状态指示器140(可以是LED状态指示器)，该状态指示器140可以为用户提供关于应急照明模块状态、电池上当前可用的电荷的水平等等的反馈。可以指示电池的充电状态，例如，通过当电池获得更多电荷时以增加的速率闪烁指示器灯，通过提供一系列指示器灯以及逐渐地点亮指示器灯串直到电池被充电等等。
应急照明模块测试开关子系统包括测试开关135和实现用于管理测试开关135的算法的微控制器110。
在一些实施例中，微控制器110可以通过只有当电池被完全充电时才发起电池测试来响应测试开关的致动。然而，在其它实施例中，在发起测试之前，电池可能不需要被完全充电。
从初始状态开始，微控制器可以测量测试开关信号的持续时间。当测试开关被去致动(例如，松开按钮开关)时，微控制器可以根据测试开关致动的持续时间，激活“月度”或者“年度”测试。月度测试可以是短暂的(例如三十秒)测试用以确保照明设备将响应于交流线的丧失而在电池电源上操作。年度测试可以是更彻底的测试，其检验照明设备在丧失交流线路电压之后将在电池电源上继续运行完整的九十分钟。
例如，如果测试开关被瞬间致动(例如，按住按钮开关小于十秒)，那么微控制器110可以发起“月度”测试；如果按钮被致动超过十秒，那么微控制器110可以发起更彻底的“年度”测试。在其它实施例中，如果按住按钮超过预定时间周期，那么应急灯模块将开始测试，该测试仅在按住按钮时才操作。
一旦发起电池测试，那么微控制器100可以激活五秒计时器，在此期间其忽视额外的按钮按压(“取消锁定周期”)。
在取消锁定周期之后，微控制器可以重新开始监测测试开关135。如果用户在经过5秒取消锁定周期之后致动测试开关，那么微控制器110可以进行取消电池测试。
如果电池测试失败，那么微控制器可以将应急照明模块110置于“失败等待”状态直到测试开关135被按压和松开。
如果测试开关135被致动超过十秒，那么应急照明模块100可以切换到应急(电池电源)模式整整九十分钟。
除非电池被完全充电并且存在交流线路电压，否则微控制器110可以被配置为忽视发起电池测试的请求。
例如，在图17的流程图中，图示了测试开关操纵。如其中所示，微控制器110监测测试开关135的状态(块302)。如果开关被激活(块304)，那么操作进行到块306。否则，微控制器110继续监测开关的状态。
在激活开关之后，在块306处，微控制器110检查以查看电池120是否被完全充电。如果没有完全充电，那么微控制器忽视开关，并且操作回到块302以继续监测开关状态。
如果电池被完全充电，那么微控制器110检查以查看开关是否被致动超过阈值时间，例如超过十秒(块308)。如果没有超过阈值时间，则发起月度测试(块310)，并且如果超过阈值时间，则发起年度测试(块312)。
微控制器接着启动取消锁定周期(例如五秒)，在此期间其忽视进一步的按钮按压(块314)。在锁定周期末端之后，微控制器110再次监测开关状态(块320)。如果开关再次被激活，那么微控制器110将取消电流测试(块322)。如果开关没有激活，那么微控制器检查以查看测试是否完成(块324)，并且如果没有完成，则回到块320以检查块320处的测试开关的状态。如果测试完成，则可以从开始重新启动图17的操作。
电池测试模拟开启电池(即，应急照明)场景。在年度测试场景中，应急照明模块100如上所述进行操作，在90分钟电池测试过程内从初始值斜变到初始值的60％。
如在图18A-18D中所图示的，尽管在上面描述为按钮开关，但是可以以许多不同的方式实现测试开关135。具体地，一些实施例提供用于致动测试开关135的无线接口。参照图18A，响应于由红外发射器350A发射的红外信号355A，测试开关135可以由红外接收器360致动，该测试开关135在应急照明控制器100中耦合至微控制器110。
类似地，参照图18B，响应于由蓝牙发射器350B发射的蓝牙信号355B，测试开关135可以由蓝牙接收器360B致动。
参照图18C，响应于由WIFI发射器350C发射的WIFI信号355C，测试开关135可以由WIFI接收器360C致动。
