CN106464017A - 与电力传输天线集成的开关模式电源驱动器 - Google Patents

Abstract

一种包括开关模式电源的驱动器，其中，所述开关模式电源包括现有的线圈，所述驱动器电路进一步包括：被形成为第一线圈的第一电力传输天线（42），所述第一线圈是所述开关模式电源的所述现有的线圈，或者被耦合到所述开关模式电源的所述现有的线圈，所述第一电力传输天线（42）适于被磁性地耦合到第二电力接收天线（44），因此形成无线电力传输器。

Description

与电力传输天线集成的开关模式电源驱动器

技术领域

本发明涉及具有开关模式电源的驱动器。

背景技术

传感器已在智能照明控制系统中被广泛地使用。例如，安装在天花板或者墙壁上的占用传感器可以检测指定区域内的活动，并且向照明控制器发送信号。经由这么做，系统可以自动地在某人进入区域时打开灯或者在最后一个占用者已离开之后不久关闭灯，以减少能量使用和提供附加的便利性。

智能照明控制的另一个示例是日光获取，所述日光获取涉及使用日光来抵消恰当地对空间进行照明所需要的电气照明的量，以减少能耗。经由响应于空间中的变化的日光可用性而调暗或者开关电气照明来达到该效果，其中，空间中的变化的日光可用性例如由安装在天花板上的光水平传感器检测。

将传感器并入照明控制系统的一个主要不便性在于在传感器与灯点之间建立连接。当前，通过两种方式中的一种方式来完成该操作。

第一种方法使用传感器与照明控制器之间的有线连接，所述照明控制器是中央系统控制器或者灯点处的分布式控制器。这为翻新应用带来困难。

第二种方法使用无线连接以用于容易的翻新。然而，这为传感器与灯点之间的试运转即配对增加复杂度。为解决该问题，近年来已开发了具有集成式传感器的智能灯具。

例如，已知LED灯具具有用于最大化能量效率的集成式占用传感器，并且已知灯具具有集成式运动传感器和日光传感器。经由取代被单独安装的灯具和传感器而使用具有内置传感器的智能灯具，降低了照明控制系统的安装和试运转成本。然而，这种灯具集成的控制也有缺点。

第一，增加了灯具的设计复杂度。不同的传感器可以具有通过不同的数据接口（例如，用于数字传感器的SPI和I²C）被输出的模拟信号（例如，连续的电压信号）或者数字信号。这必须被灯具厂商在向他们的灯具增加传感器时考虑。当有必要用不同的型号（例如，来自不同的供应商）替换已被集成的传感器时，重新设计有时是不可避免的。

第二，使用具有内置传感器的灯具的照明系统具有有限的灵活度。传感器放置被灯具放置紧密地绑定。例如，具有带有温度传感器的灯具的库房可以被重新设计成会议室。温度感应功能不再被需要，而占用检测作为代替被需要。用户不得不替换灯具，这是昂贵且不便的。

因此，当前的具有内置的传感器的智能灯具具有高设计复杂度和低灵活度的缺点。

D1 EP2770804A1、D2 WO2009/029960A2、D3 US2011/057583A1和D6 US2012/080944A1全部是关于与灯的无线通信的。

发明内容

本发明由权利要求定义。

根据本发明，提供了照明单元，所述照明单元包括：

-机壳；

-所述机壳内的光源安排；

-所述机壳内的光源控制器；

-所述机壳内的第一射频天线；

-在所述机壳之内或者之上被提供的用于与所述第一射频天线通信的第二射频天线；

-包括被电气连接到所述第二射频天线的第一触点的位于所述机壳的外表面处的触点接口；以及

-被连接到所述第一射频天线的用于处理经由所述第一和第二近场天线从所述触点接口接收的信号的阅读器电路。

该安排分离了诸如是近场通信（“NFC”）传感器的射频传感器的电路部分和天线部分。所述天线部分被形成为所述照明单元机壳的部分（即，所述“第二射频天线”），而所述电路部分由所述外部的传感器提供。这意味着标准的RF通信协议（例如，RFID）可以被物理上（而非无线地）电气连接到所述照明单元的传感器使用。这提供了使不同的传感器能够被使用的模块化的方法。所述RF协议使所述不同的传感器能够被所述照明单元标识。这样，总体照明系统是可经由简单地选择将被电气连接到所述照明单元的期望的传感器而容易重新配置的。被传感器使用的天线的大小不受传感器自身大小的限制，并且可以是更大的，因为它被形成为主照明单元的机壳的部分。相似地，可以使传感器更小和成本更低，以使得传感器的集合可以是可用于与照明单元一起使用，从而给出容易和低成本的重新配置选项。

因此提供了用于使智能照明单元具有可容易扩展的感应功能的模块化的方法。具有内置的NFC标签的无源或者半无源的传感器可以被附着到照明单元，以提供与标签的天线的连接。所述照明单元因而经由内置的NFC阅读器从传感器读感应的数据。在无源的传感器的情况下，其从由所述NFC阅读器发射的RF信号获取能量以用于感应操作和NFC通信。在具有诸如是电池或者太阳能电池的内部能量源的半无源的传感器的情况下，提供所述能量源主要以用于感应功能。

经由采用该模块化的方法，许多传感器可以根据需要被附着到灯具。照明单元的NFC（例如，RFID）阅读器与被附着的传感器通信，被附着的传感器仅具有NFC（例如，RFID）标签的芯片部分，因为用于NFC标签的天线是照明单元的部分。

