CN108476569B - 提供基于波的照明效能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了基于波的照明效能的实施方式。作为示例，方法包括：确定来自交流电(AC)波形的电压的特性，其中，交流电波形配置成为负载供电，以及其中，交流电波形包括正电压部分、负电压部分和零轴点。一些实施方式包括：确定交流电波形中的第一位置以生成具有第一阶跃电压的第一阶跃，并且将第一阶跃处的交流电波形施加至负载的第一预定部分，其中，负载的第一预定部分具有与第一阶跃电压对应的第一额定电压。

Description

提供基于波的照明效能的系统和方法

优先权要求

本申请要求于2015年11月17日提交的标题为“提供基于波的照明效能的系统和方法(Systems and Methods for Providing Wave-based Lighting Efficiencies)”的第62/256,289号美国临时申请的权益，所述美国临时申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本文中描述的实施方式通常涉及用于提供基于波的照明效能的系统和方法，并且更具体地，涉及利用交流电的特性来提高负载效率。

背景技术

照明和其他电气负载接收与连接到电网的任何其他电气部件相同的电压和电流。虽然存在可供使用的几个不同的电压，但是一般而言，几乎不存在与将用于负载的、从电源插座接收的电力有关的控制。因此，许多现有的电器调节将用于给电器供电的所接收的电流和/或电压以向电器的部件提供适当的电力。尽管这些现有的解决方案为电气部件提供了所期望的电力，但是常常造成不期望的发热副作用。因此，可能需要风扇和其他冷却机构以防止对电器造成损坏。

发明内容

提供了基于波的照明效能的实施方式。作为示例，方法包括：确定来自交流电(AC)波形的电压的特性，其中，交流电波形配置成给负载供电，以及其中，交流电波形包括正电压部分、负电压部分和零轴点。一些实施方式包括：确定交流电波形中的第一位置以生成具有第一阶跃电压的第一阶跃，并且在第一阶跃处将交流电波形施加至负载的第一预定部分，其中，负载的第一预定部分具有与第一阶跃电压对应的第一额定电压。

还包括系统的实施方式，所述系统包括具有多个单独的装置的负载以及联接至所述负载的计算部件。计算部件可包括处理器和存储逻辑的存储器组件，当由处理器执行所述逻辑时，使得系统在多个时间处确定交流(AC)电压，其中，所述电压配置成为所述负载供电，并且计算部件可确定负载的第一预定部分，第一预定部分包括多个单独的装置中的至少一个。在一些实施方式中，所述逻辑使系统确定负载的第一预定部分的第一额定电压、确定交流电压中的第一位置以生成具有与第一额定电压相对应的第一阶跃电压的第一阶跃、以及将第一阶跃处的交流电压施加至负载的第一预定部分。

还包括装置的实施方式。至少一个实施方式包括计算装置，所述计算装置包括逻辑，当由处理器执行所述逻辑时，使装置确定用于为负载供电而接收的电压的特性，其中，电压包括正电压部分、负电压部分和零轴点，以及其中，所述负载包括多个单独的装置。在一些实施方式中，所述逻辑还使装置基于多个单独的装置中的至少一个分配负载的第一预定部分、确定负载的第一预定部分的额定电压、以及确定电压的第一位置以生成具有第一阶跃电压的第一阶跃，其中，第一阶跃电压与负载的第一预定部分的第一额定电压对应。在一些实施方式中，所述逻辑使装置将第一阶跃处的电压施加至负载的第一预定部分。

附图说明

附图中描绘的实施方式本质上是说明性的和示例性的，而并非旨在限制本公开。在结合以下附图进行阅读时可以理解示例性实施方式的以下详细描述，其中，相同的附图标记表示相同的结构，并且在附图中：