参照图18D，在其它实施例中，响应于由发光器件350D(例如闪光灯、激光指示器等等)发射的可见光信号355D，测试开关135可以由可见光检测器360D致动。
提供对应急照明模块的测试开关的无线接口可能特别有益于将照明设备安装在能够够到的范围之外的安装，使得技术人员不需要物理地向上爬到照明设备的位置以手动地操控按钮开关。
再次参考图6，应急照明模块100可以进一步地包括状态指示器145，该状态指示器145可以包括一个或者多个不同颜色的发光二极管。
使用状态指示器145，应急照明模块100可以显示关于各种机器情况的信息，包括充电中的电池、已充满电的电池、进行中的电池测试、“开启电池”(即，应急)操作、电池故障等等。
在一些实施例中，状态指示器145可以包括用于指示应急照明模块100状态的一个红色和一个绿色LED。用两个LED，存在不同LED闪烁序列的许多可能组合，从而允许更详细地显示并且容易解读。例如，交替的红色和绿色图案可以用于指示测试序列。表格1列出了用于应急照明应用的若干可能LED指示器组合。
表1——状态指示器关键字
在其它实施例中，状态指示器可以包括字母数字LCD显示器，其可以按照字母数字在微控制器110控制之下显示状态信息。
在许多环境中，调光是照明灯具实现的重要特征。已经开发出用于白炽照明和荧光照明的各种不同调光技术，白炽照明和荧光照明代表当今安装的绝大多数商业照明设施。随着固态照明灯具被开发并且作为白炽照明和荧光照明的替换技术变得更可用，期望固态照明设备适当地响应由各种不同类型调光系统生成的调光信号。
一个调光控制的基本方法称为阶梯式调光。阶梯式调光使用多个开关以允许用户通过适当设置多个开关为照明灯具选择若干(例如，两个或者三个)不同亮度级中的一个。例如，在三个灯泡荧光灯具中，一个开关可以控制两个外部灯泡，而另一个开关可以控制单个内部灯泡。通过适当地设置开关，用户可以一次接通灯具中的一个、两个、三个灯泡或者不接通灯泡，有效地提供四个等级的调光。
0-10V调光是在亮度级之间使能连续调光的电子照明控制信令系统。0-10V调光开关产生直流电压，该直流电压响应于用户设置(例如连接到电位计的滑动开关或者刻度盘的位置)在零与十伏特之间改变。受控的照明灯具通常对其输出进行缩放以便它响应于10V控制信号发射全亮度以及响应于1V控制信号而关闭(零亮度)。调光器件可以设计成以各种图案响应中间电压，例如对于电压输出、实际光输出、功率输出、感知的光输出等等给出线性的输出曲线。
调光荧光镇流器和调光LED驱动器通常使用0-10V控制信号以控制调光功能。然而，在很多情况下，电源或者镇流器的调光范围是受限的。
数字可寻址照明接口(DALI)是用于在建筑物中控制照明的基于网络的系统的技术标准。它被建立为0-10V照明控制系统的后继。在针对荧光灯镇流器的IEC60929标准中规定的DALI标准包括用于照明控制网络的通信协议和电气接口。DALI网络由具有DALI接口的控制器和一个或者多个照明器件(例如，电气镇流器和调光器)组成。控制器可以借助于双向数据交换监测和控制每个灯。在双线差分总线上借助于异步的、半双工的串行协议在控制器与器件之间传输数据。
照明设备可以设计成响应多种类型的调光控制信号，该多种类型的调光控制信号包括，例如，阶梯式调光控制信号、0-10V调光控制信号、DALI调光控制信号以及其它调光控制信号。另外，如上面所公开的，照明设备可以设计成响应由应急照明模块产生的PWM_OUT调光信号。
图19图示了根据一些实施例的应急照明控制器500A，其连接到根据一些实施例的照明设备的电源板400A。电源板400A包括上面结合图4和图5描述的交流/直流转换器40、40’和LED控制模块50，但是不包括照明设备的LED板60。可以以类似方式将应急照明模块500A配置为上面描述的应急照明模块100、100’，只是如下面更详细描述的，应急照明模块500A另外被配置为向LED板400A输出调光信号源选择信号SELECT。
