CN109792815B - 照明模块和控制照明系统的方法 - Google Patents

Abstract

一种照明模块，具有传导布线，该传导布线用于向照明元件提供电流。传导布线还用作用于感应功率传递的变化电磁场的源，使得外部设备可以从该场收集能量。驱动器用于提供适配成照射照明元件的时变电流，并且与布线配置相组合来适配成生成用于感应功率传递的变化电磁场，以由外部设备进行能量收集。

Description

照明模块和控制照明系统的方法

技术领域

本发明涉及照明模块和照明系统的控制方法。

背景技术

照明模块用于灯具内，以提供室内或室外照明解决方案。

供应给灯具的能量以光、热以及以电磁干扰（EMI）能量耗散。通常，EMI能量被认为是浪费的能量耗散，并且磁屏蔽部件用于限制来自灯具的EMI的辐射发射，并且EMI滤波器用于限制EMI的传导发射。

这限制了灯具生成有用能量的效率。

灯具有成为更多功能和更智能的照明系统（例如包括用于自动照明控制的传感器）的集成部分的趋势。为了给这些传感器供电并提供无线连接，出于系统灵活性的原因，通常使用电池操作设备。无线的电池操作设备可以自由定位，而无需任何特定的布线基础设施。电池需要定期维护（例如每若干月或年），并且这为具有无线传感器或其他无线部件的智能系统的实现提供了维护成本代价。

众所周知，除了设备之间的无线通信之外，无线功率传递也是可能的。这通常需要在一个（功率供应）设备中的专用无线功率传输系统和在另一个（功率接收）设备中的专用无线功率收集系统。这增加了系统的成本、体积和复杂性。

诸如编码光的可见光通信也是有前景的。但是尚未有在同一灯/灯具中可见光通信和感应传递两者的集成。

发明内容

因此，需要低成本和低维护方式来为与照明模块相关联的设备（诸如传感器）供电，例如使得可以实现智能照明系统。

本发明的基本思想是重新使用层2 PCB（其上安装有照明元件-通常是LED）上的轨道/轨迹作为辐射器，以辐射能量来为比如传感器的外部设备供电。轨道/轨迹被成形为既可以为照明元件传导电流，也可以由照明元件电流激励以发射辐射。驱动器适配成提供照明元件电流，该电流还激励轨道/轨迹以发射辐射。

本发明由权利要求限定。

根据依照本发明的一方面的示例，提供了一种照明模块，包括：

衬底；

在衬底上的至少一个传导轨道，具有轨道配置；

照明元件，沿着至少一个传导轨道安装在衬底上；和

驱动器，用于经由轨道向沿着传导轨道的照明元件提供电流，

其中，驱动器适配成提供时变电流，其适配成照射照明元件，其中轨道配置适配成既将电流传导至照明元件（24）以用于光照，又生成用于感应功率传递的变化电磁场，以用于由外部设备进行能量收集。

此照明模块生成交变电磁场，其可以用于能量收集。它利用已经由照明元件（例如LED）使用的传导轨道，并且从而提供紧凑且低成本的解决方案。否则将被浪费（例如通过EMI滤波和EMI阻挡）的能量，被替代地积极用于能量收集目的。衬底例如是刚性衬底，诸如印刷电路板的树脂或塑料板，并且轨道是印刷电路板上的印刷轨道。

时变电流具有（AC分量的）频率，适合于生成用于感应功率传递的交变电磁场。频率例如在kHz到MHz范围（例如10kHz到100MHz）内。该频率高于调节DC电流水平的频率，调节DC电流水平的频率更可能处于亚-10Hz频率范围内（例如响应于环境光变化或响应于用户输入的亮度水平调节）。

在一组示例中，轨道配置例如包括平滑或有角度的螺旋。因此，照明元件沿螺旋分布。

以这种方式，照明模块中的轨道的整体形状可以用于限定传输电感器线圈。然后，接收器线圈可以通常放置在照明模块的整体区域内以收集功率。

例如，驱动器适配成生成具有DC偏置的交流波形。在这种情况下，可以在不使用整流器的情况下驱动LED。轨道的电感至少为10μH，例如大于50μH。这能够实现功率传递的非常强的信号强度。照明元件沿着螺旋的至少一圈均匀或不均匀地分布，和/或照明元件在螺旋的多圈上均匀或不均匀地分布。这提供了将LED放置成用于所期望光输出效果同时还提供功率传递的灵活性。轨道的直径取决于灯具设计，其可以小到若干厘米（对于小的膝上灯具或灯泡）以及大到几十厘米（对于筒灯和吸顶灯）。轨道直径越大，其供电范围越大。