图1描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的电气环境；

图2描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的照明装置；

图3描绘了根据本文中描述的实施方式的计算部件的另一实施方式；

图4A和图4B描绘了根据本文中描述的实施方式的可用于提供基于波的照明效能的交流电波形；

图5A和图5B描绘了根据本文中描述的实施方式的提供用于确定第一电压阶跃的平台的用户界面；

图6A和图6B描绘了根据本文中描述的实施方式的提供用于确定第二电压阶跃和第三电压阶跃的平台的用户界面；

图7A和图7B描绘了根据本文中描述的实施方式的在波形的后部提供第四电压阶跃和第五电压阶跃的用户界面；

图8A至图8C描绘了根据本文中描述的实施方式的提供与特定电压阶跃有关的数据的用户界面；

图9描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的流程图。

具体实施方式

本文中公开的实施方式包括用于提供基于波的照明效能的系统和方法。一些实施方式可配置成在交流输入电力中生成至少一个电压阶跃，并且在第一电压阶跃处(在电压的第一位置处)激活第一组负载，以及在第二电压阶跃处(在电压的第二位置处)激活第二组负载。可基于在第一时间、第二时间等处所计算或预测的交流电力的电压电平确定电压阶跃。基于所计算的电压电平以及第一时间、第二时间等，本文中所描述的实施方式可激活负载的部分，所述负载的部分具有与该时间处的电力的电压电平对应的电压需求。在下文中，将更详细地描述用于提供和体现基于波的照明效能的系统和方法。

现在参考附图，图1描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的电气环境。如图所示，该环境可包括网络100、发电设施102、照明装置104(或其他负载)以及远程计算装置106。网络100可包括用于传输电力的电力网络和/或用于传输数据的数据网络(诸如，公用电话交换网络、互联网、蜂窝等)。发电设施102可包括诸如电力发电机的任何供电源，诸如，煤电厂、太阳能发电厂、水电厂、风能收集系统、地热系统、发电机、或用于产生电力的任何其他装置、系统或设施。此外，发电设施102可以以预定安培数和/或电压输出电力，并且可将电力输出为交流(AC)电力。发电设施102可向可相应地利用电力的照明装置104和/或其他负载传输电力。远程计算装置106可配置成向照明装置104、发电设施102和/或网络100上的其他装置传输数据、设置等。

图2描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的照明装置104。如图所示，照明装置104包括计算部件208和负载部件210。计算部件208可包括处理器212、存储器部件214(和/或其他非暂时性计算机可读介质)、整流器216和/或用于执行本文中描述的功能的其他部件。存储器部件214可包括用于基于所接收的电力以及用于选择期望照明配置的程序代码实现一个或多个照明配置的程序代码、逻辑、电路和/或其他硬件、软件和/或固件。处理器212可接收并执行代码。整流器216可从发电设施102(图1)接收电力，并且接收对所接收的电力进行整流的指令。

作为示例，计算部件208可确定正接收的电力为120伏的交流电，并且可通过将至少一个负电压部分(或多个负电压部分)转换成正电压部分来对所接收的电压进行整流。具体地，可确定所接收的电力的特性。特性可包括最大预测电压、周期、预定时间处的预测电压、最小预测电压、零交叉点等。作为示例，照明装置104的计算部件208可预测所接收的、经过整流的交流电电力将达到预测电压电平的时间。利用此信息，计算部件208可确定阶跃的数目，以实施成使得负载段(例如，负载的第一预定部分、负载的第二预定部分等)更充分地利用实际接收的电压，进而使得全部或基本上全部的电力被有效地利用，从而减少热量的生成。

负载部件210可包括多个单独的装置，诸如可采用发光二极管(LED)形式的一个或多个照明元件218a、218b和218c。照明元件218可配置成作为负载的不同的组或不同的段进行操作，并且可基于特定实施方式进行配置。具体地，计算部件208可执行分析以确定负载的特性和/或一个或多个单独的装置的特性，诸如，多个单独的装置中的至少一个的额定电压。作为另一示例，可基于额定电压的分析以及负载中单独的装置的确定来确定负载的第一预定部分。基于此分析，计算部件208可为负载的预定部分分配特定的阶跃电压。负载的预定部分可具有与电压阶跃的电压电平对应的额定负载。

应理解的是，虽然图2中描绘的照明元件218以并联接线示出，但是这仅仅是一个示例。在一些实施方式中，照明元件218可为串联硬接线，其中，一个或多个连接件放置在照明元件218的至少一部分之间，使得所述段是硬接线的。类似地，一些实施方式可配置有照明元件218的动态配置和/或可编程配置，使得可基于所接收的电力改变所述段。

图3描绘了根据本文中描述的实施方式的计算部件208的另一实施方式。虽然图2是示出照明装置104的各个部件的概述图，但是图3描绘了照明装置104的更具体的实施方式。如图所示，计算部件208包括连接至整流器216的处理器212，以及电阻器304。电阻器304可配置成从电源接收电力并且对交流电流采样以确定波形特性。如下文中更详细的描述，电阻器304可配置成降低提供至处理器212的电压以确定零交叉点。计算部件208还可包括整流器216，整流器216可包括二极管306、电容器308、电阻器310、电容器312和电阻器314。整流器216还包括整流桥316，如文中所描述的，整流桥316与其他电路元件一起对输入电压进行整流。作为示例，整流器216可配置成将电压从12伏的交流电整流至5伏的直流电，使得可对处理器212适当地供电。

