CN107947341A - 智慧路灯系统及其供电设备和供电方法 - Google Patents

Abstract

公开了智慧路灯系统及其供电设备和供电方法，该供电设备包括：断路器，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至市电电压，第二端耦接至多个路灯设备，其中每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器；线路控制器，耦接至断路器的控制端，以控制断路器的闭合与断开；以及辅助供电电路，具有输入端、输出端和控制端，其中输入端耦接至市电电压，输出端耦接至断路器的第二端，该辅助供电电路在断路器断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至断路器的第二端。该辅助供电电压能在保证智能设备的正常工作的同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

Description

智慧路灯系统及其供电设备和供电方法

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及智慧路灯系统及其供电设备和供电方法。

背景技术

随着科技和经济的发展，人们对城市管理提出了越来越高的期望和要求。近年来，智慧城市概念的提出，获得了普遍的关注。由于路灯在城市随着道路的分布覆盖面很广，故智慧城市建设中常常将各种小功率智能设备（如声光传感器、安防设备、电缆防盗设备、通讯设备等）与路灯控制器一起安装在灯具内，形成智慧路灯系统。这样每盏路灯中既包含大功率设备（如镇流器、LED驱动电源等），也包含前述小功率智能设备。

一般情况下，为了白天灭灯、晚上亮灯，传统路灯系统通常采用如图1所示的供电方案，通过断路器实现白天断电、晚上通电。断路器体积较大，一般安装在道路边沿的电气控制柜中，断路器的通断由安装在电气控制柜中的线路控制器控制。然而，对于智慧路灯系统而言，如果依然采用这样的供电方案，当系统断电时，其内部集成的小功率智能设备也会停止工作。

针对这一问题，一种现有的解决方案是取消传统方案中的断路器，将系统道路电缆始终连接至市电，白天灭灯通过位于各路灯内部的路灯控制器控制。这种方案对路灯控制器的可靠性提出非常高的要求，以目前的技术水平和对成本的控制，在大规模应用中实现的效果不好，几乎未见规模化的应用。

另一种解决方案是改造系统接线方式，使电缆中一部分线路始终通电，小功率设备接在此线路上。另一部分线路按照传统方案连接至断路器，大功率设备接在这部分线路上。这样可使得系统仍然按照原有规律亮灯和灭灯，而小功率设备始终有供电以维持相应功能。这种方案的问题是需要施工和改造线路，对传统的电力设施影响很大。

还有一种解决方案是仍然维持传统的供电方案，但是在每个路灯内部增加电池，当线路断电时，用电池单独对小功率设备继续供电。然而，这种方案系统成本高，而且电池寿命有限，会给后期维护带来麻烦。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了智慧路灯系统及其供电设备和供电方法。

根据本发明实施例的一种智慧路灯系统的供电设备，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器。该供电设备包括：第一开关装置，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至市电电压，第二端耦接至多个路灯设备；线路控制器，耦接至第一开关装置的控制端，控制第一开关装置的闭合与断开；以及辅助供电电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至市电电压，输出端耦接至第一开关装置的第二端，该辅助供电电路在第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至第一开关装置的第二端，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

根据本发明实施例的一种智慧路灯系统，包括：多个路灯设备，其中每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器；以及如前所述的供电设备。

根据本发明实施例的一种智慧路灯系统的辅助供电电路，该智慧路灯系统包括路灯设备以及耦接在市电电压和路灯设备之间的第一开关装置，路灯设备包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，其中该辅助供电设备与第一开关装置并联，具有耦接至市电电压的输入端和耦接至多个路灯设备的输出端，该辅助供电电路在第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至路灯设备，以在保证智能设备正常工作的同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

根据本发明实施例的一种智慧路灯系统的供电方法，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器。该供电方法包括：在第一时间段，将市电电压提供至路灯设备，以使路灯驱动器驱动灯负载发光，并使智能设备正常工作；在第二时间段，将低于市电电压的辅助供电电压代替市电电压提供至路灯设备，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

根据本发明实施例的一种智慧路灯系统的供电方法，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器。该供电方法包括：将市电电压通过第一开关装置提供至路灯设备，以使路灯驱动器驱动灯负载发光，并使智能设备正常工作；检测第一开关装置是否断开；以及在检测到第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至路灯设备，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

