CN106256171B

CN106256171B - 用于照明安排的安全保护安排

Info

Publication number: CN106256171B
Application number: CN201580021796.1A
Authority: CN
Inventors: M.L.特劳博斯特; R.A.W.克劳特; J.P.J.范奥斯; F.A.克尼普肯斯
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2018-10-12
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: EP3136897A1; WO2015165769A1; US20170048936A1; JP6182281B2; CN106256171A; RU2633261C1; US9756700B2; JP2017517099A

Abstract

提供了用于照明安排的安全保护安排。通过使用特定驱动设置驱动照明安排，测量电参数，并且把它与电参数的所估计的预期值相比较，使得在检测到系统故障的情况下，可以提供安全报警信号或关断。

Description

用于照明安排的安全保护安排

技术领域

本发明涉及照明安排，并且特别地，涉及用于照明安排的安全保护安排，例如，以便在电路短路的情况下进行切断（cut-off）。

背景技术

为了确保系统安全，大多数电装备被配备有保险丝（electrical fuse）。当电线意外短路时，将局部地流过高电流。这可以通过保险丝而避免，当电流变为高于在正常使用期间的预期电流时关断系统。

保险丝对于某种类型的照明系统（例如，由连接形成大型有线网络的许多灯（诸如LED）组成的照明系统）并不有效。这种类型的照明系统的示例是可穿戴式照明应用或配备有照明的睡袋。

存在为什么这种类型的照明系统要求不同安全系统的两个理由。第一，串联连接的多个LED的电阻在接通时是低的，并且甚至可以与电线的内阻可比较。结果，在正常操作期间的总电流可以类似于在短路情形下的总电流，从而造成难以检测出短路。为此，普通的保险丝不是有效的安全特征。

为什么保险丝不总是有效的第二个原因是当LED被单独地控制时造成的。在这种情形下，总系统的电阻很大依赖于被接通的LED的数目。因此，对于以不同方式配置的系统，所要求的保险丝电流不容易被设置。

即使正常操作只使得少量LED被接通，但仍旧需要大的保险丝，以允许当所有LED在短时间内被接通时的特别情形。这使得难以限制通过系统的电流。

靠近身体穿戴的电照明电路可能存在安全风险。例如，当电线或LED发生故障时，功率耗散可能会局部地增加。这可导致局部热点，其会伤害皮肤，或甚至点燃纺织服装造成火焰。

发明内容

按照本发明,提供了一种用于照明安排的安全保护安排，其包括：

测量安排，其用于测量与使用至少一个特定驱动设置驱动照明安排相关联的电参数；

估计安排，其用于基于照明安排的至少一个特定驱动设置，估计所述电参数的预期值；

分析安排，其用于将测量值与估计值比较，以检测系统故障，以及在检测到系统故障的情况下提供安全信号，

其中所述至少一个特定驱动设置之一是照明安排的关断状态。

这个安排使得电参数（或一组电参数）能够被测量，并且与预期值进行比较，以导出保险丝的功能（fuse function）。特定驱动设置可包括LED的正常使用，但其他驱动设置也可以被使用，其给出更可靠的保险丝指示结果。例如，驱动设置可包括LED被关断，因为LED在关断状态时具有高得多的电阻，使得短路可以更容易地被检测。LED可以通过例如降低驱动电压而被关断。

LED的强度可以在测量可能的故障之前暂时减小，强度上的这种减小可以通过降低驱动电压而实现。

照明安排可被配置成提供不同的输出，并且然后，驱动设置可包括照明安排配置。在这种情形下，所述安排可以考虑照明安排的配置，以导出预期的电参数，其可以与监控值相比较，以实施安全报警系统。因为照明安排是可配置的，所测量的（和所估计的）信号可以随时间强烈变化。因此，测量、估计和分析优选地实时执行。

