CN112040609B - 具有经由电源切换开关为led灯具供电的集中式电源的园艺设施 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有经由电源切换开关为LED灯具供电的集中式电源的园艺设施，该园艺设施包括：设置在其一生长室中的第一组LED灯具、设置在其另一生长室中的第二组LED灯具、集中式电源和电源切换开关。该电源包括均具有输出端的DC/DC电源转换器。该电源切换开关包括联接到DC/DC电源转换器中的一个相应的DC/DC电源转换器的输出端的第一电源切换开关。该第一电源切换开关被配置为在第一位置和第二位置之间进行切换，该第一电源切换开关切换到第一位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到第一组LED灯具，该第一电源切换开关切换到第二位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到第二组LED灯具。还公开了其它示例性园艺设施和电力系统。

Description

具有经由电源切换开关为LED灯具供电的集中式电源的园艺 设施
技术领域
本发明涉及具有经由电源切换开关为LED灯具供电的集中式开关模式电源的园艺设施。
背景技术
本部分提供与本发明相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
电力系统可以包括用于为一个或多个发光二极管(Light Emitting Diode，LED)灯具供电的集中式开关模式电源(Switched Mode Power Supply，SMPS)。在这种示例中，所述集中式SMPS向每个LED灯具提供低压输出(诸如60VDC)。此外，每个LED灯具均由在所述集中式SMPS中该LED灯具自己专用的DC电源供电，因此，DC电源与LED灯具的比例为1:1。
发明内容
本部分提供了本发明的一般概括，且不是本发明的全部范围或本发明的所有特征的全面公开。
根据本发明的一个方面，公开了一种利用多个LED灯具在一个或多个生长室中种植植物的室内园艺设施。所述室内园艺设施包括：所述多个LED灯具中的第一组LED灯具，所述第一组LED灯具设置在所述室内园艺设施的一生长室中；所述多个LED灯具中的第二组LED灯具，所述第二组LED灯具设置在所述室内园艺设施的另一生长室中；集中式SMPS；以及多个电源切换开关。所述第一组LED灯具被配置为向所述一生长室中的至少一个植物提供光，并且所述第二组LED灯具被配置为向所述另一生长室中的至少一个植物提供光。所述集中式SMPS包括多个AC/DC PFC(功率因数校正)电源转换器、多个DC/DC电源转换器、以及控制电路，其中，所述多个AC/DC PFC电源转换器中的每一者均具有一个或多个电源开关，所述多个DC/DC电源转换器中的每一者均具有一个或多个电源开关和输出端，所述控制电路用于控制所述AC/DC PFC电源转换器的电源开关和所述DC/DC电源转换器的电源开关，所述DC/DC电源转换器联接到所述AC/DC PFC电源转换器。所述多个电源切换开关对应于所述多个DC/DC电源转换器。所述多个电源切换开关包括联接到所述多个DC/DC电源转换器中的一个相应的DC/DC电源转换器的输出端的第一电源切换开关。所述第一电源切换开关被配置为在包括第一位置和第二位置的多个位置之间进行切换，所述第一电源切换开关切换到所述第一位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到所述第一组LED灯具，所述第一电源切换开关切换到所述第二位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到所述第二组LED灯具。
从本文提供的描述中，应用的其它方面和领域将变得明显。应当理解，本发明的各个方面可以单独实施或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文的描述和具体示例仅仅用于说明性目的，并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文中所描述的附图仅用于所选实施方式而非所有可能的实现方式的说明性目的，且不意图限制本发明的范围。
图1为根据本发明的一个示例性实施方式的包括集中式SMPS和多个电源切换开关的电力系统的框图。
图2为根据另一示例性实施方式的包括多个可控电源切换开关的电力系统的框图。
图3为根据又一示例性实施方式的室内园艺设施的框图，该室内园艺设施包括集中式SMPS和多个可控电源切换开关以用于为该室内园艺设施的不同生长室中的LED灯具串供电。
图4为根据另一示例性实施方式的室内园艺设施的框图，该室内园艺设施包括利用本地访问控制命令控制的多个可控电源切换开关。
图5为根据又一示例性实施方式的室内园艺设施的框图，该室内园艺设施包括具有多个可控电源切换开关和内部控制电路的开关模块。