LED板400A可以被配置为处理由许多不同类型调光系统产生的调光信号，包括阶梯式调光信号、0-10V调光信号、DALI调光信号和/或其它类型调光信号。例如，LED板400A可以包括阶梯式调光接口410，该阶梯式调光接口410检测与一个或者多个阶梯式调光开关的状态相对应的多个开关交流线上的交流信号的存在。LED板400A还可以包括0-10V接口420，配置为处理0-10V调光信号。可选地或者另外地，LED板400A还可以包括DALI调光接口430，配置为与DALI控制器(未示出)进行通信并且接收和处理DALI调光信号。
阶梯式调光接口410可以包括一个或者多个交流检测器，该一个或者多个交流检测器根据由应急照明模块500A中的交流滤波器114提供的交流信号检测多个开关线上的交流电压的存在。作为响应，阶梯式接口410被配置为向多路复用器440产生指示开关线状态的PWM信号。例如，在两个开关线路的情况下，如果对两个开关线路供电，则阶梯式接口410可以产生具有100％占空比的PWM信号，如果只对一个开关线路供电，则产生具有50％占空比的PWM信号，如果对两个开关都不供电，则占空比为0％。其它装置也是可能的。例如，如果对开关线路1供电并且不对开关线路2供电，则阶梯式接口可以产生具有30％占空比的PWM信号，如果不对开关线路1供电并且对开关线路2供电，则产生具有60％占空比的PWM信号。
0-10V接口420被配置为检测由0-10V调光器提供的电压电平并且产生具有与0-10V信号的电平相关的占空比的PWM信号。例如，由0-10V接口420产生的PWM信号的占空比可以与0-10V信号的电压电平成正比(例如，响应于5V信号产生50％占空比，响应于6V信号产生60％占空比等等)。在其它实施例中，PWM信号的占空比可以以线性或者非线性方式与0-10V信号相关以提供例如，在照明设备的电压输出、实际光输出、功率输出、感知的光输出等等中引起线性变化的PWM信号。提供由0-10V接口420输出的PWM信号作为对多路复用器440的输入。
DALI接口430可以包括用于在双线差分总线上使用异步的、半双工串行协议与DALI控制器进行通信并且处理DALI信号以响应于在DALI接口上接收的调光命令产生PWM信号的电路。还提供由DALI接口430输出的PWM信号作为对多路复用器440的输入。
应当理解，在特定安装中，仅一个类型的调光控制将是可用的。因此，多路复用器440将从阶梯式接口410、0-10V接口420和DALI接口430接收仅一个PWM输入。DALI接口可以是标准DALI接口。0-10V接口可以包括将模拟0-10V信号转换为数字信号的模拟数字转换器以及读取数字信号并且响应地产生提供给多路复用器440的PWM信号的微控制器。类似地，阶梯式接口可以包括将阶梯式电压信号转换为PWM信号的模拟和/或数字电路。这种接口电路的设计在本领域中是公知的。
还提供由微控制器110产生的PWM调光控制信号PWM_OUT作为对多路复用器440的输入。多路复用器440从一方面由微控制器110产生的PWM_OUT信号或者另一方面由阶梯式接口410、0-10V接口420或者DALI接口430产生的PWM信号中的一个可用信号中选择PWM调光信号并且响应于由微控制器110信号输出的SELECT信号向LED控制模块50提供所选择的PWM信号。因此，如果发生电源丧失，照明设备的调光控制可以由应急照明模块500A接替。在此情况下，照明设备的调光是基于由微控制器110输出的PWM_OUT调光信号的，并且由常规调光系统(例如，阶梯式、0-10V或者DALI)产生的任何调光信号都被照明设备忽略不计。
在图20中图示了根据进一步的实施例的照明设备的应急照明控制器500B和电源板400B。图20所示应急照明控制器500B和电源板400B类似于图19所示的应急照明控制器500A和电源板400A，只是在图20图示的实施例中，调光控制功能性中的一些被移到应急照明控制器500B。