这个方法使用具有LED的特定配置的形式的驱动设置。在可配置系统中，LED也可以通过使用数据电缆而不是通过操控驱动电压来被关断。

分析安排可以用于基于安全报警信号提供关断。在这种情形下，安全信号不是作为输出被呈现，而是用来激发系统关断。

在一个示例中，电参数可包括被提供给照明安排的电流。这个电流将按照被接通的照明单元的数目以及亮度设置而变化。

在另一个示例中，电参数可包括对于照明安排的电源的电压。照明电路内的电压可以按照被接通的照明单元的数目以及亮度设置而变化。

在另一个示例中，电参数可包括设置照明安排的配置的数据信号。数据信号被处理的方式可以提供照明系统是否正确地起作用的指示。

在另一个示例中，电参数可包括取决于照明安排的配置的电阻。通过测量该电阻，可以确定，照明系统是否具有对应于预期值的电阻。

系统因此实施四个步骤。第一，测量一个或多个信号，诸如流过照明安排的电流、在照明安排上的电压降、以及驱动系统的数据信号。第二，通过考虑系统属性（如所有部件的电阻和驱动电压）和系统（被接通的功能部件）的预期行为的计算而估计信号。第三，把测量值与估计值进行比较。当存在不匹配时（即使在考虑误差幅度后），系统检测到故障，并且触发最后的步骤，其可以是提供报警或是自动关断系统。

估计安排可以考虑驱动电压电平和照明安排部件的电阻来估计电参数的预期值。

如上提及的，安全保护系统可被应用到具有可配置成驱动为不同亮度设置和/或具有不同数目的激活的LED的多个LED的形式的可穿戴照明安排。

本发明还提供一种检测包括多个LED的照明安排的系统故障的方法，该方法包括：

确定与使用至少一个特定驱动设置驱动照明安排相关联的电参数；

基于照明安排的所述至少一个特定驱动设置，估计所述电参数的预期值；

将测量值与预期值比较，以检测在关断所有LED或选择一组LED后的系统故障；以及

在检测到系统故障的情况下，提供安全信号。

基于安全信号，可以提供关断。

电参数可包括以下的一项或多项：

被提供给照明安排的电流；

对于照明安排的电源的电压；

设置照明安排的配置的数据信号；以及

取决于照明安排的配置的电阻。

要检测的系统故障可包括电短路。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述本发明的示例，其中：

图1示出照明系统的第一示例；

图2示出图1的系统中使用的数据信号的示例；

图3示出照明系统的第二示例；

图4示出提供安全信号或关断功能的方法；

图5示出如何修正图1的系统来实施图4的方法的示例；以及

图6示出并入了可穿戴照明安排的衣服的项。

具体实施方式

本发明提供用于照明安排的安全保护安排。电参数被测量（在使用特定驱动设置而驱动照明安排时），并且把它与电参数的估计的预期值进行比较，以使得在检测到的系统故障的情况下可以提供安全报警信号或进行关断。照明安排可配置成提供不同的输出，以及驱动器设置可以对应于特定配置。

图1示出了包括控制器10和照明安排12的照明系统。

照明安排12包括诸如LED 14那样的照明单元阵列。在示出的示例中，LED并联连接在由控制器10提供的电源电压Vsource与地之间。

在梯形（ladder）的末端（节点16）处的电压作为反馈信号提供给控制器10，并且限定返回电压Vreturn。

在这个示例中，LED 14由数据线18控制，数据线18上的数据控制信号data_send由控制器提供。在已经传递到了所有LED后，数据控制信号被返回作为信号数据data_return。

图1中示出的方块20表示电线电阻。

本发明提供用于检测照明安排12内的故障的系统，例如，用于检测诸如被示为连接22那样的短路的存在。

从可单独寻址的LED处接收的典型数据信号被绘制在图2中。数据信号Data_send被提供到LED阵列，其包括一系列比特/字节，其每个用于LED中的相应一个LED。每个LED使用进入的数据信号的某个部分（包含一个或多个比特），并且重新生成具有其一部分被移除的数据信号，以供随后的LED处理。

在短路（信号“Data_return(短路)”）的情形下，数据信号不被适当处理，以及数据返回信号与来自不具有短路的系统的信号（信号“Data_return(未短路)”）不同。因此，在这种类型的可配置系统中，数据信号被处理的方式可被用作为短路的指示。

