CN108767969B - 以太网供电应急照明系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于提供以太网供电应急照明的系统300。该系统300包括可再充电电池组315，该可再充电电池组被充电而不会干扰存在于提供正常照明的以太网供电链路305a、305b上的数据信号。该系统包括电力丢失监测器375，该电力丢失监测器用于无干扰地对存在于以太网供电链路上的正常照明电力的存在进行监测。

Description

以太网供电应急照明系统
相关申请的交叉引用
本申请是申请日为2016年3月17日、申请号为“201680001641.6”、发明名称为“以太网供电应急照明系统和检测其链路段电力丢失的方法”的发明专利申请的分案申请。
本申请要求于2015年3月18日提交的题为“POWER OVER ETHERNET EMERGENCYLIGHTING SYSTEM(以太网供电应急照明系统)”的美国临时专利申请号62/135,006的权益，该申请的全部内容出于所有目的通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及应急照明系统，并且更具体地涉及提供由以太网供电(“POE”)系统供电的应急照明系统。
背景技术
照明系统(特别是在商业环境中)受制于由各种标准设定组织设定的许多严格的功能要求。这些要求中的一个要求是：应当在建筑电力丢失的情况下提供应急照明。这些强制的应急电力系统必须在预定时间段内提供备用照明、必须是防篡改、防火、防洪和防地震、并且必须符合一定的其他功能要求。常规地，应急照明系统被设置为安装在灯光器材中的自容式单元，该应急照明系统包括由专用A/C电源线充电的电池。
结合与RJ45以太网缆线在现代商业和住宅建筑中的普遍存在，以太网供电(“POE”)的IEEE标准的颁布为建筑照明提供了替代装置。目前针对POE存在两种批准的IEEE标准：IEEE 802.3af和IEEE 802.3at。根据IEEE 802.3af标准操作的以太网端口能够通过POE链路向受电端设备(“PD”)供应12.95瓦特。IEEE 802.3at定义了POE+标准，其使得能够通过POE链路的输送高达25.5W。当前正致力于颁布更高级的POE标准(例如，POE+和POE++)，其将指定能够通过POE链路供应高达90W的设备。
在图1中示意性地展示了根据两个备选方案之一实现了通过Cat5+以太网线缆的物理连接的POE链路。如在图1中可见的，RJ45以太网线缆105携带被分组为4对双绞线(110a、110b和115a、115b)的8个导体，其中，两根双绞线(例如，110、115)形成第一端口的通信链路(发送和接收)，并且剩余的两根双绞线可作为空闲(例如，115a、115b)。在备选方案A中，跨内部信号耦合变压器(120a、120b)上的中心抽头在数据线上供应DC电压，该内部信号耦合变压器跨发送和接收双绞线中的每一者上的该对导体而连接。然后跨发送和接收线的接收侧双绞线从另一对变压器(125a、125b)的中心抽头供应该DC电压。此DC电压被供应给该链路的接收端上的受电端设备(Powered Device)130。在POE标准的备选方案B中，通过未使用的或空闲的双绞线来供应DC电压。较新且提议的POE标准通过使用全部8个导体来提供更多的电力和更快的数据。这些方法需要4个数据变换器，其中，对所有对都施加电力。
近年来，随着成本下降和发光二极管(“LED”)的效率增加，LED照明已经开始在商业环境中取代荧光灯照明。图2是由POE链路(或者更准确地，在POE标准下被称为端口数据链路段的以太网线缆)供电的常规LED照明安装体的示意性表示。由供电端设备(PowerSourcing Equipment，“PSE”)205(例如，POE交换机、集线器或中跨注入器)通过链路来供应48V DC额定。电源被叠加到携带在CATnx(例如，Cat 5+)线缆上的以太网链路段(例如，210a、210b)的数据传输线对上。该链路段(210a、210b)向受电端设备(PD，例如，POE灯具照明LED驱动器220)供应电力，其中，在PD处智能提取(即与数据分离)该电力。在POE照明LED驱动器220处发生电力提取，其对于PSE而言表现为根据POE标准进行操作的任何常规PSE。然后由驱动器220将电力输送到LED灯225。在某些常规的实现方式中，驱动器220和LED灯225共同位于例如安装在吊灯器材处的LED灯具215中。
在典型的AC电力系统中，某些灯具(即，灯光器材)被指定为也是应急灯具，其按照规范和所接受的建筑实践必须在AC电源丢失时维持照明。灯具具有所有必要的灯具部件；例如，光源(灯，诸如LED)、镇流器或灯电源(诸如LED驱动器)等。如果灯具还用于充当应急灯具，则其装配有使其能够驱动用于在应急模式操作(由丢失AC电力所触发的状况)下的应急照明的光源(即灯)的全部或一部分的附加硬件。因此，这些灯具中的现有灯既用于供应AC电源时的正常照明，也用于当正常AC电源故障时应急模式操作下的照明。
发明内容