DC偏置用于提供光输出。交变波形则优选地具有高于可见闪烁频率的频率，使得能量收集功能不影响视觉照明外观。

在另一组示例中，轨道配置包括在照明元件之间的成形区段。这与其中轨道的整体用作辐射器的上述示例不同。

以这种方式，可以在区段的位置处提供离散的能量传递区域。对于高频操作（例如在MHz范围或更高范围内），这些区段可能需要小的电感，诸如小于1μH。对于能量收集，则可以将外部设备放置在离散的能量传递区域。

每个成形区段例如包括线圈布置或传输线布置，并且每个成形区段的电感至多为1μH。

模块可以适配成耦合到具有多个接收元件的盖件，并且每个成形区段适配成与一个接收元件对准。

接收元件各自从相应的成形区段接收功率，以提供离散的能量传递区域。一个区域可以为一个相应的无线设备提供能量，或者多个（或所有）接收元件可以组合以向公共外部设备提供功率。

在所有示例中，驱动器可以包括开关模式电源。

交变波形的频率例如基于开关模式电源的开关频率，其可以从kHz到MHz。因此，它是在驱动器内已经存在的纹波电流，其然后被采用而不是滤除。

例如，驱动器没有EMI滤波器，使得没有传导发射的故意衰减。生成的电磁场用于能量传递，因此不需要EMI滤波器。这减少了部件数量。

驱动器可以没有输出平滑电容器，其中所述开关模式电源适配成以连续模式操作并且提供具有AC分量的连续输出电流，其中所述AC分量具有至少500mA的可变幅度并且具有至少50 kHz的频率。

对于生成连续电流的驱动器设计，通常使用平滑电容器来滤除任何高频纹波。对于一些驱动器设计，可以替代地移除电容器以导致存在期望的交流分量。

驱动器可以替代地适配成在不连续模式下操作并提供不连续的输出电流，其中驱动器还包括：

输出平滑电容器，用于平滑不连续的输出电流；

输出电容器和轨道之间的AC阻挡电感器；和

注入接口，用于生成至少50kHz和至少500mA的交流波形分量到轨道中。

对于仅在驱动器设计的开关周期的某些阶段生成输出电流的驱动器设计，仍然需要平滑电容器来创建所需的DC电流分量。然后可以使用额外的电感器和电容器来提供用于提供所期望的交流分量的隔离电路。

模块还可以包括在衬底的与至少一个传导轨道和照明元件相对的侧上的散热器。

散热器可以是非金属的，或者另外它可以是金属，并且然后包括定位于照明元件处的热耦合部分和轨道处的间隙部分，该轨道处没有安装照明元件以允许轨道的辐射。

非金属设计防止散热器执行不期望的电磁屏蔽功能。金属设计使得能够使用金属散热器，但是它不存在于仅有轨道没有LED（对应于传输线圈）的间隙中。因此减少了对传输的电磁场的阻挡效应。

本发明还提供一种照明系统，包括：

如上面所限定的照明模块，其中衬底是刚性的；和

用于放置在照明模块上方或附近的部件，该部件包括用于从变化的电磁场收集能量的能量收集电路。

此系统将照明模块与无线供电部件相结合。这节省能量，并且还使得智能照明特征能够以简单且低成本的方式实现。它可以避免部件需要具有电池功率。

部件例如包括用于控制照明模块的传感器，并且所述部件是光学盖件。

因此，传感器安装在模块上方并从中收集能量。

依照本发明另一方面的示例提供一种控制照明系统的方法，包括：

经由传导轨道向沿着传导轨道安装的照明模块的照明元件提供时变电流，所述传导轨道既将电流传导到照明元件，又利用时变电流生成用于感应功率传递的变化电磁场以及照射照明元件；和

使用设置在照明模块处或附近的外部设备从变化的电磁场中收集能量。

在本发明的另一方面，还需要在灯中将感应供电与流行的可见光通信相组合。最有利地，这种组合最好是重新使用或共享一些硬件的综合集成，而不是具有用于光通信和感应传递的两个单独的相应模块。