照明单元可以包括灯具，并且光源安排可以包括LED安排。这提供了模块化的可重新配置的LED照明系统。

第二射频天线可以被嵌入机壳的外壁中，并且触点接口被用于接合外部传感器。这样，第二射频天线与外部传感器的标签部分尽可能得接近，并且存在用于在它们之间提供连接的触点接口。

照明单元可以进一步包括无线电力传输器模块。这使能实现外部传感器的无线供电以及读取传感器信息，以使得可以使传感器尽可能低成本。无线电力传输可以在一个示例中使用第一和第二射频天线之间的电感耦合来达到。

照明单元可以进一步包括被连接到无线电力传输器模块的位于所述机壳内的第一电力传输天线和适于与所述第一电力传输天线无线耦合的在所述机壳之内或者之上被提供的第二电力接收天线，其中，触点接口进一步包括被电气连接到第二电力接收天线的第二触点。

该安排提供了用于数据传输和用于电力传输的专用的耦合天线，以使得相应操作可以被最优化。

可以提供包括开关模式电源的光源驱动器。第一电力传输天线可以包括被与所述开关模式电源耦合或者被放置在所述开关模式电源中的一个或者多个第一线圈。

第一电力传输天线可以因此包括与所述开关模式电源的绕组并联的或者否则实际上使用所述电源的绕组的一个或者多个第一线圈。第二电力接收天线可以包括共享磁芯或者否则被与所述一个或者多个第一线圈磁性地耦合的一个或者多个第二线圈。该安排例如利用了被所述光源控制器用于实现无线电力传输的现有的电感变压器。

开关模式电源可以例如包括反激式转换器，所述反激式转换器包括具有初级侧绕组和次级侧绕组的变压器，并且所述一个或者多个第一线圈是与所述初级侧绕组并联的，并且第二电力接收天线包括被与所述一个或者多个第一线圈磁性地耦合的一个或者多个第二线圈。

经由提供与初级侧绕组并联的线圈，出现在电感变压器中的磁场被附加地用于无线电力传输。

可替换地，第一电力传输天线可以包括开关模式电源的初级侧绕组，并且第二电力接收天线可以包括与初级侧绕组隔开的一个线圈或者多个线圈，以便接收初级侧绕组的漏磁通。在该实现中，无线电力传输变压器的传输侧再利用现有的电感绕组以减少所需要的附加部件的数量。

本发明还提供了照明系统，所述照明系统包括：

本发明的照明单元；以及

外部传感器，

其中，所述外部传感器包括射频标签和触点安排，其适于与所述照明单元的触点接口接触以用于将所述标签连接到所述触点接口和用于将所述射频标签耦合到所述照明单元的所述第二射频天线。

外部传感器可以包括电源，以使得传感器可以是有源的（以使得所述电源为传感器操作提供全部所需的电力），或者它可以是半无源的（以使得所述电源被来自照明单元的电力传输重新充电）。

外部传感器可以作为代替包括无源传感器。在无源传感器的情况下，可以例如通过利用第一和第二射频天线之间的电感耦合来使用来自照明单元的无线电力传输。

本发明还提供了照明系统，所述照明系统包括：

本发明的照明单元；以及

外部传感器，

其中，所述外部传感器包括射频标签、用于将所述标签连接到触点接口的触点安排和无线电力接收器模块，

其中，所述触点安排包括适于连接到照明单元的触点接口以用于将射频标签耦合到第二射频天线的第三触点和用于将无线电力模块耦合到第二电力接收天线的第四触点。

该安排使用了具有单独的用于接收无线电力传输的输入和用于提供传感器信息的输出的外部传感器。

当外部传感器进一步包括可重新充电的电池时，提供了具有用于对所述电池进行重新充电的专用输入的半无源方法。

传感器可以例如包括：光传感器；或者占用传感器；或者温度传感器。

基于上面的将天线与开关模式电源耦合或者使用开关模式电源的现有的绕组的实施例，在本发明的另一个方面中，其在无线电力传输的领域中提出了创新。电感式电力传输系统使用电磁感应的原理，并且两个绕组被电磁地耦合到一起。一个绕组充当电力传输器，并且使电力流过，另一个绕组将获得电感电力，并且充当电力接收器。对电感式电力传输的更详细的介绍可以在US20140232201A1中找到。

在由灯具电感式地为负载供电的情况下，传统的方法是具有两套电力系统：一个电力系统用于为照明负载供电，并且另一个系统用于为传输器绕组/天线供电。这需要单独的部件，并且成本是高的。

为更好地解决该担忧，本发明的方面提出电力传输天线与驱动器的开关模式电源的集成，因此一个电力系统可以为所述负载和所述电力传输天线两者提供电力。

在一个方面中，其提供了包括开关模式电源的驱动器，其中，所述开关模式电源包括现有的线圈，所述驱动器电路进一步包括：被形成为第一线圈的第一电力传输天线，所述第一线圈是所述开关模式电源的所述现有的线圈或者被耦合到所述开关模式电源的所述现有的线圈，并且所述第一电力传输天线适于被磁性地耦合到第二电力接收天线，因此形成无线电力传输器。

经由再利用所述开关模式电源的所述现有的线圈或者被耦合到所述开关模式电源的所述现有的线圈，所述第一电力传输天线与驱动器集成，并且所述开关模式电源可以为所述负载和所述电力传输天线两者供电。不存在将额外的电力系统用于电感式电力传输的任何需求，并且节省了成本。