本发明的实施例通过与第一开关设备并联的辅助供电电路，在第一开关设备断开时将低于市电电压的辅助供电电压提供至路灯设备，在实现白天灭灯、晚上亮灯的同时，保证了路灯设备内部集成的小功率智能设备的正常工作。

附图说明

图1为传统路灯系统的示意性框图；

图2为根据本发明实施例的智慧路灯系统200的示意性框图；

图3为根据本发明实施例的智慧路灯系统300的示意性框图；

图4为根据本发明实施例的智慧路灯系统的工作流程图；

图5和6为根据本发明不同实施例的智慧路灯系统的工作波形图；

图7为根据本发明实施例的辅助供电电路202A的电路原理图；

图8为根据本发明实施例的辅助供电电路202B的示意性框图；

图9为根据本发明实施例的断路检测电路204A的示意性框图；

图10为根据本发明实施例的三相智慧路灯系统500的示意性框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

为了在实现白天灭灯、晚上亮灯的同时，保证路灯设备内部集成的小功率智能设备的正常工作，本发明的实施例提出了一种新的供电方案，将辅助供电电路与断路器并联连接。当断路器闭合时，市电电压Vac（如220V交流电压）被传输至道路电缆，在该市电电压下，大功率的路灯驱动器与小功率的智能设备均正常工作。当断路器断开时，辅助供电电路输出较低的电压Vaux（如48V交流或直流电压）。路灯驱动器一般适合于工作在市电电压Vac，而在低压Vaux下不工作。而小功率智能设备的工作电压范围设计得很宽，既可以工作在市电电压Vac，也可以工作在低压Vaux。因此，当断路器在白天断开时，路灯驱动器不工作，灯处于熄灭的状态，而小功率智能设备可以继续工作，达到智能监控的目的。

图2为根据本发明实施例的智慧路灯系统200的示意性框图，包括第一开关装置S1、线路控制器201、辅助供电电路202以及路灯设备203-1~203-n。每个路灯设备均包括灯负载、小功率智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，其中灯负载可以是LED、高压钠灯、HID灯等，相应地路灯驱动器可以是LED驱动器、电感镇流器或电子镇流器。小功率智能设备可以包含各种传感器（声、光、温度、湿度、空气质量）、安防设备、电缆防盗设备等，还可以包括用于路灯控制的通信电路和智能控制电路。

第一开关装置S1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至市电电压Vac，第二端通过电缆耦接至路灯设备203-1~203-n以提供供电电压。辅助供电电路202具有输入端和输出端，其中输入端耦接至开关装置S1的第一端，输出端耦接至开关装置S1的第二端。线路控制器201具有第一输出端和第二输出端，其中第一输出端耦接至开关装置S1的控制端，提供控制信号CTRL1以控制开关装置S1的闭合与断开。线路控制器201的第二输出端耦接至辅助供电电路202，提供控制信号CTRL2以决定辅助供电电路202是否在输出端提供低于市电电压Vac的辅助供电电压Vaux。

一般地，线路控制器201按照预设时间规律产生控制信号CTRL1和CTRL2。在第一时间段（例如下午18:30至次日早上6:30），线路控制器201将开关装置S1闭合，市电电压Vac被提供至各路灯设备，将灯负载点亮，同时小功率智能设备正常工作。此时，辅助供电电路202不产生辅助供电电压Vaux。

在第二时间段（例如早上6:30至下午18:30），线路控制器201将开关装置S1断开，并驱使辅助供电电路202输出辅助供电电压Vaux至各路灯设备，以确保其中的小功率智能设备维持正常工作。由于辅助供电电压Vaux为低电压，各路灯设备中的路灯驱动器不工作，灯负载均熄灭。

图3为根据本发明实施例的智慧路灯系统300的示意性框图，与图2所示系统200相比，图3的智慧路灯系统300还包括断路检测电路204。该断路检测电路204检测开关装置S1是否断开，并基于检测结果产生控制辅助供电电路202的控制信号CTRL2。一般地，断路检测电路204可以基于流过开关装置S1的电流、开关装置S1第二端的电压、或者控制信号CTRL1来判断开关装置S1是否断开。