图6为根据另一示例性实施方式的室内园艺设施的框图，该室内园艺设施包括具有利用外部控制电路控制的多个可控电源切换开关的开关模块。
图7为根据又一示例性实施方式的可在用于将电源联接到三个负载的三个位置之间进行切换的电源切换开关的框图。
图8为根据另一示例性实施方式的各自可在用于将电源联接到三个负载的三个位置之间进行切换的两个电源切换开关的框图。
图9为根据又一示例性实施方式的包括可在图1的集中式SMPS中采用的AC/DC PFC电源转换器和DC/DC电源转换器的电源单元的框图。
图10为根据另一示例性实施方式的包括具有升压拓扑的电源电路的AC/DC PFC电源转换器的电路图。
图11为根据又一示例性实施方式的包括具有正向转换器拓扑的电源电路的DC/DC电源转换器的电路图。
图12为根据另一示例性实施方式的包括电阻器和旁路开关的电流保护电路的电路图。
贯穿附图中的多个视图，对应的附图标记指示对应的部件和/或特征。
具体实施方式
提供示例性实施方式，使得本发明将是透彻的且将向本领域的技术人员全面传达范围。提出多个具体细节，诸如具体部件、设备和方法的示例，以提供对本发明的实施方式的透彻理解。对于本领域的技术人员来说将明显的是，不需要采用具体细节，示例性实施方式可以以许多不同形式来体现，以及具体细节和示例性实施方式二者均不应当被理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施方式中，没有详细地描述公知的过程、公知的设备结构、和公知的技术。
本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的且不意图进行限制。如本文中所使用，单数形式“一”和“该”也可以意图包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。本文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被理解为必须要求它们以所讨论或所示出的特定次序来执行，除非具体被认定为执行次序。也将理解，可以采用附加或替选步骤。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数字术语在本文中使用时不暗示顺序或次序，除非上下文有明确指示。因此，下文讨论的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离示例性实施方式的教导。
为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，来描述如图中所示的一个元件或特征与其它的一个或多个元件或特征的关系。除了图中示出的取向之外，空间相对术语可以意图涵盖设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征的“下方”或“下面”的元件将被取向为在该其它元件或特征的“上方”。因而，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方两种取向。该设备可以被另外地取向(旋转90度或以其它取向旋转)且本文中所使用的空间相对描述符被相应地理解。
现在将参照附图更全面地描述示例性实施方式。
根据本发明的一个示例性实施方式的用于为多个DC负载供电的电力系统在图1中示出，且总体上用附图标记100表示。如图1所示，电力系统100包括集中式SMPS 102，该集中式SMPS 102具有：两个AC/DC PFC电源转换器104、106；联接到AC/DC PFC电源转换器104、106的两个DC/DC电源转换器108、110；以及控制电路112。AC/DC PFC电源转换器104、106均包括一个或多个电源开关114、116。DC/DC电源转换器108、110均包括一个或多个电源开关118、120以及输出端122、124。控制电路112控制电源开关114、116、118、120。如图1所示，电力系统100还包括与DC/DC电源转换器108、110相对应的多个电源切换开关SW1、SW2。例如，电源切换开关SW1、SW2分别联接到DC/DC电源转换器108、110的输出端122、124。每个电源切换开关SW1被配置为在用于将DC/DC电源转换器108的输出端122联接到DC供电负载A的第一位置和用于将DC/DC电源转换器108的输出端122联接到DC供电负载B的第二位置之间切换。
通过采用一个或多个电源切换开关，所述电力系统可以利用单个DC/DC电源转换器(例如，单个DC电源)为不同的负载供电。DC供电的负载A、负载B可能不需要不确定的电力流。这允许单个DC电源在为一个负载A供电一段时间的同时断开另一负载B，然后在为另一负载B供电一段时间的同时断开另一负载A。因此，采用一个或多个电源切换开关的电力系统可以具有至少1:2的DC电源与DC负载比(DC power source-to-DC load ratio)。此外，通过为负载A(在一时间)、负载B(在其它时间)和/或另一负载(在另外的时间)供电，单个DC电源可以几乎连续地操作。因此，DC电源不会像具有1:1的DC电源与DC负载比的常规电力系统那样长时间是空闲的。