本发明的另一方面的基本思想在于，在同一驱动信号中对可见光通信和感应功率/数据两者进行频率多路复用，并且此驱动信号被馈送到照明元件和磁性元件两者。可见光通信的接收器对可见光通信的频率敏感，并且可以被配置为绕过感应功率/数据部分的频率；感应功率/数据的接收器可以被配置为对感应频率敏感，并且还可以使用可见光通信频率或者通过忽略它来不使用。因此，可以在同一照明模块中同时实现可见光通信和感应功率/数据。此外，感应功率/数据的接收器和可见光通信的接收器可以是物理上不同的设备或物理地集成在同一设备中。

根据本发明的另一方面，提出了一种照明模块，包括：磁性元件；照明元件；以及用于向磁性元件和照明元件提供电流的驱动器，其中驱动器适配成提供适配成照射照明元件的时变电流，并且在与磁性元件组合的情况下，适配成生成用于由外部设备进行能量收集的变化的电磁场，其中所述驱动器适配成为电流提供第一和第二频率分量，第一频率分量的频率大于第二频率分量的频率，并且所述磁性元件适配成与第一频率分量反应以生成所述变化的电磁场，并且所述照明元件适配成与第二频率分量反应以根据第二频率分量生成光。

在这方面，在电流中使用频率多路复用以具有感应分量和可见光通信分量两者，因此不需要为两个信道具有单独的调制器，从而节省了成本、空间和复杂性。

优选地，磁性元件和照明元件串联连接。因此，驱动器可以将电流注入到此串联连接中并且非常方便地驱动磁性元件和照明元件两者。

在磁性元件的简单且低成本的实现中，它包括具有轨道配置的在衬底上的轨道。更优选地，轨道配置包括平滑或有角度的螺旋，并且照明元件沿螺旋分布。在此实现中，连接照明元件的布线也是磁性元件，其成本非常低并且节省空间/专用磁性部件，诸如鼓芯电感器。螺旋形状可以在小区域内提供所期望的电感，因此有利于用在灯中。

在一实施例中，驱动器适配成为第二频率分量提供1kHz至10kHz的频率范围，以便调制由照明元件生成的光。更优选地，驱动器适配成在所述第二频率分量中嵌入第一数据符号，并用于在所述第一频率分量中传输功率。

在此实施例中，频率范围是用于可见光通信（诸如编码光标准）的典型带，因此它与现有标准兼容。

在一实施例中，驱动器适配成为第一频率分量提供大于100kHz的频率范围，以便由外部设备收集。

在此实施例中，这种高频范围是开关模式电源中的典型频率，并且适合于感应传递。它还与现有的感应供电标准兼容。

在另一实施例中，驱动器适配成通过使用第三频率分量来调制频率分量，并且磁性元件适配成与第三频率分量反应以生成所述变化的电磁场。

此实施例使得第三频率能够在电流中多路复用，并且在照明模块中提供另一输出信道。

在另一实施例中，驱动器（14）适配成为第三频率分量提供10kHz至100kHz的频率范围。

在此实施例中，第三频率分量在第一和第二频率分量之间并且将不干扰第一和第二频率分量，因此三个信道非常稳健。总共有两个感应信道。

在另一实施例中，驱动器适配成在所述第三频率分量中嵌入第二数据符号。除了第二频率分量之外，此实施例还提供用于数据通信的另一信道，并且增加了照明模块的数据吞吐量。

在另一实施例中，驱动器适配成将有效载荷信息作为第二数据符号嵌入第三频率分量中，以及将所述有效载荷信息的校验和信息作为第一数据符号嵌入第二频率分量中。

此实施例提供了用于数据通信的稳健解决方案，并且可以通过校验和信息来检测或校正有效载荷信息的接收中的任何错误。

在替代实施例中，驱动器适配成嵌入分别作为第二数据符号和第一数据符号的相同信息。

此实施例提供冗余传输，并且从而提供用于数据通信的稳健解决方案。

在替代实施例中，驱动器适配成嵌入分别作为第二数据符号和第一数据符号的无关信息。该实施例的数据吞吐率相对高。

在优选实施例中，驱动器适配成响应于外部设备的阻抗的变化检测第一频率分量的变化，以及从所述变化中检索第三数据符号。此实施例使得驱动器中的接收能够从外部设备接收数据。因此，可以实现照明模块中的双工通信。