本发明涉及一种由例如部署在现有POE照明环境中的POE网络连接供电的应急照明灯具。本发明的实施例包括启用第一电源的以太网链路段、可再充电应急电池组、正常照明LED驱动器、LED灯、和电力丢失监测器。在某些实施例中，启用第一电源的以太网连接至POE端口链路段。进一步地，可再充电应急电池组包含电池充电器、可再充电电池、和应急LED驱动器，该可再充电应急电池组连接至中继设备的一个输入端。此外，中继设备的另一输入端电连接至正常照明LED驱动器(该正常照明LED驱动器在正常操作状况下驱动LED照明阵列)，并且中继设备的输出端连接至LED灯。
本发明的实施例进一步包括电力丢失监测器，该电力丢失监测器判定是否通过正常照明LED驱动器供电或者是否已经存在电源中断。当电力丢失监测器从正常照明LED驱动器检测到电力丢失时，连接至电力丢失监测器的控制器将中继设备的一个输入端连接至LED灯。然而，当正常LED驱动器具有电力时，中继设备的另一输入端连接至LED灯。
在某些实施例中，应急照明灯具进一步包括可连接至电源POE端口链路段的第二POE输入端。当第一POE输入端连接至电池充电器时，第二POE输入端连接至正常照明LED驱动器。此外，第一和第二POE输入端被包括在应急电池组中，该应急电池组进一步包括通过直通环路连接至第二POE输入端的POE输出端。POE输出端还连接至正常照明LED驱动器。在其他实施例中，电力丢失监测器与正常照明POE链路直通环路进行通信。
在某些实施例中，被适配成用于形成电池与LED照明阵列(或独立式应急LED阵列之间的电连接的中继设备是机电开关。在其他实施例中，中继设备是固态设备。
在某些实施例中，POE应急灯具包括由与驱动正常照明的端口链路段完全相独立的端口链路段充电的电池。在其他实施例中，该系统包括电池，该电池经由来自正常照明LED驱动器的辅助电源输出接口用DC电力进行充电，其自身由单个POE端口链路段驱动。在其他实施例中，单个POE端口链路段向应急备用电池组供应电力，该应急备用电池组然后经由电源桥供应正常照明电力。
在某些实施例中，电力丢失监测器连接至POE端口链路段的第一POE数据对上的第一导体，并且电力丢失监测器连接至同一POE端口链路段的第二数据对上的第二导体。电力丢失监测器能够判定POE端口链路段何时丢失电力，而不会干扰那个链路段上的数据通信。在其他实施例中，电力丢失监测器进一步包括光耦合器、电阻器、和齐纳二极管。电力丢失监测器基于第一导体与第二导体之间的电压差是否超过预定阈值来调节流经光耦合器的LED的电流。进一步地，电力丢失监测器包括在整流二极管桥与第一和第二导体之间连接的能够进行滤波的铁氧体磁珠。此外，第一和第二导体通过第一以太网供电输入端连接至POE链路段。
本发明的实施例还提供了一种用于在POE灯具中提供应急备用电源的系统，该POE灯具具有到POE链路段、灯驱动器和灯的连接。该系统进一步包含被连接用于检测POE链路段中的POE电力丢失的电力丢失监测器、以及被连接至用于当电力丢失监测器检测到POE链路段中的POE电力丢失时向灯供应电力的应急备用电池和灯驱动器。
此外，本发明的实施例提供了一种检测POE链路段中的电力丢失的方法，该方法包括步骤：检测POE链路段上的第一数据对中的第一导体与同一POE链路段上的第二数据对中的第二导体之间的差分DC电压。在某些实施例中，检测差分DC电压的步骤包括：当POE链路段上的第一数据对中的第一导体与同一POE链路段上的第二数据对中的第二导体之间的差分DC电压下降至低于预定阈值时通过测量设备检测到电流减小。
附图说明
将通过结合附图参照以下具体实施方式更加全面地理解本发明，其被嵌入以下详细说明中。
图1是常规以太网供电链路的示意图。
图2是常规的基于LED的POE照明系统的示意图。
图3是根据本发明的实施例的具有两条POE端口链路的POE应急照明灯具的示意图。
图4是与图3的照明灯具一起使用的应急POE电池组的示意图。
图5是根据本发明的实施例的使用辅助电源链路的POE应急照明灯具的示意图。
图6是与图5的照明灯具一起使用的应急POE电池组的示意图。
图7是根据本发明的实施例的使用端口电源桥的POE应急照明灯具的示意图。
图8是与图7的照明灯具一起使用的应急POE电池组的示意图。
图9是根据本发明的POE接口的示意图。
图10是根据本发明的实施例的电力丢失监测器的电路图。
具体实施方式
以下阐述了本发明的优选实施例的详细描述。
贯穿本说明书提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(an embodiment)”、“相关实施例”或类似语言意指结合所参考的“实施例”而描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中(in oneembodiment)”、“在实施例中(in an embodiment)”和类似语言的出现可以但不必都是指相同的实施例。要理解的是，本公开任何一部分(自身和与附图的可能连接)均不旨在提供对本发明的全部特征的完整描述。