在进一步的实施例中，开关模式电源包括反激式转换器，所述反激式转换器包括具有初级侧绕组和次级侧绕组的变压器。应当理解，其它类型的开关模式电源也适用于集成所述电力传输天线。例如，降压转换器、升压转换器或者降-升压转换器的电力电感器也可以充当电力传输天线，或者电力传输天线可以耦合到电力电感器，以便在有源供电持续时间期间或者无源续流持续时间期间获得电力。所述有源供电持续时间意味着电源为电力电感器供电/充电，并且所述无源续流持续时间意味着电力电感器放电/释放所充电的电力。

在另一个进一步的实施例中，所述第一线圈是与所述初级侧绕组并联的，并且所述第二电力接收天线包括被与第一线圈磁性地耦合的第二线圈。

该实施例给出了在其中所述电力传输天线是与所述初级侧绕组并联的并且可以直接从电源获得电力的更详细的实施例。

在一个可替换的实施例中，第一电力传输天线包括初级侧绕组，并且第二电力接收天线包括与初级侧绕组隔开的线圈，以便接收初级侧绕组的漏磁通。

该实施例再利用初级侧绕组作为所述第一电力传输天线，以经由初级侧绕组的漏磁通传输电力。成本被进一步节省。

为提供足够的漏磁通，进一步的实施例为变压器提供改进的磁芯。所述磁芯在内侧处是导磁的，并且具有外侧处的气隙，并且外侧适于耦合第二线圈被缠绕在其上的附加的磁芯。在该实施例中，气隙可以提供足够的漏磁通。

在另一个实施例中，第一电力传输天线的第一线圈耦合到次级侧绕组的输出端，并且适于接收从次级侧绕组输出的电力。可替换地，第一电力传输天线的第一线圈耦合到反激式转换器的输出端。

在该实施例中，第一电力传输天线从初级侧移动到次级侧。由于次级侧处的电力输出可以被开关模式电源调节，所以电感式电力传输的电力系数和效率也被提升。

在上面的实施例中，第一电力传输天线上的电力取决于次级侧绕组的输出。在次级侧绕组的输出变化的情况下，电感式电力传输的电力也变化。为结合该问题并且在电感式电力传输上提供恒定的电力，所述驱动器进一步包括：与所述第一线圈串联的至少一个附加的线圈；至少一个短路开关，其中的每个短路开关是与所述至少一个附加的线圈中的相应一个附加的线圈并联的；以及控制电路，所述控制电路耦合到短路开关，以用于根据由次级侧绕组输出的电力和需要被传输到所述第二电力接收天线的电力控制所述开关使相应的附加的线圈短路。

在该实施例中，附加的线圈可以充当用于调整所述第一线圈上的电力与总体电力的比率的驱动器。因此，在由次级侧绕组输出的总体电力改变的情况下，附加的线圈可以被接通或者断开，以保持第一线圈上的电力是恒定的。

详细地说，所述控制电路进一步包括适于感应由所述次级侧绕组提供的电力的感应元件；并且其中，所述控制电路适于：如果所感应的由所述次级侧绕组提供的电力在限制以下，则使所述至少一个附加的线圈短路；或者，如果需要被传输的电力在阈值以上，则使所述至少一个附加的线圈短路。

在该实施例中，当诸如所述驱动器被调低/调暗时次级侧处的输出太低时，或者当电感式电力传输需要比正常多的额外的电力时（诸如所述第二线圈需要为额外的电池充电时），额外的线圈将被短路，以使得来自所述次级侧绕组的电力的更大比率被递送给电感式电源。

在一个可替换的实施例中，所述第一电力传输天线被移回初级侧。更具体地说，所述反激式转换器进一步包括：被跨所述初级侧绕组耦合的续流回路，所述续流回路适于续流所述初级侧绕组中的能量；并且所述第一电力传输天线的所述第一线圈在所述续流回路中。

在当前的反激式转换器中，被续流的能量正常来说被缓冲器电路缓冲。在该实施例中，所述初级侧绕组的被续流的能量可以在所述第一电力传输天线中被再利用，因此提升电力效率。

在进一步的实施例中，所述续流回路包括：从所述初级侧绕组的电流流出端起为正向的二极管；所述二极管与所述初级侧绕组的电流流入端之间的电容器；并且，所述第一线圈是与所述电容器并联的。

该实施例提供了用于使用所述初级侧绕组的被续流的能量的更详细的电路。

在进一步的实施例中，所述续流回路进一步包括：与所述电容器和所述第一线圈并联的电阻器；以及，适于有选择地将所述第一线圈或者所述电阻器中的任一项闭合到所述续流回路中的开关。

该实施例可以选择或者传输被续流的能量或者缓冲它。

在一个示例中，所述驱动器是用于驱动LED安排的。并且本发明的实施例还提供了包括根据上面的示例的驱动器和被所述驱动器驱动的LED安排的灯具。

进一步地，本发明的实施例还提供了包括以下各项的传感器系统：根据上面的实施例的灯具；以及，包括所述第二电力接收天线的传感器。经由所述电感式电力传输为所述传感器供电。

本发明的这些和其它的方面将是从下文中描述的实施例中显而易见的并且参考在下文中描述的实施例被阐明。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中：