在优选实施例中，驱动器适配成嵌入作为第一数据符号或第二数据符号的驱动器的电路或操作信息。这提供了本发明的应用，并且可以与在先申请PCT/CN2016/083947/中公开的解决方案一起使用，以改进驱动器的识别并测量其功耗，该在先申请公开了在开关模式电源的高频功率换向信号中提取开关特性，并根据开关特性识别开关模式电源。此优选实施例可以发送未包含在功率换向信号中的其他信息，并且信息可以是变压器电感、驱动器效率等。

在本申请的第二方面，提供了一种照明系统，包括：如前述任一权利要求所述的照明模块；以及用于放置在照明模块上方或附近的外部设备，该外部设备包括用于从变化的电磁场收集能量的能量收集电路。

在另一实施例中，所述照明系统还包括：照明检测设备，适配成接收由所述照明模块生成的光并检测第二频率分量。

本发明的这些和其他方面从下文描述的（多个）实施例将是显而易见的并将参考下文描述的（多个）实施例得以阐明。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了照明系统，包括照明模块和外部部件，该外部部件从由照明模块生成的电场中收集能量；

图2示出了基于通常螺旋设计的各种可能的轨道配置；

图3示出了合适的驱动电流的示例；

图4示出了一种可能的开关模式电源；

图5示出了当驱动器具有平滑电容器时用于注入AC电流分量的示例电路；

图6示出了三种可能的散热器设计；

图7示出了具有一组发射器区域的电路板；

图8显示了可能的照明模块设计；

图9示出了具有盖件的照明模块，该盖件承载一组接收器线圈；

图10示出了管状LED，其具有设置在盖件中的一行接收器线圈；

图11示出了具有可见光通信信道和磁信道的照明模块的结构；

图12示出了磁信道的第一频率分量信号；

图13示出了可见光通信信道的第一频率分量信号和第二频率分量信号；

图14示出了第一、第二和第三频率分量信号；

图15示意性地示出了本发明的应用场景；

图16示出了经由磁信道从外部设备在照明模块处的接收。

具体实施方式

本发明提供了照明模块，其中用于向照明元件提供电流的传导轨道也用作变化的电磁场的源，使得外部设备可以从该场收集能量。

图1示出了照明系统，其包括照明模块10和外部部件12，外部部件12从由照明模块生成的电场中收集能量。外部部件例如包括用于自动控制光模块10的操作的光传感器。

照明模块10具有驱动器14和照明元件16，例如以设置在印刷电路板的传导轨道布置上的LED布置的形式。照明元件生成光输出18以及还有预期的时变电磁场20。这是通过向LED布置的LED提供时变电流而生成的，其与轨道配置组合生成预期的变化电磁场。术语“预期的”意指它意图于由外部设备基本上收集。

外部设备12用于放置在照明模块10上方或附近，并且它包括用于从变化的电磁场20收集能量的能量收集电路。能量收集电路是完全常规的，并且包括拾取线圈和接收电路，接收电路包括谐振电路、整流器电路、转换器器电路和负载。

传导轨道布置是照明模块的所需部分，因此能量生成不需要附加的部件。它通过从驱动器提供合适的驱动电流到合适的轨道配置来实现。以这种方式，否则将被浪费的能量积极地用于能量收集目的。

基于电磁耦合的用于无线功率技术的能量收集技术是众所周知的。导体轨道和照明元件驱动器的使用避免了对更典型的半桥或全桥驱动的谐振电路以及专用的感应功率传输线圈的需要。本发明的布置特别适合于从照明模块/灯具到具有低额定功率的设备的能量传递。外部设备通常还可以包括充当缓冲器的存储部件。这意味着控制要求和额定功率是低的。

时变电流具有DC分量和AC分量。 AC分量的频率适合于生成用于感应功率传递的交变电磁场。频率例如在kHz到MHz范围内。频率高于调节DC电流水平的相对低频，比如当调光水平改变时。

对于低功率应用，无线功率传递可以在相对长的距离（许多厘米）上有效地为附近的模块供电或者为这样的模块内的电池充电。

在第一组示例中，传导轨道布置包括呈平滑或有角度螺旋形状的轨道。然后，轨道的通常形状用作生成所期望电磁场的电感器线圈。

图2A至2E示出了基于通常螺旋设计的各种可能的轨道配置。它们各自包括在衬底23上方的导体轨道22。无线功率传递系统的基本要求是具有AC电流分量的传输线圈。

图2A示出了沿螺旋轨道22的长度具有一组LED 24的螺旋轨道22。间距是不均匀的，使得LED的最终图案包括8个径向线的LED。整体形状是环形的，使得从设备中输出光环。这意味着轨道形成具有中心开口的感应线圈。