计算部件208还包括电阻器318和320，电阻器318和320用作用于降低进入处理器212的电压的分压器。还设置了多个晶体管326和多个光学编码器328，多个晶体管326和多个光学编码器328可各自联接至照明元件218的段。如本文中所描述的，多个晶体管326和多个光学编码器328可配置成控制照明元件218的操作。具体地，在确定阶跃之后，处理器212可确定负载的将被激活的预定段。如果第一段将被激活，则处理器将信号(例如，5伏)发送至光学编码器328，然后光学编码器328接通晶体管326，晶体管326将电力发送至可串联连接至地的负载段。晶体管326的接地节点可连接该负载段。如果到达使用负载的第二段的第二阶跃，则第二光学编码器328可从处理器212接收信号。第二光学编码器328可将信号发送至第二晶体管326，从而接通负载的第二段。剩余段可利用图3中描绘的剩余光学编码器和晶体管来激活。

此外，计算部件208包括转换部件330，转换部件330包括电阻器337和334以及固态继电器336、338。转换部件330可配置成允许系统在80伏至约305伏的各个电压上操作所述段。作为示例，转换部件330可配置成更改接地电压，使得如果接收到较大的功率，则可执行固态继电器336，而如果接收到较低的电压，则可使用固态继电器336和固态继电器338两者。

如图所示，如果处理器212确定接收到较高的电压，则处理器212可将信号发送至固态继电器336以及固态继电器336与固态继电器338之间的节点，从而使固态继电器336关闭并且使固态继电器338导通。因为固态继电器338接地，所以固态继电器338将负载段连接在一起以在较高电压下进行操作。如果接收到较低的电压，则可接通固态继电器336并且可关闭固态继电器338以断开负载段，从而允许在较低的电压下进行操作。

图4A和图4B描绘了根据本文中描述的实施方式的可用于提供基于波的照明效能的交流电波形220a、220b。如图4A中所示，可从发电设施102(图1)接收作为交流波形220a的电力，交流波形220a可表示为正弦波形。正弦波形可在零轴点422a至422e处与零轴点(例如，电力从正极性切换至负极性或从负极性切换至正极性的点)交叉。在零轴点422a至422e之间，电压可增加至峰值电压、降低至零、增加至零或降低至最低电压。

如上所述，可通过整流器216接收正弦交流电力或正弦交流电压，整流器216可将正弦波的负部分转换成正，从而提供图4B的波形。然后，与图4B类似的波形可用于照明装置104和/或其他负载。

因此，本文中描述的实施方式可配置成确定零轴点。从零轴点开始，可在所确定的零轴点之后的预定时间处进行采样。利用此信息，实施方式可计算波形的周期、最大电压和/或其他特性。在一些实施方式中，可访问查找表。利用此知识，可在预测的电压点处生成电压阶跃。此外，因为所接收的电压可能无法表现为纯正弦波(例如，由于污秽电压(dirtyvoltage))，所以可在多个点处确定零轴点以及样本。如果波形在整个周期内不一致，则可改变波形的预测特性，并且因此，改变阶跃的预测特性。

图5A和图5B描绘了根据本文中描述的实施方式的提供用于确定第一电压阶跃的平台的用户界面530a、530b。如图5A中所示，波形可具有约120赫兹的频率和约1毫秒的周期。峰值电压可为约160伏。此外，图5B描绘了预定时间处的电压。具体地，本文中描述的实施方式可确定为照明装置104中的负载组供电所需的电压。作为示例，如果一个LED需要2伏，则34个LED需要68伏。因此，本文中描述的实施方式可生成具有34个LED的负载段。此外，实施方式可确定所接收的电压将在何时提供约68伏，并且将在该时刻生成第一阶跃。

此外，实施方式可确定电力将在何时达到136伏，并且可在该时刻生成第二阶跃(交流电波形的第二部分)。如本文中所描述的，电压阶跃可配置为触发器，以基于所接收的电压波形的特性的预测在选定时间处激活和/或停用负载段。利用此知识，实施方式可将照明装置104配置成在与所预测的电压对应的不同的电压阶跃处将电力切换至所有LED中的一个子集。

作为示例，如果LED各自均消耗2伏，则照明装置104可在第一阶跃处将波形引导至34个LED，使得所有的电压均被消耗。这可基于这些阶跃处的预测电压电平而在后续的阶跃处改变。因此，电力不会作为热量浪费，而是根据LED组进行使用。