图1示出了具有两种可能的类型的传感器的照明系统的第一示例；

图2示出了照明系统的第二示例；

图3示出了天线线圈安排；

图4示出了用于使用现有的LED驱动器变压器来提供电力传输线圈的一种可能的电路安排；

图5示出了用于使用现有的LED驱动器变压器来提供电力传输线圈的另一种可能的电路安排。

图6示意地示出了具有将在如图5中所示的实施例中被使用的磁芯的变压器；

图7示出了图6的变压器的磁阻电路图；

图8示意地示出了第二电力接收天线与如图6中所示的变压器之间的耦合；

图9示出了具有图8的第二电力接收天线的变压器的磁阻电路图；

图10示意地示出了用于改进如图8中所示的耦合的一个实施例；

图11示意地示出了具有初级侧处的续流回路中的第一电力传输天线的驱动器的拓扑；

图12示意地示出了具有次级侧处的第一电力传输天线的驱动器的拓扑。

具体实施方式

本发明提供了照明单元，所述照明单元具有全部在所述照明单元的机壳之内（或者之上）被提供的光源控制器、第一射频天线和第二射频天线。所述机壳的外表面处的触点接口包括被电气连接到所述第二射频天线的（第一）触点。阅读器电路处理从外部传感器接收的信号（当该传感器被电气连接到触点接口时）。该安排分离了RF传感器的电路部分和天线部分。天线部分被形成为照明单元机壳的部分，而电路部分由外部传感器提供。这意味着标准的RF协议（例如，RFID或者NFC）可以被物理上（而非无线地）电气连接到照明单元的传感器使用。这提供了使不同的传感器能够被使用的模块化的方法。

图1示出了照明系统的一个示例的方框图。

所述系统包括照明单元10和传感器12a或者12b。照明单元10具有外机壳14，外机壳14具有诸如是该机壳内的LED安排的光源安排16。光源控制器18在机壳内。

RF通信天线20在机壳内被提供，并且该RF通信天线20是例如是近场通信（NFC）阅读器电路的阅读器电路22的部分。例如如现在在NFC智能电话中被使用的频率，NFC阅读器电路可以是标准的部件。

第二射频天线24在机壳之内或者之上被提供，其例如被嵌入机壳14内。这可以也是RFID或者NFC天线。

在下面的示例中，概括地说参考了近场通信（“NFC”）部件，因为通信距离是短的并且是与照明单元的机壳的尺寸相同量级的。通常，NFC系统被设计为用于例如是大约10cm或者更小的厘米级的距离上的通信，并且这样的通信系统可以被用于该系统中的无线通信。RFID系统具有取决于所使用的频率的范围，并且再次地其可以是如10cm一样低或者更小的，或者其可以是大得多的。可以概括地说使用任何射频通信协议来实现本发明，但短距RFID或者NFC通信部件的低成本使它们对于该应用是特别有吸引力的。

第一和第二天线20、24在它们之间传送传感器数据。

触点接口在机壳的外表面处被提供，其包括被电气连接到第二近场通信天线24的第一触点26。针对伴随NFC阅读器电路22的天线的最优通信性能确定天线24的位置。

NFC阅读器电路22用于处理从外部传感器12a、12b接收的信号（当所述传感器被电气连接到触点接口时）。

外部传感器12a或者12b包括标签部分30，标签部分30是传感器的电路，而传感器12a或者12b的通信天线是天线24。因此，天线和标签芯片是可被包括第一触点26的电气触点接口分离的。传感器具有它自身的用于连接到照明单元触点接口的第一触点26的连接器安排（包括触点32）。

该方法提供了模块化的设计，并且使能实现可容易扩展的感应功能。具有内置的NFC标签芯片（但不具有任何天线）的无源或者半无源的传感器12a或者12b可以被附着到灯具，以提供与标签的天线的连接。照明单元经由其内置的NFC阅读器电路22从传感器读感应的数据。

图1示出了传感器的两个可能的示例。

传感器可以是具有诸如是电池或者太阳能电池的主要为感应功能提供电力的外部能量源34的半无源的传感器12a。

可替换地，传感器可以是从阅读器的RF信号接收足够的能量以用于感应功能和通信两者的无源的传感器12b。

在每种情况下，外部传感器具有控制器36和感应模块38。在无源的传感器12b的情况下，如由两个单元之间的两个连接所示的，控制器36与标签30之间存在电力和数据通信。

控制器是例如与感应模块38和NFC标签30两者通信的超低功率微控制器单元（MCU）。对于诸如是温度感应的简单应用，与感应模块38的通信可以由NFC标签30的处理单元实现，因此消除了对单独的控制器36的需求，并且控制功能是标签自身的部分。

NFC标签30具有两个接口，与照明单元中的NFC阅读器22的无触点的接口（借助于天线24）和与控制器36或者如果未使用任何单独的控制器的话与感应模块38的有线的接口。

在无源的传感器12b的情况下，NFC标签30可以通过所连接的天线24从NFC阅读器22的RF场获取足够的能量以便为标签以及控制器和感应模块两者的操作供电。这样的NFC标签是广泛可用的，例如来自STMicroelectronics的M24LR16E-R是具有I2C接口和ISO15693 RF接口的NFC/RFID标签集成电路，其可以从由NFC/RFID阅读器发射的RF信号获取能量，并且转换成电压输出以便为其它电子部件供电。

NFC标签30被连接（经由物理的电线）到触点32，触点32被用于将传感器附着到照明单元。当外部传感器被附着到灯具（即，两个连接器被接触）时，NFC标签被链接到嵌入在照明单元的外罩中或者在照明单元的外罩上被提供的天线24，以使得标签是可被NFC阅读器22读的。