图2B示出了仅沿着螺旋线圈的第一外圈具有一组LED 24的螺旋轨道22。间距是均匀的，使得存在光照的均匀的单环。在此示例中，整体形状是圆形的并且轨道完全延伸到中心。LED可以存在于螺旋的一圈（图2B）上、在所有圈（图2A）上或圈的子集上。

图2C示出了沿螺旋轨道22的长度具有一组LED 24的螺旋轨道22。间距再次不均匀，使得LED的最终图案包括四条径向线的LED。整体形状是圆形的。每个螺旋圈上都有LED，但它们在每一圈上间隔180度，使得沿每条径向线的LED间距是圈间距的两倍。

螺旋不需要是平滑的。图2D示出了有角度的螺旋轨道22，其中螺旋的每个环基本上是三角形的。图2E示出了有角度的螺旋轨道22，其中螺旋的每个环基本上是矩形/正方形。

圈数和绕组直径将取决于光学设计和电气设计，例如考虑所需的无线充电功率率和外部设备的接近度。

举例来说，基于仅5圈，300mm直径的线圈具有约50μH的电感。当使用单个通用线圈形状来提供电磁场时，轨道的电感例如至少为50μH。以上示例示出了光学设计可以是边缘发射，或者基于整个模块区域上方的发射。

图3示出了用于驱动LED的合适驱动电流30的示例。存在DC偏置电平32，高频（kHz或MHz）AC分量叠加在其上。LED需要DC电流来发射光，而交流分量生成无线功率传递的所需交变电磁场。 AC分量是足够高的频率以防止可见的闪烁。图3中的纹波/ AC幅度仅是示意的。

驱动器14是开关模式电源，例如如图4所示的单级低功率因数降压转换器LED驱动器。此示例包括主开关S、反激二极管D和以电感器L形式的能量存储器，其为LED布置（表示为单个LED）提供连续电流。还示出了输出滤波电容器器C。

在此设计中，即使去除输出滤波电容器C，电流也是连续的。在这种情况下，输出电流则将具有带有纹波频率的电流纹波，该纹波频率对应于主开关S的操作频率，例如50kHz。

由于纹波电流频率与开关频率相同，因此没有可见的闪烁。

因此，在这组设计中，驱动器可以布置成没有输出平滑电容器，并且开关模式电源以连续模式操作。例如，AC分量具有至少500mA的可变幅度（即峰之间电流变化），并且具有对应于开关频率的至少50kHz的频率。

对于具有功率因数校正的单级驱动器，以及对于单独的功率因数校正和驱动器电路，电感器电流通常不连续，使得需要输出电容器。在这种情况下，驱动器以不连续模式操作。因此，输出平滑电容器可能是必须的。在这种情况下，可以在驱动器的开关模式电源之后将AC分量注入电流中。图5示出了当驱动器具有输出平滑电容器C1时用于注入AC电流分量的示例电路。

在输出电容器和表示为电感器L2的传导轨道之间提供AC阻挡电感器L1。

提供注入接口50，用于生成至少50kHz和至少500mA的交流波形分量52到轨道中。

注入接口通过仅通过AC电流的DC隔挡电容器C2耦合到传导轨道。电感器L1防止来自电容器C2的AC信号返回通过到驱动器中，并且然后影响驱动器功能，特别是由于谐振。期望的AC频率和幅度取决于电容器C2和注入信号，并且DC电流由驱动器输出电压和电感L2确定。

如上所述，对于连续模式驱动器电路，可以省略输出平滑电容器。在所有情况下，也可以省略EMI滤波。

大多数灯具设计需要散热器来帮助耗散生成的热量。通常，散热器是放置在电路板下方的金属片。在此应用中，此金属散热器可以吸收变化的电磁场（并生成热量），这可能导致低的无线充电效率。

一个简单的解决方案是使用玻璃或陶瓷来代替金属散热器。由于LED效率越来越高，越来越多的应用能够使用成本更低的非金属材料来进行热耗散。一些应用甚至可能不需要任何散热器。