此外，以下公开可以参考相应的附图来描述本发明的特征，在附图中，在任何可能的情况下，相似数字表示相同或类似的元件。在附图中，所描绘的结构元件通常不是按比例的，并且出于强调和理解的目的，某些部件相对于其他部件被放大。要理解的是，任何一个单一附图均不旨在支持对本发明的所有特征的完整描述。换言之，给定附图通常仅描述一些本发明的特征并且通常不是本发明的全部特征。出于简化给定的附图和讨论的目的并且为了将讨论指向在此附图中为特征的特定元件，给定的附图和本发明的包含参考此图所进行的描述的相关联的部分通常不包含特定视图的全部元件或可在此附图中展示的所有特征。普通技术人员将认识到，本发明可以可能地无需具体特征、元件、部件、结构、细节、或特性被实践，或者可以使用其他方法、部件、材料等被实践。因此，尽管本发明的实施例的特定细节可以不必在描述这个实施例的每张附图中示出，但可以暗示此细节在附图中的存在，除非描述的上下文另有要求。在其他实例中，可以不在给定附图中示出或详细描述公知的结构、细节、材料或操作，以便避免混淆本发明的实施例的正在讨论的方面。
图3示出了使用两个POE端口链路段305a、305b的应急POE照明灯具300。照明灯具300包括两个POE输入端310a、310b，每个POE输入端分别连接至POE端口链路段305a、305b。POE端口链路段305a、305b连接至未展示的供电端设备，诸如启用POE的设备、集线器或中跨(即注入器)。POE输入310a和POE输入310b两者均电连接至POE应急电池组315。电池组315包括经由输入305a连接至第一POE端口链路段310a的POE接口320。电池组315还包括电池充电器325、电池330、和LED驱动器335。POE接口320从POE端口链路段310a中提取DC电力(例如，供应为48Vdc)，并且然后将该电力供应给电池充电器325。电池充电器325对由POE接口320供应的电压进行降压，并且执行某些电流调节功能。
在图9中另外详细地展示了适合用作POE接口320的示例性POE接口。图9的POE接口900执行若干功能。首先，其经由均连接至POE链路段的初级侧的数据变换器910a、910b的中心抽头从RJ45连接器905中提取DC电力。此外，POE接口用于将数据流915与电力流分离开，并且用于将数据和电力两者均耦合至应用920(即包含POE接口的PD的功能部件)。POE接口900包括RJ45连接器905、具有初级中心抽头的数据变换器910a和910b、(多个)桥整流器925、签名电路930、分类电路935、具有选通FET 940的智能开关过流隔离“有源开关”、以及DC/DC隔离电源转换器945。
在POE接口900经由数据变换器910a、910b的中心抽头从RJ45连接器中提取DC电力时，电力耦合至输入二极管桥925，该输入二极管桥通过接受正极性输入或负极性输入来防止PD内的电路连接至相反极性输入电压。然后经由通过符合IEEE 802.3xx标准的“物理”(PHY)层的通信协议由PSE(在POE链路段的另一侧上连接)“智能地”向PD供应电力。由PSE以48Vdc的额定目标电压供应DC电力。“通电”过程遵循以下顺序：其中，一旦PD经由RJ45连接器905连接至POE链路段的末端，则PSE基于IEEE 802.3xx标准开始利用预定电平、计时和电流检测将电压从0Vdc提升。该顺序遵循从左到右、从签名到分类到隔离到DC/DC到应用。当PSE轮询所连接的PD以便判定其是否提供正确的阻抗签名时发生供电顺序的顺序(检测)的第一阶段。PSE通过跨指定的CAT-x线对(以大约2ms的重复速率)斜升限流(5mA)检测值(从2.5V到10V)并测量斜升时间结束时的电压和电流来完成。如果PSE根据IEEE 802.3xx标准检测到适当的签名阻抗，则其确定在链路的末端存在有效PD。PSE然后前进到该过程中的下一步骤——分类。分类是PD向PSE“指示”其将需要的所需电力范围的过程。具有5种类别(类)。在分类过程中，PSE在10ms到75ms的期间内诱导15.5Vdc-20.5Vdc限于100mA，响应于此的是PD的某个电流消耗，指示其功率级别。当PSE将电压斜升至34Vdc时该顺序前进至下一步，并且PD“关闭”“导通”的开关(940中的选通FET)但在50ms内缓慢控制涌入电流消耗(超过350mA的)一旦完成了此步骤，PSE将电压斜升至48Vdc以供DC/DC隔离电源转换器945向应用920供应电力。图3的用于POE应急电池组的应用920是电池充电器325。
电池充电器325是高频切换模式电源，被设计成用于根据电池容量、尺寸、端电压、类型及相对于能量使用和区域时长规则或限制的其他影响因子管理电池充电。在某些实施例中，电池充电器325是具有模数控制的隔离的“反激式”拓扑高频模式切换电流源类型。其他拓扑用于其他实施例以便更好地管理所选的电池，诸如“降压”转换器或“升降”转换器、或其他拓扑，并且电源或过流过压电源可以在充电过程、脉冲充电或线性充电、恒定速率或多速率期间使用。电池充电器325可以被设计成用于为不同类型的电池充电，诸如NiCd、NiMH、基于Pb的或基于锂的。当电池330是NiCd电池时，电池充电器325是能够在可再充电阶段供应1到3瓦特电力的、在维护模式充电过程中供应1瓦特的“智能充电器”。在正常操作中，电池充电器325为电池330提供涓流充电(以1.2Vdc到20Vdc和30mA与300mA之间的额定电流范围供应；然而这些电压和电流值取决于电池330的类型、电池组设计、和电荷状态)。