应理解的是，虽然以上示例使用68伏作为第一阶跃并且使用136伏作为第二阶跃，但是这仅仅是一个示例。这些阶跃和/或其他阶跃可根据具体实施方式而生成。类似地，可根据LED(或其他负载部件)的实际功率消耗而生成不同的照明或使用方案。

图6A和图6B描绘了根据本文中描述的实施方式的提供用于确定第二电压阶跃和第三电压阶跃的平台的用户界面630a、6₃0b。与图5A和图5B的描述类似，用户界面630a和630b分别示出了在约108.6伏和约149.0伏处生成的阶跃。在生成阶跃的情况下，可实施负载变化以使负载与正接收的电压充分匹配。同样，应理解的是，取决于实施方式，由于可使用其他电压来生成阶跃，所以这些电压也仅仅是示例。

图7A和图7B描绘了根据本文中描述的实施方式的在波形的后部提供第四电压阶跃和第五电压阶跃的用户界面730a、730b。与图6A和图6B的用户界面630类似，可在电压波形的下降侧生成附加的阶跃。具体地，当电压波形为约108.0伏时，可生成阶跃，以及当电压再次达到68.0伏时，可生成阶跃。

图8A至图8C描绘了根据本文中描述的实施方式的提供与特定电压阶跃有关的数据的用户界面830a、830b、830c。如图所示，用户界面830a示出了描述所生成的阶跃的图表。图8B以图形方式描绘了用于实施的所生成的阶跃。图8C描绘了为了计算阶跃而采集的样本。

如这些用户界面中所示，确定零轴点并在约2.76毫秒处采集样本电压(图8C)。基于距零轴点和样本的电压的改变，可访问查找表以便于对波形的最大电压和周期进行正弦预测。基于此信息以及与负载相关的信息，可生成阶跃，使得可基于电压分配总负载的段。作为示例，负载的第一段可具有约68伏的额定电压，并且第一电压阶跃可为约68伏。因此，第一段可在该电压阶跃之前和/或之后的预定的时间量内接收电压。一旦电压已经改变预定量，下一阶跃可触发第二负载段(第二负载段可包括第一负载段)的分配，使得第二负载段的额定电压与波形的在该时间处的电压对应。

图9描绘了根据本文中描述的实施方式的用于提供基于波的照明效能的流程图。如块950中所示，可确定电压。在块952中，可整流电压以移除电压波形的负部分。在块954中，可测量电压的零交叉点。在块956中，可计算电压随时间的变化。在块958中，可基于电压变化确定阶跃，并且然后生成阶跃。生成阶跃可包括在预定时间处生成触发器，在所述预定时间处，接通或切断到负载段的电流。在块960中，可在第一时间处将电压分配给第一组负载第一阶跃。在块962中，可在第二时间处将电压分配给第二组负载。

如上所述，公开了基于波的照明效能的各种实施方式。通过生成一个或多个电压阶跃，可基于所接收的电压变化(或预测的变化)将电压分配至可变化的负载的子集。这提供更有效率的电力使用并且减少负载中的热量。这表示，负载利用率的变化速度足够快，从而使得用户无法察觉。

虽然本文中已经示出和描述了本公开的具体实施方式和方面，但是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种其他改变和修改。此外，虽然本文中已经描述了各种方面，但是这样的方面不需要结合使用。相应地，因此，其意图在于，所附权利要求覆盖落入本文中示出和描述的实施方式的范围内的所有的这样的改变和修改。

现在，应理解的是，本文中公开的实施方式包括基于波的照明效能的系统、方法和非暂时性计算机可读介质。还应理解的是，这些实施方式仅为示例性的，并不旨在限制本公开的范围。

Claims (15)

1.一种用于提供系统的基于波的照明效能的方法，所述方法包括：

通过计算装置确定来自交流电波形的、在多个时间处的交流电压，其中，所述交流电波形配置成为负载供电，其中，所述负载具有拥有第一额定电压的第一预定部分和拥有第二额定电压的第二额定部分，以及其中，所述交流电波形包括正电压部分、负电压部分和零轴点；

通过所述计算装置确定所述交流电波形中的第一位置，所述第一位置将用于生成施加到所述交流电波形的、具有第一阶跃电压的第一电压阶跃，其中，所述交流电波形中的第一位置由以下确定：

确定所述交流电波形的零轴点的存在；以及

从所述零轴点预测所述交流电波形将达到限定所述第一阶跃电压的预定电压的时间；通过所述计算装置基于从所述零轴点预测的时间来生成在所述交流电波形上施加的所述第一电压阶跃；以及