将天线24与传感器标签分离（即，将天线放在灯具的外罩之中或者之上）的另一个好处在于，显著更多的区域是对于天线可用的，这意味着可以从RF场获取更多的能量。

半无源的传感器12a进一步包含内部电源34，内部电源34可以是电池或者诸如是太阳能电池的能量获取设备。该电源主要为控制器36和/或感应模块38提供能量。NFC标签30可以可选地使用该电源以向NFC阅读器22发送信号，以使得可以达到增强了的通信性能。半无源的传感器可以可选地还使用由NFC标签获取的能量以为控制器或者感应模块供电，以达到延长的电池寿命。

一个进一步的选项在于，将所获取的能量的量增大到其可以被用于为电池充电或者直接为传感器模块和控制器供电的水平。这样，半无源的传感器被转变成无源的传感器。这可以经由使用诸如是电感式充电的无线供电技术来实现。

数据通信和无线电力传输的功能可以如图2中所示的那样被分离。

相同的参考标号被用于相同的部件，并且不重复所述描述。出于完整性，LED驱动器17被示为与LED源16分离的部件。NFC阅读器22也被示为是与NFC阅读器天线20分离的。

照明单元10中存在四个天线。第一和第二天线20、24在阅读器22与传感器12c之间提供数据通信。无线电力传输器模块40被添加到照明单元10中。无线电力传输器40从LED驱动器17接收DC电力，以将交流电流输入采用电力传输线圈42的形式的第三天线中。这在电力传输线圈42与电力接收线圈44（第四天线）之间生成磁场，该磁场在电力接收线圈44中感应电压。

无线电力传输器40包含用于调节流过电力传输器线圈的电流的驱动器电路和用于电路控制和在电路传输期间与无线电力接收器通信的控制器。例如，存在对于启动和停止电力传输的控制，还有对于诸如是传输器与接收器之间的兼容性检查的认证的控制。

如对于外部传感器的NFC天线24一样，电力接收器线圈44可以被嵌入照明单元的外罩中，并且被物理上连接（通过电线）到位于外罩的外表面上的连接器。因此，照明单元具有被连接到无线电力传输器模块的位于机壳内的第一电力传输天线42和在机壳之内或者之上被提供的第二电力接收天线44。

在传感器侧，无线电力接收器模块50被添加，其包含用于AC到DC转换的整流器、用于递送具有对于负载（例如，传感器模块或者电池）合适的电平和特性的电压的电压调节器（例如，DC/DC转换器）和用于电路控制和在电力传输期间与无线电力传输器的通信的控制器。

传感器具有形成它自己的触点安排的两套触点32、33，并且照明单元具有形成它自己的触点接口的对应的两套触点26、27。因此，照明单元触点接口包括分别被电气连接到第二NFC天线24和第二电力接收天线44的第一触点26和第二触点27。传感器触点安排包括第三触点32和第四触点33。

当传感器被附着到灯具，即全部四个触点被接触（作为两个已连接的对）时，NFC标签30和无线电力接收器50被分别链接到嵌入在照明单元的外罩中（或者在照明单元的外罩上被提供）的NFC天线24和电力接收线圈44。这不仅建立了NFC阅读器22与NFC标签30之间的通信链路，而还建立了无线电力传输器40与接收器50之间的电力传输链路。

如果传感器使用内部的可重新充电的电池，则无线电力接收器50将管理对电池的充电。如果未使用任何电池，则无线电力接收器将直接为感应模块38和控制器36供电。

图3给出了如何在共享的磁板上安排NFC天线20、24和充电线圈42、44的一个示例。电力传输线圈和电力接收线圈被紧密地耦合，以确保高效的无线电力传输。

可以使用现有的线圈，具体地说是已作为LED驱动器电路的部分存在的线圈来实现用于无线电力传输的线圈。例如，下变频变压器经常被用作LED驱动器的部分。

图4示出了再利用具有典型的反激式拓扑的LED驱动器的一个示例。

所述电路包括EMI（电磁干扰）滤波器60、整流器62和具有初级绕组64a和次级绕组64b的主下变频变压器64。在变压器64的输入侧处提供包括主开关和反激式二极管的反激式电路。

附加的无芯变压器66被添加到LED驱动器，附加的无芯变压器66具有充当电力传输线圈42的被与主变压器64的初级绕组64a并联地连接的其自己的初级侧绕组。这样，LED驱动器电路可以被再利用，以输入和调节去往无芯变压器的初级绕组42的交流电流，因此消除对用于无线电力传输器40的单独的驱动器电路的需求。无芯变压器66的次级侧绕组是电力接收器线圈44。在该示例中，绕组66包括关于初级侧绕组反向布点地连接的一个或多个线圈。因此，无芯变压器的次级侧绕组44被定位在LED驱动器的外部，例如以使得可以达到与初级侧绕组的良好空间耦合的方式被定位在照明单元的外罩上。

图5示出了如何在进一步的程度上再利用反激式LED驱动器的另一个示例。

LED驱动器的主变压器64的初级绕组被再利用为电力传输线圈42。电力接收器线圈44被放置为具有与主变压器的良好耦合以充分利用来自它的初级绕组的漏磁通。这可能需要根据主照明功能和无线电力传输功能两者的需求对主变压器64进行的特殊设计。