电池330以2.4Vdc到24Vdc(取决于LED灯具345的类型，最典型的电压为6Vdc到19.2Vdc)向LED驱动器335供应DC电力。在某些实施例中，电池330是具有以6Vdc到19.2Vdc的2.5到3.0安培小时的储备容量的可再充电NiCd电池。其他实施例使用其他电池类型，诸如具有以2.4Vdc到24Vdc(1.2Vdc/电池单元)的1.5到4.0培小时的储备容量的NiCd电池或者具有以3.0Vdc到3.6Vdc/电池单元的0.5到3.0安培小时的储备容量的锂离子磷酸(LiFePO4)电池。
在某些实施例中，LED驱动器335是切换模式电源转换器，其利用由电池330提供的电源(能量/时间)为(多个)LED灯供电，并且经由中继设备340向LED灯345供应10Vdc到60Vdc电压范围内的额定0.08A到2.0A的DC电流。在这些实施例中所供应的LED电流只是DC电流或者具有低AC纹波的DC电流。
在替代性实施例中，当对输出电压或电流或电源进行调节时，LED驱动器335是具有脉宽调制(PWM)控制(数字或模拟)的DC-DC“反激式”拓扑高频切换模式电源。在这些实施例中，通过LED传递PWM电流。其他拓扑用于其他实施例中，诸如“降压(Buck)”转换器或“升降压(Buck-boost)”转换器、或半桥转换器、或全桥转换器、或其他拓扑。用于应急模式操作的典型LED功率水平的范围是从3到25瓦特，其中，其他功率水平也是可能的。针对类别2操作，典型的LED电压的范围是从10Vdc到60Vdc，其中，其他电压也是可能的。
取决于实施例，LED灯345在操作电压、电流、电源和光输出上不同。针对类别2在从10Vdc到60Vdc的较大面积照明电压范围内并且针对非类别2在更高电压范围内在大范围不同类型上提供用于LED器材的典型LED灯。LED器材灯阵列&模块在从0.08Adc到3Adc的宽范围的电流水平上进行操作。取决于实施例，LED灯345的色温的范围为从2500K(暖白)到6000K(亮白)。
在一个实施例中，中继设备340是交替地将两个输入端之一(连接至应急电池组315的341或连接至正常照明LED驱动器350的342)耦合至LED灯345的机电开关。将机电开关用作中继设备340是有利的，因为其引起电池组315的接近零的插入损耗，即当电池组315未连接时，正常照明LED驱动器350连接至具有最小电阻的LED灯345。本发明或任何实施例不仅限于作为中继设备的机电开关，替代性中继设备(诸如二极管或固态开关或其他类型)是可能的并且在本发明的范围内。
经由正常照明POE输入端355，POE电源链路段305b通过电池组的第二POE输入端305b电连接至正常照明LED驱动器350。正常照明LED驱动器350包括POE接口360，其提取在第二POE链路段310b上可用的DC电力(即48Vdc)，并且将其供应给LED驱动器365。像应急备用LED驱动器335，LED驱动器365根据实施例具有不同的操作参数。在一个实施例中，LED驱动器365被优化成用于针对类别2在从10Vdc到60Vdc的大范围电压上进行操作，并且针对非类别2在更高的电压上进行操作。这种驱动器可在从0.08Adc到3Adc的宽范围的电流水平上进行操作。POE功率水平目前限于大约55瓦特，然而，通过未来发展各自允许高达接近90瓦特，附加的更高功率LED驱动器和更高功率灯具是可能的并且在本发明的范围内。LED驱动器365通过输出端370电连接至中继设备340的输入端，并且然后取决于中继设备340的状态连接至LED灯345。
在正常照明操作中，LED灯345从正常照明LED驱动器350被驱动，其从电源链路段305b提取DC电力(通过应急电池组315以直通方式被供应)。应急电池组315进一步包括电力丢失监测器375，该电力丢失监测器通过监测第二POE输入端305b与POE输出端385之间的直通环路380来对供应给第二POE输入端305b的电力状态进行监测。POE输出端385进而连接至正常照明驱动器POE输入端355。
当图3的灯具300在正常照明模式下时，设置中继设备340从而使得其第二输入端342电连接至LED灯345。这产生从正常LED照明驱动器350供应到LED灯345的电流。如关于图4的电池组将进一步讨论的，当电力丢失监测器375检测到直通环路380上的断电状况时，中继设备340切换状态，从而使得其第一输入端341连接至到LED灯345的应急LED驱动器335。