参照图20，应急照明控制器500B包括从0-10V调光器(未示出)接收0-10V信号并且生成与0-10V信号的电平成比例的数字值的模拟数字转换器510。应当理解，ADC510可以集成在微控制器110中和/或实现为其单独的外围部件。应急照明控制器500B也包括用于检测多个开关线路(开关线路1和开关线路2)以及非开关交流线上的交流电压的存在的单独AC检波器512A-512C。微控制器110可以根据所检测到开关线路上的交流电压的存在或不存在确定阶梯式调光控制的状态。
因此，微控制器110可以响应于阶梯式调光信号、0-10V调光信号，或者响应于非开关交流线上交流电源的丧失产生PWM_OUT调光信号。因此，PWM_OUT信号可以在正常运行操作期间而不仅仅在应急操作期间由应急照明模块500B生成。然而，由于电源板500B仍然包括DALI接口430，因此微控制器110仍然产生SELECT信号以使得多路复用器440在由微控制器110产生的PWM_OUT信号与由DALI接口430产生的PWM信号之间进行选择。应急照明模块500B中的跳线设置可以用于向微控制器110指示正在使用哪种类型的调光控制。在其它实施例中，在制造的时候写到可编程器件的配置数据可以用于识别所使用调光控制的类型。
图21中图示了根据进一步的实施例的照明设备的应急照明控制器500C和电源板400C。图21中所示的应急照明控制器500C和电源板400C类似于图20中所示的应急照明控制器500B和电源板400B，只是在图21中图示实施例中，所有的调光控制节功能被移到应急照明控制器500C。
参照图21，应急照明控制器500C包括与DALI控制器(未示出)通信以接收和和处理调光控制命令的DALI接口。在本实施例中，由电源板400C的所有调光都由微控制器110产生的信号PWM_OUT控制。因此，电源板400C不包括多路复用器并且微控制器110不必产生SELECT信号以控制其操作。
这里结合上面的描述和附图公开了许多不同的实施例。应当理解，字面上描述和说明这些实施例的每个组合和子组合会过度的重复和模糊。因此，所有的实施例可以以任何方式和/或组合来结合，并且本说明书(包括附图)应当被解释为构成这里描述的实施例以及制造和使用它们的方法和过程的所有组合和子组合的完整的书面描述，并且应当支持任何这种组合或子组合的权利要求。
已经在附图和说明书中公开了本发明的典型实施例，并且尽管使用了特定的术语，但是它们只是用于一般的和描述的意义，而不是出于限定的目的，本发明的范围在以下权利要求书中阐明。

Claims (20)

1.一种应急照明模块，用于向固态照明设备提供应急电源，所述应急照明模块包括：
检测器，被配置为检测线路电压；
第一输入，被配置为从所述固态照明设备接收输入电压；
双向升压器/充电器电路，被配置为使用来自所述固态照明设备的所述输入电压作为电源对电池充电并且提供输出电压；
其中所述应急照明模块被配置为响应于所述线路电压的下降而提供所述输出电压到所述固态照明设备。
2.如权利要求1的应急照明模块，其中所述双向升压器/充电器电路包括：
第一输入/输出端子；
第一输入/输出电容器，耦接到所述第一输入/输出端子；
第二输入/输出端子；
第二输入/输出电容器，耦接到所述第二输入/输出端子；
第一开关，耦接到所述第一输入/输出端子和第一节点；
第二开关，耦接到第一节点和地；以及
电感器，耦接在所述第一节点和第二输入/输出端子之间；
其中所述第一开关由第一控制信号控制以及第二开关由第二控制信号控制。
3.如权利要求2的应急照明模块，其中所述第一和第二开关包括MOSFET开关。
4.如权利要求2的应急照明模块，其中所述第一输入/输出端子被配置为从所述固态照明设备接收输入直流电压并且向所述固态照明设备提供输出直流电压；以及
其中所述第二输入/输出端子被配置为向所述电池提供充电电压以及从所述电池接收电池电压。
5.如权利要求1的应急照明模块，其中所述应急照明模块被配置为响应于检测到交流线路信号的下降将直流输出电压从初始电压电平斜升至目标电压电平。