可以存在可被控制器10感知的并且取决于照明安排12的配置和/或短路的存在的各种其他电参数。

例如，参照图1的安排：

返回电压Vreturn将取决于有多少个LED 14处在导通状态。当被接通时，LED支取（draw）电流，这将影响流过串联电阻的电流，并且由此，改变在节点16处的电压。

从线Vsource支取的电流将取决于支取电流的LED的数目而变化。

数据信号data_send和/或返回的输出信号data_return 可用来确定照明配置。

在Vsource与地之间的网络的电阻也取决于照明安排的配置。

这提供了可以作出的各种不同的测量，并且其将取决于照明安排的配置而变化。因此，基于照明安排的已知配置，可以导出电参数的预期值（其可以是一个或多个值）。

而且，选择测量的某些或所有测量，使得其在短路的情况下进行变化。

误差幅度（margin of error）可被应用来减小虚假安全消息或不必要的关断操作的机会。该误差幅度可以基于系统建模而被确定，或其可以仅仅是预期的参数值的缩放。例如，如果预期的电流是1 A，以及更高的电流指示着故障，则用于与测量的电流进行比较的值可以是高20%的，即，1.2A。相同的逻辑可被应用到其他可能的参数，并且它们可以通过使用误差幅度而被增加或减小。例如，照明安排的电阻在短路的情况下被预期为减小，使得预期的电阻值可以通过误差幅度被减小，以创建用于比较的数值。不同的误差幅度（例如，10%、20%、30%、或甚至50%）可能是适当的，这取决于所要被预期的估计有多精确，以及在预期的系统故障类型（例如，短路）的情况下预期会有多少变化。

如上所述，在发生短路的情况下以及取决于照明安排配置，测量中的至少某些测量变化。例如，对于图1中示出的短路22：

返回电压Vreturn将更低，因为存在接地连接。

从线Vsource支取的电流将更高，因为短路接地。

返回数据信号data_return与没有短路的情形相比较将是不同的，诸如包含较少的比特或完全没有比特。

在Vsource与地之间的网络的电阻将由于短路而减小。

对于基于可配置照明安排的的实施方案（即，对于单个照明单元或照明单元组进行有效控制的照明系统），可以测量这些参数的一个或多个参数，并且其可以确定这些参数是否满足考虑照明安排的配置的预期值。

本发明可以代替地应用到不具有数据输入的无源系统，如图3所示。在这种情形下，电源电压、返回电压和地电压、以及流到电源或回到地的电流都是可用作为测量参数。

在这种情形下，照明系统的配置在正常使用下保持静止。然而，驱动设置可以以其他方式变化，使得保险丝检测功能能够更可靠地实施。

例如，所有的LED或LED中的一部分LED可以通过降低电源电压Vsource到低于正常操作电压而被关断。然后，可以测量电源连接（Vsource与地）之间的电阻。替换地，LED中的所有LED或一部分LED可以通过降低电源电压而再次被关断，以及从电源支取的电流可以被测量。

由于LED在关断OFF状态下具有高电阻，有可能检测电线之间的任何短路，因为短路具有低的欧姆特性。该过程可以以人眼看不到的非常短的时间范围周期地实行。

使得某些LED被关断的概念也可以被应用到图1的可配置系统，但代替于操控电源电压而使用数据线。因此，系统可以施加其本身的配置以用于安全测试，而不依赖于用户选择的配置。

图4示出了所执行的方法的流程图。

步骤30涉及使用特定驱动设置确定以上对照明安排概述的电参数中的一个或多个电参数。

这个确定步骤可包括测量步骤，使得例如由用户设置的流行的驱动配置可以被测量。替换地，所述确定可以是基于为了安全测试所应用的设置的，诸如所应用的驱动电压。

因此，这些驱动设置可以涉及如由数据线规定的照明配置（或者用户选择的或由系统施加的），或它们可以涉及对于无源系统要应用的驱动电压。在有源照明系统的特定配置的情形下，这是控制器已知的，因为其用来把照明安排设置到其配置中。在特定驱动电压的情形下，这也可以由控制器设置。