相对于图3所描述的灯具具有一定优势。由于灯具使用两个独立的POE链路段(一条链路段用于为备用电池充电，并且另一条链路段用于在正常照明状况下驱动LED灯)，因此图3的灯具最小化破坏或以其他方式干扰通过第二POE链路段305b发送或接收的数据的保真度的可能性。如果链路段305b用于通信以及DC电源的供应，则这可能是有帮助的。而且，现有的照明和建筑规范(例如，NFPA 70国家电力规范、NFPA 101生活安全规范、和安全应急照明和电源设备的UL 924标准)要求针对应急备用照明应该在灯具的入口点监测未切换电源(即正常照明电源)。这在图3的灯具中完成，因为在到灯具300的输入端310b处监测到电力丢失。这一安排也是有利的，因为其将应急灯具的全部重要部件都定位于灯具内，这最小化了灾害风险，该灾害风险可能由于篡改、烟雾、洪灾、火灾、冰冻、破坏或其他不利状况而引起应急照明灯具的故障。
图4示意性地展示了可用于具有两条独立POE链路的灯具(例如，以上参考图3讨论的灯具300)的应急电池组400。电池组400包括两个POE输入端(一个用于电池充电410a，第二个用于为正常操作状况供电410b)，其通过电池组400传递至POE输出485。充电POE输入端连接至POE接口420，其从所连接的POE链路提取DC电力并且向电池充电器425供应该电力。电池充电器425在正常操作状况下为电池430充电。电池430供应LED驱动器435，其连接至中继设备440的第一输入端441，该中继设备在某些实施例中是机电开关。中继设备440交替地将其第一输入端441或其第二输入端442连接至被电耦合到未展示的LED灯的输出端443。中继设备440的第二输入端442连接至输入端444，其在电池组400被安装时从正常照明LED驱动器接收正常照明电源。
图4的电池组400还包括对直通环路480上的电力丢失进行检测的电力丢失监测器475。在由电力丢失监测器475检测到电力丢失时，控制器490(在某些实施例中是与未展示的存储器进行通信的微处理器)切换中继设备440，从而使得其第一输入端441连接至电池组的输出端443。控制器490在某些实施例中包括附加功能。例如，在检测到电力丢失状况时，控制器可以经由I/O端口495a、495b向外部或内部信令或指示设备发送信号，指示检测到电力丢失状况。在某些实施例中，控制器490在检测到正常照明电力丢失时向端口495a、495b之一发送错乱信号。在一些实施例中，错乱信号点亮LED以便警告用户应急照明系统已经被触发。在一些实施例中，控制器490向连接至其他外部设备(例如，通过以太网链路连接至端口495a、495b)的端口495a、495b发送附加数据通信信号。这类信号可以向远程以太网连接设备告知电池组400的状态、电力丢失状况的发生以及任何其他有用信息。控制器490还可选地经由端口495a、495b接收输入控制信号。示例性输入控制信号包括用于刺激电力丢失状况的测试信号以便测试电池组400的功能或控制器490的状态查询。在某些实施例中，控制器490与其他外部设备(诸如正常照明LED驱动器(例如，图3中的350)或数据登录器)进行通信。
图5是灯具的替代性实施例的示意图，该灯具使用由从正常照明LED驱动器引导出的辅助电源馈电的应急照明电池组。不像图3的实施例，图5的实施例仅依赖于单个POE端口链路段505，其通过POE输入端515向正常照明LED驱动器510供应DC电力(以及在一些实施例中，数据通信)。如在图3的实施例中，POE接口520从POE链路段505提取DC电力，并且将其供应给LED驱动器520。在正常照明操作状况下，LED驱动器525通过驱动器输出端530和中继设备580的第一输入端582向LED灯585供应驱动电流，将结合电池组550对此进行更加详细的描述。
图5的实施例还包括用于在正常LED照明驱动器的电力丢失状况的情况下向LED灯585供应应急电源的电池组550。像图3的实施例，电池组550包括电池充电器565，该电池充电器为电池570充电，该电池驱动LED驱动器575。LED驱动器575的输出端连接至中继设备580的第一输入端581，其交替地将其第一或第二输入端581、582连接至LED灯585，从而使得电源可在检测到正常照明电力丢失状况的情况下从正常照明LED驱动器530切换至电池组550。
不像图3的实施例，图5的灯具500不使用两个POE链路段。相反，通过从由辅助电源输出接口535供应给正常照明LED驱动器510的正常照明电力中提取低水平的DC电力来使能一种单端口方法。在POE接口520已经将数据流域与电力流分离开之后(或者在其他实现方式中，在接口之前或之后的任何点处)，从被耦合至辅助电源输出接口535的POE馈电DC电力中提取电力。在一个实施例中，在到驱动器510的POE输入端515上在48Vdc的额定POE电压(36Vdc-57Vdc的范围)处提取DC电力(0W到3W)，并且经由输出端540、辅助电源链路545和电力输入端555将其供应给电池组550。DC电力接口转换器560控制(即通过限制涌入电流、双向滤波噪声、和缓冲)对所供应的电源进行馈电的48Vdc电源以便操作电池充电器565。