图4和5示出了典型的恒定电流控制的反激式转换器。然而，这只是可以在LED驱动器电路内被使用的开关模式电源的许多可能的拓扑中的一种拓扑。更概括地说，第一电力传输天线可以被形成为线圈，该线圈或者在开关模式电源中（即，是开关模式电源的现有的线圈），或者被耦合到开关模式电源的现有线圈。第二电力接收天线被磁性地耦合到第一电力传输天线，并且这可以是跨气隙或者磁性材料的。

为更好地阐明关于将电力传输天线与驱动器集成的本发明的上面的方面，本说明书将给出更详细的实施例和讨论。

基于在其中初级侧绕组充当电力传输天线的图5的实施例，为提供足够的漏磁通，如图6中所示的实施例为变压器64提供改进了的磁芯60。初级侧绕组42和被表示为62的次级侧绕组被缠绕在磁芯60上，其中，该磁芯在内侧处是导磁的，并且具有外侧处的气隙66。该磁芯可以经由将两个E形的半磁芯相对地附着在一起来形成，其中，E形磁芯的中臂比侧臂长。图6中的箭头示意地示出了磁通。

图7示出了图6的变压器的磁阻电路图。变压器磁芯中的气隙增大磁性电路的磁阻，并且使它能够在磁芯饱和之前存储更多能量。磁阻是与电路中的电阻类同的，而非在它存储磁能时耗尽电能。与电场导致电流遵循具有最小电阻的通路的方式相同，磁场导致磁通遵循具有最小磁性磁阻的通路。R₂和R₃代表所提出的变压器的两个气隙。Φ₁是由变压器的初级绕组创建的磁场的磁通。对于该新的变压器，磁能被分布在R₂和R₃之间，并且Φ₂和Φ₃的和应当等于Φ₁。

图8示出了所述第二线圈44被缠绕在其上的附加的磁芯80如何被耦合到磁芯60。具有气隙的磁芯60的外侧适于耦合所述第二线圈44被缠绕在其上的附加的磁芯80。随着附加的绕组（C形磁芯）被放置得足够接近变压器，其被耦合到变压器的初级绕组，充当额外的次级绕组。作为附加的绕组的负载，传感器可以无线地从变压器获得能量。

图9示出了图8的变压器建立的磁阻电路图。由于EE磁芯的两个侧臂通路上的两个气隙（R₂和R₃）和EE磁芯与所耦合的C磁芯之间的两个新创建的气隙（即，R₄）的存在，磁通取决于每个通路的磁阻被重新分布。Φ₁仍然是由初级绕组创建的磁场的磁通。R₄- R₄的通路运转为与R₂和R₃的通路并联的电路。磁能被重新分布在R₂、R₃和R₄之间，并且Φ₂、Φ₃和Φ₄的和等于Φ₁。

流过C形磁芯的磁通的量确定向传感器的能量传输的量。这可以经由改变EE磁芯与C磁芯之间的两个气隙的大小来调整。较大的隙意味着导致较少磁通流过的通路上的较大磁阻（即，R₄），因此较少的电力可以被传输。

必须指出，变压器与外部磁芯之间的气隙必须是小得足以允许能量传输的。由于大的气隙产生的太大的磁阻将阻碍磁通流入外部磁芯。在实践的应用中，灯具和传感器的壳可以容易地达到大得足以阻碍磁通的2 mm。如图10中所图示的，可以经由将磁性材料100嵌入壳中以延长变压器与外部磁芯之间的所允许的距离来解决该问题。使用具有不同磁导率的材料具有与调整气隙的大小相同的效果。

回到如图4中所示的反激式转换器，跨初级侧绕组64a的电阻器与电容器的并联是当电力开关关掉时在初级侧绕组中续流能量的回路。该回路也被已知为缓冲器。本发明的实施例提出使用被续流的能量以用于电感式电力传输，以便节省能量。

在图11中示出了灯具11和电感式电力接收设备的一个实施例，其中，灯具包括具有第一电力传输天线Ls的驱动器，并且电感式电力接收设备包括第二电力接收天线Rx。电力传输天线Ls在续流回路中，并且是与缓冲器电阻器Rs并联和可替换的。

可以是反激式转换器的内部模块或者灯具的单独模块的中继控制器114保持监控被附着到灯具的外部设备的存在，并且相应地控制中继开关SWs。正常地说，中继开关SWs当不存在任何被附着的外部设备时将电阻器连接到缓冲器电路中，以在初级侧绕组中缓冲被续流的能量。当如图11中所图示的外部电感式电力接收设备12被机械地附着在灯具（的壳）上时，中继控制器114对此进行检测，并且控制中继开关SWs将电感器Ls连接到缓冲器中。诸如是使用机械结构的各种方法可以被用于检测传感器。外部电感式电力接收设备12包含无线电力接收器，其中，将无线电力接收器模块的第二电力接收天线即线圈Rx与缓冲器电路中的电感器Ls耦合。电感式电力接收设备12可以进一步包括将所接收的电力转换成合适的特性以便为负载124供电的整流和电压/电流校正部分122。