步骤32涉及通过假设照明安排应用了特定驱动设置而估计以上概述的电参数中的一个或多个电参数。

步骤34涉及比较所述测量和估计的一个或者多个参数。

步骤36涉及在检测到故障的情况下提供报警或关断系统。

第一实施例起到可变保险丝的作用。在这种情形下，从电源支取的电流受限于通过考虑驱动设置（诸如照明安排配置（特别地，有多少个LED被接通）和所有部件和电线的电阻）而被估计的值。所估计的电流将对于动态照明系统随时间变化，并且保险丝电流（最大电流）也将随时间变化。

所支取的电流可以基于从Vsource引脚流出的电流例如通过监控在与Vsource 输出串联的电阻器上的电压而被测量。

第二实施例是基于测量在电压电源线上的电压降的。通过比较测量值与估计值，可以容易地检测短路。

第三实施例基于测量数据返回信号和将其与估计值比较。在LED封装中的故障可能会影响如上所述的经过LED的数据信号。

第四实施例是基于通过使用数据信号而关断所有的LED或LED中的一部分LED以及测量在电源连接（Vsource与地）之间的电阻的。替换地，LED中的所有或一部分LED可以被关断，以及从电源支取的电流可以被测量。

第五实施例是基于通过控制电源电压和再次测量在电源连接（Vsource与地）之间的电阻或从电源支取的电流而关断所有的LED或LED中的一部分LED的。

图5示出了控制器10可以如何被修改以便实施以上所述的方法。

第一测量安排包括在返回线Vreturn与地之间的电压测量单元40。

第二测量安排包括横跨与电源线Vsource串联的串联电阻器44上的电压测量单元42。

第三测量安排包括用于将电流注入到电源线Vsource的电流源46（并且与电源电压断开连接），以及用于测量最终得出的电压的电压测量单元48，通过该电压可以导出电阻。

第四测量安排包括测量数据返回线信号（相对于地）的电压测量单元50。

图5还示出了可变电压源52，其应用选择性电压电平作为电源电压Vsource。可变电压设置起到测量值的功能（虽然它不需要被测量，而是可以从所应用的设置而已知），它再次指示着LED被驱动的方式。

以上概述了四个可能的测量（外加被应用到电压源的电压设置）。可以使用这些测量的任一项，或否则，两个或多个测量可以被组合来提供更鲁棒的故障诊断。例如，可以监控电流和电压、或电流和电阻、或电压和电阻。因此，“电参数”可包括一个或多个值，例如其可以是一组参数的向量。

本发明对于可靠近身体穿戴的照明电路是特别有利的。照明电路可以是为了美学目的，诸如为了时尚，但它也可以用于医学光疗产品，诸如疼痛缓解光贴剂以及用来治疗牛皮癣、粉刺、或黄疸的设备。

图6示出了并入了可穿戴照明安排62的衣服60的项。

仅仅示出了一个可能的LED网络。LED可以代替地是串联的，或其可被安排为一组并联LED串，每串具有一组串联LED。代替于LED，可以使用其他照明单元。

用来确定对于电参数（其可以是一个或多个值）的预期值的估计步骤可以是分析性的并且是基于照明电路的建模的，或否则，其可能涉及校准步骤，在此期间电路初始地被测试，以导出电参数的正常操作特性。

正如从以上的讨论中将清楚的，被测试的参数可以是静态的，以及通过适当驱动LED安排而被周期地测试。这可以在用户不可感知的短时间段进行，以及其可以重复地实行，例如，每几秒或几分钟。当测量作为要被监控的电参数的电阻时，LED可被周期地关断，或否则可以暂时减小强度，以便测量电阻。

替换地，对于有源系统，参数可以被动态地测试，这允许用户设置不被中断。然后，阈值逐步演进到在任何特定时间匹配于用户设置。

本发明利用控制器，以及描述了估计和分析的两个分开的功能。控制器可以以许多方式用软件和/或硬件实施，以便执行所要求的各种功能。处理器仅仅是控制器的一个示例，其利用可以使用软件（例如，微代码）被编程以执行所要求的功能的一个或多个微处理器。然而，控制器可以通过利用处理器或不利用处理器而被实施，并且还可以被实施为用于执行某些功能的专用硬件与用于执行其他功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路）的组合。