根据此安排，在一个实施例中，电池充电器565的输入电压是额定48Vdc(36Vdc-57Vdc的范围)。在同一个实施例中，电池充电器565的输出电压典型地浮动至电池570的额定电池电压(完全充电的9.6Vdc+/-20％)、或者仅针对其他特定电池的V电池_浮动。在其他实施例中充电器能够支持在2.4Vdc与24Vdc之间的典型范围内的其他电池电压。电池充电电流取决于充电水平、时间、应用和电池类型，范围从0.0Adc(无充电电流)向上至1C，其中，C是以Adc表达的电池充电容量等效电流。本发明的实施例所支持的C值包括1.2A、1.5A、2A、2.2A、2.5A、3A、3.5A、4A，其中，C＝3A针对POE照明是最典型的。
LED驱动器575的输入端耦合至电池额定端电压+/-20％的电池570并且范围至放电周期结束时的1V/电池单元。在典型的实施例中，针对8-电池单元NiCd电池，完全充电的典型电池电压大约为9.6Vdc。LED驱动器575的输入电流取决于电池电压、输出功率和效率。针对9.6Vdc电池电压，LED驱动器575的典型输入电流大约为1.7Adc。
针对应急模式操作，LED驱动器575连接至中继设备580的第一输入端581，该第一输入端连接至LED灯585。LED驱动器575能够针对类别2在从10Vdc到60Vdc的大范围电压上(以及针对非类别2在更大的电压上)驱动LED灯585，并且在范围为从0.08Adc到2Adc的大范围上进行驱动，其中，更高电流水平在未来是可能的。POE功率水平当前限于大约55瓦特，然而，通过未来的发展各自允许高达接近90瓦特。
在图5的实施例中，由电池组550中的电力丢失监测器590检测正常照明电力丢失。在此实施例中，正常照明LED驱动器510处的电力丢失(例如，因为电力已经在POE端口链路段505上丢失)引起辅助电源链路545上的电力丢失，从而使得可以在电池组550处检测到电力丢失。这维持了参考图3所描述的系统的优点，其中，电力可能在到灯具的任何点处丢失而不影响应急照明系统的功能。
如在图4的实施例中，电池组550包括控制器595，其响应于检测到电力丢失状况而至少切换中继设备580。控制器595可选地具有附加实施例中的附加功能，以下参考图6对其进行更全面的描述。
图6示意性地展示了可用于具有一个POE端口链路段的灯具(例如，以上参考图5讨论的灯具500)的应急电池组600。像图4中所描述的电池组，电池组600包括控制器655，但同时还包括用于与外部设备进行双向通信的I/O端口665a、665b，例如用于接收测试信号和状态查询以及用于在电力丢失状况下发送状态数据和错乱信号。
图7根据本发明的另一实施例示意性地展示了POE备用灯具700。在图7的实施例中(像图5的实施例)，灯具通过单个POE端口链路段702接收电力。不像图5的实施例，POE链路段702首先直接连接至电池组705。具有一体式电源桥(“IIPB”)715的POE端口接口提取低水平的DC电力以便提供给为电池725充电的电池充电器720，以向LED驱动器供应电力从而在如已经描述的电力丢失状况下驱动LED灯750。
IIPB 715操作用于提供隔离的数据链路、以及从链路段702到正常照明LED驱动器的DC电力链路。IIPB还从链路段702到电池充电器720提取或桥接低水平电力量。从系统层面的角度来看，链路段702是用于正常照明目的、单个链路段上的数据或电源的专用链路段。IIPB 715使得能够维持这种单用途用法，同时电源还用于为电池充电器720供电。根据IEEE 802.xx POE标准，经由链路段702将电力从PSE正常电源提供给正常照明LED驱动器705，其支持在PSE正常电源与正常照明LED驱动器705之间的有源且智能的通信。IIPB 715是智能电力提取器，从正常照明POE链路段提取低水平电力以便向电池充电器720提供电力，其方式为使得不打扰或干扰在PSE与正常照明驱动器705之间的数据通信或电力流。每个POE端口链路段旨在作为PSE与PD(在这种情况下，正常照明LED驱动器)之间的专用链路。IIPB在此过程中是透明的，并且不通过POE端口链路段702进行通信。
如在先前的实施例中，控制器747检测电力丢失状况并且切换中继设备740以便将电池725连接至LED灯750。不像在先前描述的实施例中，在电池组705中检测电力丢失状况。电力丢失监测是共享功能，其中，初始监测集中在IIPB 715内，并且附加地由电子控制件747支持。
图8示意性地展示了具有电源桥810的、可用于具有连接至输入端805的一个POE端口链路段的灯具的应急电池组800。这种灯具在例如以上参考图7讨论的灯具700中可用作电池组。像图4和图6中描述的电池组，电池组800包括控制器840，但同时还包括用于与外部设备进行双向通信的I/O端口845a、845b，例如用于接收测试信号和状态查询以及用于在电力丢失状况下发送状态数据和错乱信号。
图10展示了一对电力丢失监测器，其中的每个电力丢失监测器可用于以上参考图3描述的电力丢失监测器375。图10展示了两个电路：1005，该电路检测所附接的RJ45POE缆线1015的端口1(引脚1与引脚3之间)上的电力丢失；以及1010，该电路检测同一缆线的端口2(引脚4与引脚7之间)上的电力丢失。在接下来的讨论中，将主要参考端口1电路1005，该电路涉及电路部件R22、D21-D24、D25、D26、U4、U5、FB5、和FB6；然而，应当理解的是，该讨论同样适用于端口2的相邻电路1010。