通过所述计算装置将所述第一电压阶跃处的所述交流电波形施加至所述负载的第一预定部分，其中，所述第一额定电压与所述第一电压阶跃的第一阶跃电压对应。

2.如权利要求1所述的方法，还包括整流所述交流电波形以将所述负电压部分中的至少一个修改成正电压部分。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述交流电波形中的第二部分以生成具有第二阶跃电压的第二阶跃；以及

将所述第二阶跃处的所述交流电波形施加至所述负载的第二预定部分，其中，所述负载的第二预定部分具有与所述第二阶跃电压对应的第二额定电压。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述负载包括发光二极管阵列。

5.如权利要求1所述的方法，还包括确定以下项中的至少一个的额定电压：所述负载、所述负载的第一预定部分、或所述负载的第二预定部分。

6.如权利要求1所述的方法，还包括基于所述交流电波形的分析和所述负载中单独的装置的确定来确定所述负载的第一预定部分。

7.如权利要求1所述的方法，其中，来自所述交流电波形的电压的特性包括以下项中至少一个：零轴点、所述交流电波形的周期和所述交流电波形的最大电压。

8.一种用于提供基于波的负载效能的系统，所述系统包括：

负载，包括多个单独的装置；

计算部件，联接至所述负载并且包括处理器和存储逻辑的存储器部件，当由所述处理器执行所述逻辑时，使所述系统至少执行以下操作：

确定多个时间处的交流电压，其中，所述电压配置成为所述负载供电；

确定所述负载的第一预定部分，所述第一预定部分包括所述多个单独的装置中的至少一个；

确定所述负载的第一预定部分的第一额定电压；

确定所述交流电压中的第一位置，所述第一位置用于生成具有与所述第一额定电压对应的第一阶跃电压的第一阶跃，其中，所述交流电压中的第一位置由以下确定：

确定所述交流电压的零轴点；以及

从所述零轴点预测所述交流电压将达到限定所述第一阶跃电压的预定电压的时间；

基于从所述零轴点预测的时间来生成所述第一阶跃；以及

将所述第一阶跃处的所述交流电压施加至所述负载的第一预定部分。

9.如权利要求8所述的系统，还包括：

转换部件，确定接收的电压量并且基于所述接收的电压量改变接地电压。

10.如权利要求8所述的系统，其中，所述存储器部件存储逻辑，所述逻辑还使所述系统至少执行以下操作：

确定所述交流电压中的第二部分以生成具有第二阶跃电压的第二阶跃；

将所述第二阶跃处的所述交流电压施加至所述负载的第二预定部分，其中，所述负载的第二预定部分具有与所述第二阶跃电压对应的第二额定电压；以及

确定以下项中的至少一个的额定电压：所述负载、所述负载的第一预定部分或所述负载的第二预定部分。

11.用于提供基于波的负载效能的装置，所述装置包括：

计算装置，包括逻辑，当由处理器执行所述逻辑时，使所述装置至少执行以下操作：

确定所接收的、用于为负载供电的电压的特性，其中，所述电压包括正电压部分、负电压部分和零轴点，其中，所述负载包括多个单独的装置；

基于所述多个单独的装置中的至少一个分配所述负载的第一预定部分；

确定所述负载的第一预定部分的额定电压；

确定所述电压的第一位置，所述第一位置用于生成具有第一阶跃电压的第一阶跃，其中，所述第一阶跃电压与所述负载的第一预定部分的第一额定电压对应，其中，所述电压中的第一位置由以下确定：

确定所述电压的零轴点；以及

从所述零轴点预测所述电压将达到限定所述第一阶跃电压的预定电压的时间；

基于从所述零轴点预测的时间来生成所述第一阶跃；以及

将所述第一阶跃处的所述电压施加至所述负载的第一预定部分。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述逻辑还使所述装置至少执行以下操作：

确定所述电压的第二部分以生成具有第二阶跃电压的第二阶跃；以及

将所述第二阶跃处的所述电压施加至所述负载的第二预定部分，其中，所述负载的第二预定部分具有与所述第二阶跃电压对应的第二额定电压。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述负载包括发光二极管阵列。

14.如权利要求12所述的装置，其中，基于所述电压的分析以及所述负载中的多个单独的装置的特性执行分配所述负载的第一预定部分。

15.如权利要求12所述的装置，其中，基于预定时间处的所述电压的预期电压电平生成所述第一阶跃。

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