图4为根据本发明实施例的智慧路灯系统的工作流程图。如图4中所示出的，当检测到开关装置S1断开，在控制信号CTRL2的作用下，辅助供电电路202将辅助供电电压Vaux提供至各路灯装置。相反，当检测到开关装置S1闭合，辅助供电电路202将停止提供辅助供电电压Vaux。

辅助供电电压Vaux根据需要可以为交流或者直流电压，图5和6为不同情况下的智慧路灯系统的工作波形图，其中Vs代表各路灯装置通过电缆接收到的供电电压，即开关装置S1第二端的电压。在时间段t1~t2，开关装置S1闭合，电压Vs等于市电电压Vac。在时间段t2~t3，开关装置S1断开，电压Vs等于辅助供电电压Vaux。需要注意的是，图5和图6仅仅是原理性示意图，而并非用于限制本发明。在实际应用中，由于客观限制（例如电路延时）或者实际需要（例如为了减小系统功耗、防止路灯驱动器误触发），辅助供电电压Vaux可能在开关装置S1断开一段时间后方被提供各路灯设备，电压Vs在此之前可能早已降低至零。

图7为根据本发明实施例的辅助供电电路202A的电路原理图，包括自耦变压器T1以及开关装置S2。自耦变压器T1的输出和输入共用一组线圈，也就是说，其初级和次级在同一绕组上。如图所示，该绕组的一端耦接以接收市电电压Vac，另一端耦接至参考地。从绕组中间抽出的第三端提供辅助供电电压Vaux，通过开关装置S2耦接至各路灯装置。开关装置S2的闭合与断开由控制信号CTRL2决定。

图8为根据本发明实施例的辅助供电电路202B的示意性框图，包括串联连接的开关变换器221和开关装置S3。开关变换器221可以为交流/直流开关变换器或者交流/交流开关变换器，其内部的开关元件可以采用MOSFET等可控半导体晶体管。开关变换器221接收市电电压Vac，并将其转换为辅助供电电压Vaux。开关装置S3的第一端耦接至开关变换器221以接收辅助供电电压Vaux，第二端耦接至各路灯装置，控制端接收控制信号CTRL2。

在一些实施例中，控制信号CTRL2还可以作为使能信号被进一步提供至开关变换器221，使得开关变换器221在开关装置S1闭合时不工作，从而降低系统功耗。在这种情况下，与开关变换器221串联连接的开关装置S3可以选择性地被省略。

前述开关装置S1~S3可以为断路器或者其它合适的装置。虽然图7和图8所示实施例中，开关装置S2和S3均串联耦接在靠近路灯装置的一侧，但本领域技术人员可以理解，它们也可以选择性地被连接在市电电压Vac一侧，即连接在市电电压Vac与自耦变压器T1之间、或市电电压Vac与开关变换器221之间。

图9为根据本发明实施例的断路检测电路204A的示意性框图，包括整流电路241、分压电路242、比较电路243、计时电路244和逻辑电路245。整流电路241具有输入端和输出端，其中输入端耦接至开关装置S1的第二端。整流电路241对开关装置S1第二端的电压（即提供至路灯设备的供电电压）Vs进行整流，在输出端产生整流电压信号Vrec。整流电路241可以为半波、全波或者全桥整流电路。

分压电路242具有输入端和输出端，其中输入端耦接至整流电路241的输出端。分压电路242对整流电压信号Vrec进行分压，在输出端产生分压信号Vdiv。分压电路242一般通过电阻分压器实现。

比较电路243（例如比较器）具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至分压电路242的输出端，第二输入端接收阈值电压信号Vth。比较电路243将分压信号Vdiv与阈值电压信号Vth进行比较，在输出端提供比较信号CMP。

计时电路244具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路243的输出端。计时电路244基于比较信号CMP进行计时，并将计时时间与预设时间阈值TTH进行比较，在输出端产生逾时信号TO。计时电路244可以包括电阻电容充电电路或者数字计时器。

逻辑电路243（例如RS触发器）具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路243的输出端，第二输入端耦接至计时电路244的输出端。逻辑电路243基于比较信号CMP和逾时信号TO，在输出端产生控制辅助供电电路的控制信号CTRL2。