如以上关于图1阐述的，POE中的电力提取通常发生在受电端设备的数据变换器(例如，图1中的125a和125b)上，具体是从双绞线变压器绕组(PD数据变换器初级)的“中心抽头”中进行电力提取。如图1所示，这些端接(参考RJ45连接器)是引脚组(1，2-3，6)和(4，5-7，8)。现在转至图3，由于图3的灯具使用两个单独的POE链路(用于电池充电的单独专用应急链路和用于正常照明LED驱动器的单独链路)，因此并不针对电力丢失监测器(例如，375)提供到用于正常照明POE链路的PD数据变换器(例如，位于POE接口360)的访问。本发明的实施例通过识别POE电压是DC并且在这种引脚对中的每个引脚对上具有相同的值(理想地)来解决此问题。即，V引脚1＝V引脚2并且V引脚3＝V引脚6等。因此，额定电压V引脚1-V引脚3＝+/-48Vdc。同样地，额定电压V引脚2-V引脚6＝+/-48Vdc。同样地，额定电压V引脚4-V引脚7＝+/-48Vdc。同样地，额定电压V引脚5-V引脚8＝+/-48Vdc。然后使用跨这些引脚对中的任一个引脚对(即，任何引脚对，其中，每个引脚与其自身在缆线中的双绞线相关联)的终止电路来测量并且检测给定端口上的电力。可实现最小数据干扰，因为所产生的dc电流i_监测器相对较低，并且是一种共模dc信号。
这种检测POE电力丢失的方法和系统的一个新颖优点是：使噪声和干扰最小化，这是由DC电流仅在两个对组之间(跨电源端子差分施加，而非跨任何一个数字数据对)差分实现的。针对每个数据对作为共模电流施加低水平DC电流，但在数据对组之间差分施加。数据对仅响应于该对内的差分信号，并抑制共模信号。而且，针对每根双绞线，数据信号是AC差分模式；因此，通过i_监测器的“非差分模式”最小化对数据信号的AC干扰，相反，其是跨对组的共模DC。而且，此电力丢失监测器连接方法对于图1中示出的备选方案A或B两者均是有效的。
在图10的电路中，由光耦合器U5(或者类似地端口2上的U6)来检测端口电源“导通”或“关断”，其中，输出信号时数字信号-端口电力“导通”状态使得光耦合器中的电流足以将光耦合器的输出晶体管驱动至“导通”状态。光耦合器是“高增益”设备，其中，通过光耦合器的输入LED的最小电流是期望的，其允许利用非常低的电力进行电力检测。另外，光耦合器U5提供电流隔离(对电力系统的功能部分进行隔离以防止直接电流)，其最大程度上防止了电路之间的噪声干扰。
在图10的电路中，经由桥整流器915通过光耦合器U5提供电流，使得电力丢失监测器与可能的极性实现方式中的每个极性实现方式相兼容(参见图10的电路1005的D21-D24)。
如所示出的，图10的电路包括串联连接到光耦合器U5的两个齐纳二极管(D25，D26)。第一齐纳二极管D25与光耦合器的输入LED串联连接，其仅在端口输入操作电压超过D25的击穿电压(Vb)时才提供期望的电流，从而提供电压参考装置。当跨D25的电压超过其Vb值时，D25“导通”，并且根据熟悉的齐纳二极管I-V曲线传递电流，使得电流在电压继续上升到Vb以上时急剧增加。在图10的安排中，当POE端口输入操作电压从0Vdc上升至48Vdc的额定值时，选择分量值从而使得在期望的端口电压处，电路急剧“导通”，允许电流流过并且然后在输入端口电压超过Vb时增大振幅。以此方式，测量POE电源“导通”阈值电压(37Vdc的最小输入操作电压)并发起电路响应。本领域普通技术人员理解到容易使用集成电路和可编程设备来实现齐纳二极管D25及其功能。
如在图10中可看出的，电路另外且可选地包括串联电阻器R22、光耦合器的输入LED、以及这两个串联齐纳二极管D25、D26。齐纳二极管总击穿电压(与这两个齐纳二极管Vb值一起)被选择用于设置电路响应(光耦合器U5的数字输出改变状态的点)。因此，包括串联电阻器R22、光耦合器、以及这两个串联齐纳二极管(D25和D26)的电路形成功能性模数转换器。
图10的电路另外且可选地包括提供滞后的某些特征。滞后是系统输出的关于目前和过去的输入变量的基于时间的函数。依赖性的产生是由于历史影响了内部状态的值。为了预测其未来输出状态，必须知道其内部状态或其历史。在图10的电路中，当输入电压达到电路“阈值电压”时，变得不断耗尽“抗干扰性”，其中，根据输入电压电平的输出状态变化变得极其不稳定。图10的设计提供了足够的滞后值以便抑制电路响应不稳定性和模糊性。