在本公开内容的各种实施例中可以利用的控制器部件的示例包括但不限于，常规微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实施方案中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质相关联，所述存储介质诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM、和EEPROM。存储介质可以用一个或多个程序被编码，当这些程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行所要求的功能。各种存储介质可被固定在处理器或控制器内，或可以是可传输的，使得被存储在其上的一个或多个程序可加载到处理器或控制器中。

由本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，从对于附图、本公开内容、和所附权利要求的学习中，可以理解和实现所公开实施例的其他变例。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，以及不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些措施在互相不同的从属权利要求中被阐述的单纯事实并不指示这些措施的组合不能被加以使用。在权利要求中的任何参考标号不应当被看作为限制范围。

Claims

1.一种用于照明安排的安全保护安排，所述照明安排包括照明单元的阵列，每个照明单元是可单独寻址的LED，所述安全保护安排包括：

测量安排（40,42,48,46,50），其用于测量与使用至少一个特定驱动设置驱动照明安排相关联的电参数，其中所述电参数是设置所述照明安排的配置的数据信号，其中所述数据信号包括一系列比特/字节，并且其中所述数据信号被安排成传递经过所述照明安排的LED中的每个LED；

估计安排（54），其用于基于照明安排的至少一个特定驱动设置而估计所述数据信号的预期值；以及

分析安排（56），其用于将测量值(Data_return)与估计值比较，以检测系统故障，以及在检测到系统故障的情况下提供安全信号。

2.如在权利要求1中要求保护的安全保护安排，其中所述数据信号在每个LED处重新生成，其中在每个LED处，所述数据信号的一部分被处理并且剩余部分被传递到所述照明安排中的随后的LED。

3.如在权利要求1中要求保护的安全保护安排，其中所述照明安排可配置成提供不同的输出，以及所述驱动设置包括照明安排配置。

4.如在前述权利要求中的任一项要求保护的安全保护安排，其中所述分析安排（56）用来基于安全信号提供关断。

5.如在权利要求1到3中的任一项要求保护的安全保护安排，其中所述电参数包括以下项中的一个或多个；

被提供给照明安排的电流；

对于照明安排的电源的电压；以及

取决于照明安排的配置的电阻。

6.如在权利要求1到3中的任一项要求保护的安全保护安排，其用于可穿戴照明安排。

7.一种可穿戴照明安排，包括：

照明安排，其包括多个LED，其可配置成驱动为不同的亮度设置和/或具有不同数目的激活的LED；以及

如在前述权利要求中的任一项要求保护的安全保护安排。

8.如在权利要求7中要求保护的可穿戴照明安排，其中所述安全保护安排是安全保护系统。

9.一种检测包括多个LED的照明安排的系统故障的方法，每个LED是可单独寻址的LED，所述方法包括：

确定与使用至少一个特定驱动设置驱动照明安排相关联的电参数，所述电参数是设置所述照明安排的配置的数据信号，其中所述数据信号包括一系列比特/字节，并且其中所述数据信号被安排成传递经过所述照明安排的LED中的每个LED；

基于照明安排的至少一个特定驱动设置，估计所述数据信号的预期值；

将测量值(Data_return)与估计值比较，以检测系统故障；以及

在检测到系统故障的情况下提供安全信号。

10.如在权利要求9中要求保护的方法，其中所述照明安排可配置成提供不同的输出，以及所述驱动设置包括照明安排配置。

11.如在权利要求9或10中要求保护的方法，包括基于安全信号提供关断。

12.如在权利要求11中要求保护的方法，其中所述安全信号是安全报警信号。

13.如在权利要求9或10中要求保护的方法，其中所述电参数包括以下项的一个或多个：

被提供给照明安排的电流；

对于照明安排的电源的电压；以及

取决于照明安排的配置的电阻。

14.如在权利要求9或10中要求保护的方法，用于检测可穿戴照明安排的系统故障。

15.如在权利要求14中要求保护的方法，其中所述系统故障包括电短路。