举例而言，若断路检测电路204A在预设时间阈值TTH内均未检测到分压信号Vdiv增大至大于阈值电压信号Vth，则认为开关装置S1已断开，从而产生控制信号CTRL2，使辅助供电电路提供辅助供电电压Vaux至各路灯设备。反之，则断路检测电路204A认为开关装置S1尚处于闭合状态，因而产生控制信号CTRL2使辅助供电电路停止提供辅助供电电压Vaux。

虽然前述实施例中均以单相电路为例，但实际应用中，如图10所示，电力变压器通常将电网由高压（例如10Kv）变为A、B、C三相与零线N的三相四线电压。而为实现多路控制与负载均衡，三相四线电压一般被分为1路、2路、…、m路，每路包含Ai、Bi、Ci（i=1,2,…,m）与N。其中，每一路的通断电通过断路器i控制。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种智慧路灯系统的供电设备，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，该供电设备包括：

第一开关装置，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至市电电压，第二端耦接至多个路灯设备；

线路控制器，耦接至第一开关装置的控制端，控制第一开关装置的闭合与断开；以及

辅助供电电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至市电电压，输出端耦接至第一开关装置的第二端，该辅助供电电路在第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至第一开关装置的第二端，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

2.如权利要求1所述的供电设备，其中线路控制器具有第一输出端和第二输出端，其中第一输入端耦接至第一开关装置的控制端以提供第一控制信号，第二输出端耦接至辅助供电电路，提供第二控制信号以决定辅助供电电路是否提供辅助供电电压。

3.如权利要求1所述的供电设备，还包括：

断路检测电路，检测第一开关装置是否断开，产生控制辅助供电电路的第二控制信号。

4.如权利要求3所述的供电设备，其中断路检测电路包括：

整流电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至第一开关装置的第二端，整流电路对提供至路灯设备的电压进行整流，在输出端产生整流电压信号；

分压电路，具有输入端和输出端， 其中输入端耦接至整流电路的输出端，分压电路对整流电压信号进行分压，在输出端产生分压信号；

比较电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至分压电路的输出端，第二输入端接收阈值电压信号，比较电路将分压信号与阈值电压信号进行比较，在输出端提供比较信号；

计时电路，具有输入端和输出端，其中输入端耦接至比较电路的输出端，计时电路基于比较信号进行计时，并将计时时间与预设时间阈值进行比较，在输出端产生逾时信号；以及

逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接至比较电路的输出端，第二输入端耦接至计时电路的输出端，逻辑电路基于比较信号和逾时信号，在输出端产生第二控制信号。

5.如权利要求1所述的供电设备，其中辅助供电电路包括自耦变压器或开关变换器，第一开关装置包括断路器。

6.如权利要求1所述的供电设备，其中辅助供电电压在第一开关装置断开一段时间后方被提供至第一开关装置的第二端。

7.一种智慧路灯系统，包括：

多个路灯设备，其中每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器；以及

如权利要求1至6中任一项所述的供电设备。

8.一种智慧路灯系统的辅助供电电路，该智慧路灯系统包括路灯设备以及耦接在市电电压和路灯设备之间的第一开关装置，路灯设备包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，其中该辅助供电设备与第一开关装置并联，具有耦接至市电电压的输入端和耦接至多个路灯设备的输出端，该辅助供电电路在第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至路灯设备，以在保证智能设备正常工作的同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

9.一种智慧路灯系统的供电方法，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，该供电方法包括：

在第一时间段，将市电电压提供至路灯设备，以使路灯驱动器驱动灯负载发光，并使智能设备正常工作；

在第二时间段，将低于市电电压的辅助供电电压代替市电电压提供至路灯设备，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。

10.一种智慧路灯系统的供电方法，其中该智慧路灯系统包括多个路灯设备，每个路灯设备均包括灯负载、智能设备以及用于驱动灯负载的路灯驱动器，该供电方法包括：

将市电电压通过第一开关装置提供至路灯设备，以使路灯驱动器驱动灯负载发光，并使智能设备正常工作；

检测第一开关装置是否断开；以及

在检测到第一开关装置断开时，将低于市电电压的辅助供电电压提供至路灯设备，以使智能设备正常工作，同时避免路灯驱动器驱动灯负载发光。