图10的电路包括隔离的滞后子电路(包括部件D26、U5)以及来自例如包含在上述控制器中的未展示的电力监测控制电路的馈电。隔离是通过使用光耦合器U5来实现的。滞后是通过设置高于“关断”电压电平的“导通”电压电平来实现的。在本发明的一个实施例中实现的完成这一目的的示例性方法用于首先将齐纳二极管的总击穿电压Vb_总分割为两个独立的齐纳二极管(D25和D26)。击穿电压Vb_D26是总电压中的一小部分；而且，Vb_D26<Vb_D25。当端口输入电压从0Vdc上升到48Vdc(其中电路“导通”阈值电压设置为37Vdc)时，光耦合器通过改变其输出晶体管上的数字状态以电路响应做出响应。光耦合器U4的输出端对监测器和控制电路进行馈电，该监测器和控制电路然后经由光耦合器U5以信息反馈的形式来耦合回至电力丢失监测器。U5(晶体管)的输出端被连接用于旁路齐纳二极管D26。当U5从状态“关断”转变为“导通”时，其输出晶体管绕D26转移电流，将D26齐纳电压降至接近零伏特。齐纳二极管的总击穿电压因此被降低了Vb_D26的值。电路“阈值”电压被重置为称作“下降输入电压”的较低电压(30Vdc)。光耦合器U4的输出状态将不会改变状态，直到输入电压下降并且减小小于30Vdc。“导通电压”(37Vdc)与“关断电压”(30Vdc)之间的差分电压是7V，并且被称为滞后电压。
图10的电力丢失监测器电路还包括用于衰减串扰和过滤噪声的特征。铁氧体磁珠FB5&FB6被放置为使得它们充当低通滤波器，衰减高频噪声能量。它们实际上是电路中的串联电感器。因此，铁氧体磁珠阻挡高频电流，从而使得能够对耦合到数据对中的高频噪声进行衰减。
虽然已经详细地展示了本发明的优选实施例，但是应当清楚，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对那些实施例作出修改和调整。

Claims (17)

1.一种以太网供电应急电池组，包括：电池充电器、可再充电电池和应急LED驱动器，所述应急LED驱动器连接至中继设备的第一输入端，所述中继设备具有可交替地切换为输出端的第一和第二输入端；
电力丢失监测器，配置成检测在连接的第一POE端口链路段处的电力丢失，其中所述电力丢失监测器连接至控制器，所述控制器配置成当所述电力丢失监测器在所述连接的第一POE端口链路段处检测到电力丢失时将所述中继设备的第一输入端连接至所述中继设备的输出端，
其中，所述电力丢失监测器连接至POE端口链路段的第一POE数据对上的第一导体，并且所述电力丢失监测器连接至同一POE端口链路段的第二数据对上的第二导体，且其中，所述电力丢失监测器检测在所述第一导体与所述第二导体上的DC电压之间的电压差。
2.如权利要求1所述的电池组，进一步包括第一POE输入端，其连接在所述第一POE端口链路段与所述电力丢失监测器之间。
3.如权利要求2所述的电池组，进一步包括POE输出端。
4.如权利要求3所述的电池组，其中，所述POE输出端通过直通环路连接至所述第一POE输入端，且其中所述电力丢失监测器配置成检测所述直通环路上的电力丢失。
5.如权利要求2所述的电池组，其中，所述第一POE输入端连接至所述电池充电器。
6.如权利要求1所述的电池组，进一步包括第二POE输入端，其连接在第二POE端口链路段与所述电池充电器之间。
7.如权利要求1所述的电池组，其中所述中继设备是机电开关。
8.如权利要求1所述的电池组，其中所述中继设备是固态设备。
9.如权利要求1所述的电池组，其中，所述电池充电器通过单个POE链路段接收DC电力。
10.如权利要求1所述的电池组，进一步包括一体式POE端口接口，其包括具有POE输出端的一体式电源桥。
11.如权利要求1所述的电池组，其中，所述电力丢失监测器包括在所述第一和第二导体与整流二极管桥之间的连接。
12.如权利要求11所述的电池组，其中，所述电力丢失监测器进一步包括连接至所述整流二极管桥并且相对于所述整流二极管桥被安排的光耦合器、电阻器和齐纳二极管，从而使得当所述第一导体与所述第二导体之间的电压差超过预定阈值时电流流经所述光耦合器的LED。
13.如权利要求11所述的电池组，其中，所述电力丢失监测器进一步包括连接至所述整流二极管桥并且相对于所述整流二极管桥被安排的光耦合器、电阻器和齐纳二极管，从而使得当所述第一导体与所述第二导体之间的电压差低于预定阈值时防止一定量的电流流经所述光耦合器的LED。
14.如权利要求11所述的电池组，其中，所述电力丢失监测器进一步包括铁氧体磁珠滤波器。
15.如权利要求1所述的电池组，其中，所述第一和第二导体通过第一POE输入端连接至所述第一POE链路段。
16.一种电力丢失监测器，配置成检测在连接的第一POE端口链路段处的电力丢失，其中所述电力丢失监测器连接至POE端口链路段的第一POE数据对上的第一导体，并且所述电力丢失监测器连接至同一POE端口链路段的第二数据对上的第二导体，其中所述电力丢失监测器检测所述第一导体与所述第二导体上的DC电压之间的电压差。
17.一种用于在POE照明系统中切换电力的装置，包括中继设备和电力丢失监测器，其中所述电力丢失监测器配置成检测在连接的第一POE端口链路段处的电力丢失，其中所述电力丢失监测器连接至控制器，所述控制器配置成当所述电力丢失监测器在所述连接的第一POE端口链路段处检测到电力丢失时将所述中继设备的第一输入端连接至所述中继设备的输出端，
其中，所述电力丢失监测器连接至POE端口链路段的第一POE数据对上的第一导体，并且所述电力丢失监测器连接至同一POE端口链路段的第二数据对上的第二导体，且其中，所述电力丢失监测器检测在所述第一导体与所述第二导体上的DC电压之间的电压差。
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