将齐纳二极管Z_s与二极管D_s和天线Ls/电阻器Rs串联地连接，以阻碍从次要侧反射的反向电压，以使得仅允许被续流的电力流入电容器C_s。

电容器C_s可以进一步与电感器Ls谐振，以使得交流电流出现在电感器Ls上，并且电力被传输。

应当理解，上面的电阻器Rs、中继开关SWs和中继控制器114是可分散的，以使得全部被续流的能量可以被直接传输。

在上面的实施例中，第一电力传输天线位于初级侧中。下面的实施例将在次级侧中提供第一电力传输天线。

图12示出了具有驱动器和外部电力接收设备12的灯具。如图12中所示，第一电力传输天线42的第一线圈被耦合到次级侧绕组64b的输出端，并且适于接收从次级侧绕组64b所提供的电力。

如图12中所示，驱动器包括与所述第一线圈42串联的至少一个附加的线圈L2、各自与所述至少一个附加的线圈L2中的相应一个附加的线圈L2并联的至少一个短路开关SW；以及控制电路，所述控制电路被耦合到所述短路开关SW，用于根据由次级侧绕组64b输出的功率和需要被传输到第二电力接收天线44的电力来控制所述开关使各自的附加的线圈L2短路。

当MOFSET开关被闭合时，初级侧绕组64a被连接到输入电压源，即输入电容器。初级侧绕组中的电流和变压器中的磁通增大，在变压器中存储能量。次级绕组64b和电感器42和L2形成闭合的电路。次级绕组中所感应的电压是负的（在次级侧绕组64b的上端处），因此整流器二极管是反向偏压的。负的电压在来自绕组64b、地、电感器L2和电力传输42的闭合电路中生成负的电流，在电感器L2和42中存储能量。当MOSFET开关被打开时，初级侧绕组64a的电流被停止。次级侧绕组64b的电压反向以变成正的（在上端处），使整流器二极管正向偏压，允许电流从次级绕组流向整流器二极管。同时，存在从电感器L2和42流向整流器二极管的电流。来自变压器磁芯和两个电感器两者的能量对输出电容器重新充电，并且为负载供电。通过上面的两个操作，如果第二电力接收天线44被附着到灯具，其中，该灯具具有与第一电力传输天线42耦合的它自己的第二线圈44，则将存在从天线42向第二线圈44的无线电力传输。电感器42和L2是用于在MOSFET开关被闭合期间存储能量和用于在MOSFET开关被打开时为负载释放电能的变压器的输出。添加这些电感器不会影响反激式转换器的正常运转。

在一个可替换的实施例中，第一电力传输天线可以取代被耦合到次级侧绕组的输出端而被耦合到反激式转换器的输出。在此情况下，电力传输天线42可以被看作与LED灯具的LED负载并联的另一个负载。去往整流器二极管的阳极的连接可以由图12中的虚线示出。

在上面的实施例中，电力传输天线42上的电力取决于驱动器在次级侧处提供多少电力。正常地说，根据LED的负载需求来控制驱动器，并且当负载需求不符合需要在电力传输天线42上被传输的电力时，外部设备12可能无法被正常地供电。为解决该担忧，实施例使用电感器L2、开关SW和控制电路，其中，该控制电路包括电阻器R_sense、放大器OP-AMP和比较器COMP。

控制电路经由测量和放大电阻器R_sense的电流以及与预设的参考值REF进行比较来保持监控LED负载的电力需求。当来自LED负载的电力需求在特定水平以下，导致电感器42中的能量不足以为所附着的外部设备无线地供电时，控制电路的开关将被闭合以使L2短路，以使得更多能量被分配给42。这样，更多能量可用于向外部设备无线地传输。如果L2的电感是天线42的N倍，则开关的闭合将为天线42带来多N倍的能量。

可替换地，假设外部设备需要短期的大电力，以便对它的内部电池进行充电或者完成过度消耗电力的操作，则控制电路的开关将被闭合以使L2短路，以使得更多能量被分配给42。

基于诸如是输出电力的反激式转换器的参数来选择42和L2 电感，以在两个电感器之间正常地分配能量，以使得当转换器正在以全部其输出电力运转时不会使它们饱和。

本发明的实施例可以还被应用于其它的转换器类型。图13示出了在其中将降压转换器与第一电力传输天线42集成的一个示例。如图13中详细示出的，第一电力传输天线42是与降压转换器的现有的电力电感器/线圈I串联的。与电力传输天线42并联地放置跳线J，并且跳线J被用于假设电力传输不被需要的话则使电力传输天线42短路和形成降压回路。电力传输天线42可以在电力电感器I的电力存储阶段和电力释放阶段中的任一个阶段或者全部两个阶段中接收电力。

作为第一示例，传感器可以是诸如是德州仪器（商标）的LM20的低功率温度传感器。当无源的传感器被附着到智能照明单元时，它可以通过NFC接口进行通信以提供温度信息。照明单元中的控制器通过NFC阅读器向无源的传感器发送请求。当请求被无源通过它的NFC接口接收时，无源的传感器中的NFC标签将请求通过它的有线的接口转发给传感器控制器。

当请求被无源的传感器的传感器控制器接收时，温度数据被从感应模块提取，并且该数据被通过有线的接口写到NFC标签30的存储器单元（例如，EEPROM）。

NFC标签30将存储在它的存储器单元中的数据通过NFC接口发送回照明单元的NFC阅读器22。

作为第二示例，传感器可以是诸如是飞利浦（商标）的“OccuSwitch”（商标）的由可重新充电的电池供电的占用传感器。当传感器被附着到智能照明单元时，达到能量高效的照明控制。