对于需要金属散热器的应用，图6示出了三种可能的散热器设计。

图6A示出了具有外边缘60和内边缘62的环形散热器，表示为设置在图2A的电路板设计下方。

可以选择散热器的特定形状以最小化对无线充电系统的影响。图6B示出了具有外边缘60和内边缘62的环形散热器，其表示为设置在图2B的电路板设计下方。注意，环形散热器在轨道的内圈处具有开口/间隙。

图6C示出了具有外边缘60和内边缘62以及LED位置处的径向翅片64的环形散热器，其表示为设置在在图2C的电路板设计下方。注意，散热器在存在轨道的径向翅片64之间具有间隙。

这些设计避免了在无线充电电路的轨道的至少一些部分处的大的金属区域。

以上示例均基于用作线圈的传导轨道的通常形状。这提供了通常没有散热器的充电区域。通常区域内的一个或多个外部设备可以被充电或被供电。无线充电范围取决于发射器线圈和外部设备的接收器线圈之间的耦合。较大的发射器线圈给出较大的充电范围。

通过使发射器线圈尽可能大，范围尽可能大，例如它甚至可以使远程设备能够被充电，例如放置在台灯下面的桌子上的外部设备。例如，如果发射器线圈的直径达到300mm，则无线充电范围可能达到150-300mm。

如果外部设备直接放置在灯具的输出表面（例如透镜）上，则外部设备可以在没有电池的情况下工作，并且替代地使用电容存储器（对于照明切断的时间）。

单个螺旋或盘绕轨道的一替代方案是提供更多局部和离散的充电区域。

图7示出了具有一组发射器区域70的电路板。发射器区域形成为传导轨道的成形区段（位于照明元件之间）。每个成形区段例如包括线圈布置或传输线布置。每个成形区段的电感可以是至多1μH。这适用于接触或接近接触充电而不是远程充电，并且这意味着存在电磁场强度降低（并且因此存在与其他设备的潜在干扰）。

对于这种接触或接近接触功率传递，可以使用具有多个接收元件的盖件，并且然后每个成形区段与一个接收元件对准。

图8示出了可能的照明模块设计。

图8A示出了标准的已知布置。驱动器14通过EMI滤波器80连接到LED轨道。LED之间的轨道部分82是直线而不是成形区段，并生成小的电磁场84，其通常被设计成被壳体设计阻挡。

图8B示出了根据上面实施例的第一设计，其中在LED之间存在以局部线圈形式的成形区段86。成形区段生成较大的交变电磁场88。如图8B所示，成形区段成形为螺旋。

图8C示出了第二设计，其中在LED之间存在以蛇形/方波传输线形式的成形区段86。成形区段再次生成较大的交变电磁场88。蛇形轨道不需要交叉点，而线圈需要交叉点来连接到中间。

优选地，在图8B和8C中，不需要EMI滤波器。

由于较小的电感，外部设备需要与相应的成形区段86对准。

通过将外部设备形成为盖件的一部分，可以实现成形区段和拾取线圈之间的这种对准。

图9示出了具有盖件90的照明模块10，盖件90承载一组线圈92，用于一个外部设备或一组外部设备。线圈92与下方的电路板的成形区段对准。

这提供了一种两部分的灯具。第一部分是具有发射交变电磁场的LED电路板的照明模块。第二部分是灯具盖件。它例如印刷有能量收集线圈阵列以收集从LED电路板发射的能量。外部部件例如是无线传感器。

能量收集线圈中的线圈92定位成使得它们不阻挡光输出。每个线圈收集的能量可以相加以提供高电压。线圈92也可以通过透明/半透明材料来实现。

图9基于LED和发射器线圈的圆形布置。

图10示出了管状LED，其具有设置在管状盖件中的一行线圈92。

本发明可以用于任何类型的灯具或灯泡，并且当在光源附近期望局部感测时特别感兴趣。通过由无线功率传递为外部传感器提供能量，系统易于安装和重新配置。对于更长范围的实现，可以更通用地使用无线功率传递，例如用于对与照明系统不直接相关的用户设备充电。因此，本发明不限于向形成照明控制系统的一部分的设备提供功率。对于台灯的示例，它可以具有针对用户的移动设备的充电功能，而不需要将它们插入并使得它们能够保持在工作站区域。

设计可以缩放到任何尺寸。对于长范围充电或供电系统，需要更大的电感，并且上面给出了超过50μH的示例。对于短范围充电系统，可以使用较小的电感，并且对于每个线圈或传输线，上面给出了小于1μH的示例。然而，这不排除具有在这些值之间的电感的系统。选择操作频率与电感值相组合，以提供所期望的能量传递能力。