6.如权利要求5的应急照明模块，其中所述初始电压电平是零伏。
7.如权利要求5的应急照明模块，其中所述应急照明模块被配置为响应于检测到所述交流线路信号的恢复将所述直流输出电压从目标电压电平斜降至零伏。
8.如权利要求1的应急照明模块，进一步包括控制电路，耦接到所述检测器和双向升压器/充电器电路，其中所述控制电路被配置为从所述检测器接收指示所述线路电压的状态的信号。
9.如权利要求8的应急照明模块，其中所述双向升压器/充电器电路被配置为响应于来自所述控制电路的第一控制信号对所述电池进行充电。
10.如权利要求8的应急照明模块，其中所述双向升压器/充电器电路被配置为响应于来自所述控制电路的第二控制信号产生输出电压。
11.如权利要求8的应急照明模块，其中所述线路电压包括交流线路电压，所述输入电压包括直流输入电压，以及所述输出电压包括直流输出电压。
12.如权利要求11的应急照明模块，其中所述检测器包括整流器，其被配置为整流所述交流线路电压以产生整流的交流电压信号，以及比较器，耦接到所述整流器并且被配置为比较所述整流的交流电压信号与基准电压以产生指示所述线路电压的信号。
13.一种双向升压器/充电器电路，包含：
第一输入/输出端子；
第一输入/输出电容器，耦接到所述第一输入/输出端子；
第二输入/输出端子；
第二输入/输出电容器，耦接到所述第二输入/输出端子；
第一开关，耦接到所述第一输入/输出端子和第一节点；
第二开关，耦接到第一节点和地；以及
电感器，耦接在所述第一节点和第二输入/输出端子之间；
其中所述第一开关由第一控制信号控制以及第二开关由第二控制信号控制，
其中所述第一输入/输出端子被配置为从外部电路接收输入直流电压以及向所述外部电路提供输出直流电压；以及
其中所述第二输入/输出端子被配置为向电池提供充电电压以及从所述电池接收电池电压。
14.如权利要求13的双向升压器/充电器电路，其中所述第一输入/输出端子被配置为从固态照明设备接收所述输入直流电压并且向所述固态照明设备提供所述输出直流电压。
15.如权利要求13的双向升压器/充电器电路，进一步包括控制电路，耦接到检测器和双向升压器/充电器，其中所述控制电路被配置为接收指示线路电压的状态的信号。
16.如权利要求15的双向升压器/充电器电路，其中所述双向升压器/充电器电路被配置为响应于来自所述控制电路的所述第一控制信号对所述电池进行充电。
17.如权利要求15的双向升压器/充电器电路，其中所述双向升压器/充电器电路被配置为响应于来自所述控制电路的所述第二控制信号产生输出直流电压。
18.一种双向升压器/充电器电路，包含：
控制器，被配置为产生第一控制信号和第二控制信号；
第一输入/输出端子；
第二输入/输出端子；
第一开关，耦接到所述第一输入/输出端子和第一节点，其中所述第一开关由所述第一控制信号控制；
第二开关，耦接到所述第一节点和地，其中第二开关由第二控制信号控制；以及
电感器，耦接在所述第一节点和第二输入/输出端子之间；
其中所述控制器被配置为选择性地激活第一和第二控制信号，以使得所述双向升压器/充电器电路选择性地以充电模式操作或者以选择性地放电模式操作，在所述充电模式中，所述双向升压器/充电器电路响应于在所述第一输入/输出端子处施加的电源电压向第二输入/输出端子输出第一电压，在所述放电模式中，所述双向升压器/充电器电路响应于在第二输入/输出端子处施加的电池电压向第一输入/输出端子输出第二电压。
19.如权利要求18的双向升压器/充电器电路，其中所述控制器被配置为使得所述双向升压器/充电器电路响应于检测到交流线路信号的丧失而以放电模式操作。
20.如权利要求18的双向升压器/充电器电路，其中所述控制器被配置为使得所述双向升压器/充电器电路响应于检测到交流线路信号的恢复而以充电模式操作。
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