传感器的无线电力接收器50管理对电池的充电。当存在对于对电池进行充电的需求（例如，电池的能量水平在阈值以下）时，它与无线电力传输器40通信以启动无线电力传输。

传感器的感应模块保持监控具体区域中的活动，并且向传感器控制器36发送状态（即，被占用的或者空的），传感器控制器36然后通过有线的接口将状态写到NFC标签30的存储器单元中。

照明单元的控制器18定期地通过NFC阅读器22读取活动的状态，其中，NFC阅读器22经由NFC接口与传感器的NFC标签30通信。基于活动的状态，光源控制器18打开和关掉光源。

如从上面的示例中将显而易见的，诸如是光传感器和接近度传感器的外部传感器可以感应与照明相关的状况。然而，它们可以还感应诸如是温度的与对环境的控制的其它方面相关的状况。例如，照明系统可以是提供对不仅是照明的智能感应和控制的总体系统基础设施的部分。照明系统可以是向中央系统进行报告和从该中央系统接收指令的更大的网络的部分。

除了将传感器耦合到照明系统之外，其它设备可以简单地出于对它们进行充电的目的而被耦合。因此，机壳上的触点接口可以充当充电对接站。

从对附图、本公开内容和所附权利要求的研究中，所公开的实施例的其它变型可以被本领域的技术人员在实践所要求权利的发明时理解和实现。在权利要求中，单词“包括”不排除其它的元素或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除复数。实际上，特定措施在相互不同的从属权利要求中被详述不指示这些措施的组合不能被使用以获得优势。权利要求中的任何标号不应当理解为限制范围。

Claims (15)

1.一种包括开关模式电源的驱动器，其中，所述开关模式电源包括现有的线圈，所述驱动器电路进一步包括：

第一电力传输天线（42），其被形成为第一线圈，所述第一线圈是所述开关模式电源的所述现有的线圈，或者被耦合到所述开关模式电源的所述现有的线圈，

所述第一电力传输天线（42）适于被磁性地耦合到第二电力接收天线（44），因此形成无线电力传输器。

2.根据权利要求1所要求保护的驱动器，其中，所述开关模式电源包括反激式转换器，所述反激式转换器包括具有初级侧绕组（64a）和次级侧绕组（64b）的变压器（64）。

3.根据权利要求2所要求保护的驱动器，其中，所述第一线圈（42）是与所述初级侧绕组（64a）并联的，并且所述第二电力接收天线（44）包括与所述第一线圈（42）磁性地耦合的第二线圈。

4.根据权利要求2所要求保护的驱动器，其中，所述第一电力传输天线（42）包括所述初级侧绕组（64a），并且所述第二电力接收天线（44）包括被与所述初级侧绕组（64a）隔开以接收所述初级侧绕组（64a）的漏磁通的线圈。

5.根据权利要求2所要求保护的驱动器，其中，所述第一电力传输天线（42）的所述第一线圈被耦合到所述次级侧绕组（64b）的输出端，并且适于接收由所述次级侧绕组（64b）提供的电力。

6.根据权利要求2所要求保护的驱动器，其中，所述第一电力传输天线（42）的所述第一线圈被耦合到所述反激式转换器的输出端。

7.根据权利要求5或6所要求保护的驱动器，进一步包括：

与所述第一线圈串联的至少一个附加的线圈；

至少一个短路开关，所述至少一个短路开关中的每个短路开关与所述至少一个附加的线圈中的相应一个附加的线圈并联；以及

耦合到所述短路开关的控制电路，其用于根据由所述次级侧绕组输出的电力和需要被传输到所述第二电力接收天线的电力来使所述相应的额外线圈短路。

8.根据权利要求7所要求保护的驱动器，其中，所述控制电路进一步包括：

感应元件，其适于感应由所述次级侧绕组提供的电力；

其中，所述控制电路适于：

如果所感应的由所述次级侧绕组提供的电力在限制以下，则使所述至少一个附加线圈短路；或者

如果需要被传输的电力在阈值以上，则使所述至少一个附加线圈短路。

9.根据权利要求2所要求保护的驱动器，其中，所述反激式转换器进一步包括：

续流回路，其跨所述初级侧绕组耦合，所述续流回路适于续流所述初级侧绕组中的能量；

并且，所述第一电力传输天线的所述第一线圈在所述续流回路中。

10.根据权利要求9所要求保护的驱动器，其中，所述续流回路包括：

二极管，其从所述初级侧绕组的电流流出端起为正向；

电容器，其在所述二极管与所述初级侧绕组的电流流入端之间；

并且，所述第一线圈是与所述电容器并联的。

11.根据权利要求10所要求保护的驱动器，其中，所述续流回路进一步包括：

电阻器，其与所述电容器和所述第一线圈并联；以及

开关，其适于有选择地将所述第一线圈或者所述电阻器中的任一项闭合到所述续流回路中。

12.根据权利要求4所要求保护的驱动器，其中，所述变压器进一步包括所述初级侧绕组和所述次级侧绕组被缠绕在其上的磁芯，其中，所述磁芯在内侧处是导磁性的，并且具有外侧处的气隙，并且所述外侧适于耦合所述第二线圈被缠绕在其上的附加的磁芯。

13.根据权利要求1所要求保护的驱动器，其中，所述驱动器是用于驱动LED安排的。

14.一种包括根据权利要求13中任一项所要求保护的驱动器和被所述驱动器驱动的LED安排的灯具。

15.一种传感器系统，包括：

根据权利要求14中所要求保护的灯具；以及

传感器；

所述传感器包括所述第二电力接收天线。