通过使用上面的结构，提供了一种用于可见照明通信信道和感应信道两者的照明模块。更通常地，感应元件可以是除上述轨道之外的磁性元件。

如图11所示，所提出的照明模块包括：

磁性元件22；

（多个）照明元件24；和

驱动器14，用于向磁性元件22和照明元件24提供电流，

其中，驱动器适配成提供适配成照射照明元件24的时变电流，并且与磁性元件22组合来适配成生成变化的电磁场，用于由外部设备进行能量收集，

其中所述驱动器14适配成为电流提供第一和第二频率分量，第一频率分量的频率大于第二频率分量的频率，并且所述磁性元件22适配成与第一频率分量反应来生成所述变化的电磁场，并且所述照明元件24适配成与第二频率分量反应以根据第二频率分量生成光。

可选地，如所示，照明模块具有两级结构，并且可以包括用于接收市电AC功率供应的接口和在驱动器14之前的恒定电压（CV）级。作为示例，驱动器14是在LED电流中使用迟滞控制机构的降压转换器：LED电流在高电平和低电平之间交变，如图12所示，因此平均LED电流是恒定的。如上面所讨论，诸如电感12的磁性元件对此高频交变作出反应并且将生成用于由外部设备收集能量的变化的电磁场。降压转换器的功率换向频率通常具有大于100kHz的频率范围。为了减少LED上的闪烁，可以进一步与（每个）LED并联地添加电容器（现在示出），以便吸收100kHz纹波/第一频率分量。

本发明提出在驱动电流中增加另一个频率分量。如图13所示，电流仍为100kHz包络信号，并且如以1kHz所示的低频分量被增加/调制100k HZ信号。照明元件适配成对此低频分量作出反应并生成具有1kHz交变的光，以由诸如编码光接收器的外部光接收器感测。1kHz的频率仅是示例，并且可以是1kHz至10kHz，或者甚至更高，只要其可被光接收器检测到并且确保离感应频带的安全裕度。上述电容器不吸收第二频率分量，因此LED能够对此第二频率分量作出反应。

为了实现这一点，可以在第二频率分量的频率下禁用降压转换器。

甚至更进一步地，第三频率分量可以被多路复用，其高于第二频率分量并且在可见光通信中不可检测，但是低于感应供电频率并且在感应信道中可检测到。图14示出了包括三个频率分量的示意性电流波形。如所示，进一步应用10kHz调制，其可由感应接收器/收集器检测到。优选地，10kHz调制包含1kHz信号，以及在10K Hz频率处的更多信息。上述电容器还能够吸收10kHz纹波/第三频率分量。为了实现这一点，可以在第三频率分量的频率下禁用降压转换器。

图15示意性地示出了两个信道的应用场景：由第二频率分量驱动的、用于可见光通信（VLC）信道的照明元件24，其通常在远场；以及由第一和可选的第三频率分量驱动的、用于感应供电和数据通信的磁性元件22，其通常在近场。

VLC是长距离通信方式，并且它提供由智能电话相机检测到的地址或位置信息。磁场仅覆盖接近灯具的小范围，它被完美用作调试或感测或与小的设备进行其他更安全的通信。并且小的设备可能是被动的，因为它可以同时收集感应功率。

甚至进一步地，感应信道可以是双工的而不是仅从照明模块传输到外部设备。为了允许从外部设备在照明模块处接收，可以使用外部设备处的负载调制。更具体地，由于外部设备磁耦合到磁性元件22，其阻抗/电感对磁性元件22的电感有一些影响。通过调制外部设备的电感22'，磁性元件22的电感变化。如图16所示，在接收持续时间中，降压转换器仅在电流控制环路上换向功率，而不多路复用第二和第三频率分量。由于磁性元件22的电感随着外部设备中的调制而改变，因此功率换向的频率改变。通过频率检测（通过内部MCU或频率检测电路），照明模块/灯/灯具将从外部设备获得数据。数据可以用于调试、传感器数据或灯具控制。

关于要在第二频率分量和第三频率分量中传送的数据，许多替代方案是可能的。例如，

数据将通过磁力和VLC以相同的时间和值来发送出去，接收器从这两个信道获得数据并对它们进行比较。如果数据相同则在通信期间不发生错误。或者

将有效载荷信息作为第二数据符号嵌入第三频率分量中，并将所述有效载荷信息的校验和信息作为第一数据符号嵌入第二频率分量中。

在另一个应用中，可以将驱动器的信息作为第一数据符号或第二数据符号发送。这些优选地是不容易从外部检测到的信息。例如，PCT/CN2016/083947/公开了一种从高频功率换向信号中检测驱动器的一些信息的解决方案，并且这些可检测的信息包括驱动器开关频率、占空比和波形幅度。此外，根据本发明的实施例，嵌入了不那么可检测到的信息，诸如驱动器拓扑、变压器参数、系统温度、调光水平、输入电压、LED电压等。从这两种信息中，可以改进灯诊断或功率监测。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种照明模块，包括：

PCB（23）；

在所述PCB上的至少一个传导布线（22），具有布线配置，所述布线配置是PCB布线；

照明元件（24），沿着所述至少一个传导布线安装在所述PCB上，所述照明元件（24）包括LED，并且所述传导布线包括在所述LED之间并且电气连接所述LED的布线部分；和

驱动器（14），用于经由所述传导布线向沿着所述传导布线的所述照明元件提供电流，

其中，所述驱动器适配成提供时变电流，其适配成点亮所述照明元件（24），其中所述布线配置适配成既将电流传导至所述照明元件（24）以用于光照，又利用所述时变电流生成用于感应功率传递的变化电磁场，用于由外部设备进行能量收集。

2.如权利要求1所述的模块，其中所述布线配置包括平滑或有角度的螺旋，并且所述照明元件（24）沿所述螺旋分布。

3.如权利要求2所述的模块，其中所述驱动器（14）适配成生成具有DC偏置的交流波形，所述传导布线的电感至少为10μH并且所述照明元件沿着所述螺旋的至少一圈均匀或不均匀地分布，和/或所述照明元件在所述螺旋的多圈上均匀或不均匀地分布。

4.如权利要求1所述的模块，其中所述布线部分在所述照明元件（24）之间被成形。

5.如权利要求4所述的模块，其中每个所述布线部分（86）包括线圈布置或传输线布置，并且每个成形布线部分的电感至多为1μH。

6.如权利要求4所述的模块，其中所述模块适配成耦合到具有多个接收元件的盖件（90），并且每个成形布线部分适配成与一个接收元件对准。

7.如权利要求1所述的模块，其中所述驱动器（14）包括开关模式电源。

8.如权利要求7所述的模块，其中所述驱动器（14）没有EMI滤波器。

9.如权利要求7所述的模块，其中所述驱动器（14）没有输出平滑电容器，其中所述开关模式电源适配成以连续模式操作并提供具有AC分量的连续输出电流，其中所述AC分量具有至少500mA的可变幅度并且具有至少50kHz的频率。

10.如权利要求7所述的模块，其中所述驱动器适配成在不连续模式下操作并提供不连续的输出电流，其中所述驱动器还包括：

输出平滑电容器（C1），用于平滑所述不连续的输出电流；

所述输出平滑电容器和所述传导布线之间的AC阻挡电感器（L1）；和

注入接口（50），用于生成至少50kHz和至少500mA的交流波形分量到所述传导布线中。

11.如权利要求1所述的模块，还包括在所述PCB的与所述至少一个传导布线和照明元件相对的侧上的散热器（60、62、64）。

12.如权利要求11所述的模块，其中：

所述散热器是非金属的；或者

所述散热器是金属，并且包括定位于所述照明元件处的热耦合部分和所述传导布线处的间隙部分，所述传导布线处没有安装照明元件以允许所述传导布线的辐射。

13.一种照明系统，包括：

如前述任一权利要求所述的照明模块，其中所述PCB是刚性的；和

用于放置在所述照明模块上方或附近的部件，所述部件包括用于从所述变化电磁场收集能量的能量收集电路。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述部件包括用于控制所述照明模块的传感器，并且所述部件是光学盖件。

15.一种控制照明系统的方法，包括：

经由PCB上的传导布线向照明模块的照明元件提供时变电流，所述照明元件是沿着所述PCB上的所述传导布线安装的LED，所述传导布线包括在所述LED之间并且电气连接所述LED的布线部分，以既将电流传导到所述照明元件，又利用所述时变电流生成用于感应功率传递的变化电磁场以及点亮所述照明元件；和

使用设置在所述照明模块处或附近的外部设备从所述变化电磁场中收集能量。

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