此外，当单个DC电源能够为多个负载供电时，本文中公开的集中式电源可以显著减少部件。例如，通过使DC电源与DC负载比至少为1:2，则不需要某些电源转换电路(例如，AC/DC PFC电源转换器、DC/DC电源转换器等)。因此，与具有1:1的DC电源与DC负载比的常规电力系统相比，集中式电源的生产成本显著降低，并且在电力系统中所需的空间显著减少(同时仍向负载提供必要的电力)。
电力系统100(和/或本文公开的任何其它电力系统)可以被操作以基本上防止在该电力系统的电源切换开关中形成电弧。例如，如图1所示，电源切换开关SW1处于其用于为负载A供电的第一位置。当期望向负载B供电时，电源切换开关SW1切换至其第二位置。在这种示例中，当DC/DC电源转换器108提供的输出电流下降到零时，电源切换开关SW1可以从第一位置切换到第二位置。例如，DC/DC电源转换器108可以被禁用(例如，断开)一段时间，从而使得DC/DC电源转换器108的输出电流下降到零。这确保了负载侧上的电流(例如，流经负载A的电流和流经负载B的电流)为零，以及电源侧的电流(例如，DC/DC电源转换器108的输出电流)为零。一旦电源切换开关SW1的两侧上的电流都为零，则电源切换开关SW1可以将输出端122与负载A断开，并且将输出端122连接至负载B而不会形成电弧。在电源切换开关SW1连接到负载B之后，可以再次启用(例如，接通)DC/DC电源转换器108。
在一些实施方式中，一个或两个电源切换开关SW1、SW2可以为手动操作的电源切换开关。例如，图1的电源切换开关SW1、SW2被示出为手动操作的电源切换开关。在这种示例中，用户可以操纵每个电源切换开关SW1、SW2以如上所述在其第一位置和第二位置之间推动该开关。
可替选地，一个或两个电源切换开关SW1、SW2可以是可控电源切换开关。在这种示例中，可以基于系统中的一个或多个感测到的参数、一个或多个可编程参数(例如，设定时间)等来切换所述电源切换开关。例如，图2示出了包括图1的集中式SMPS 102的电力系统200，该集中式SMPS 102用于经由两个可控电源切换开关SW1、SW2为四个DC供电负载A、B、C、D供电。所述可控电源切换开关SW1、SW2以与上述类似的方式操作。例如，并且如图2所示，基于控制单元112提供的控制信号，每个可控电源切换开关SW1、SW2在其第一位置和其第二位置之间切换。当可控电源切换开关SW1处于其第一位置时，DC/DC电源转换器108的输出端122联接到DC供电负载A(如图2所示)，并且当可控电源切换开关SW1处于其第二位置时，DC/DC电源转换器108的输出端122联接到DC供电负载B。当可控电源切换开关SW2处于其第一位置时，DC/DC电源转换器110的输出端124联接到DC供电负载C(如图2所示)，并且当可控电源切换开关SW2处于其第二位置时，DC/DC电源转换器110的输出端124联接到DC供电负载D。
如图1和图2所示，控制电路112与电源转换器104、106、108、110通信。例如，控制电路112输出一个或多个控制信号126、128以控制电源转换器104、106、108、110的电源开关114、116、118、120(例如，晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等)。在一些实施方式中，可以经由串行通信总线(诸如控制器局域网(Controller Area Network，CAN)、RS485接口等)将控制信号126、128提供给电源转换器104、106、108、110。如下文将进一步解释的，控制信号126、128可以基于所接收的表示电源转换器104、106、108、110的参数、远程访问控制命令和/或本地访问控制命令的信号而生成。所述参数可以包括例如电源转换器的感测电流(例如，输入电流、输出电流等)和/或感测电压(输入电压，输出电压等)。
在一些实施方式中，控制电路112的一部分可以与电源转换器104、106、108、110中的一者或多者相关联。例如，控制电路112可以包括与电源转换器104、106、108、110相关联的一个或多个控制器(例如，数字控制器)。在这种示例中，每个电源转换器104、106、108、110可以包括其自己的控制器(例如，每个控制器可以与其相应的电源转换器位于同一位置)。与电源转换器104、106、108、110相关联的控制器可以经由例如内部CAN相互通信和/或与控制电路112的其它部分通信。
在一些实施方式中，AC/DC电源转换器104、106之一和/或DC/DC电源转换器108、110之一可以是独立且可分离的电源单元(例如，电力模块)的一部分。例如，图9示出了位于图1的集中式SMPS 102中的电源单元PS1。如图所示，电源单元PS1包括AC/DC PFC电源转换器104和DC/DC电源转换器108。在图9的特定示例中，DC/DC电源转换器108包括电源转换电路902和电流驱动器电路904(例如，LED驱动器)，其中，电源转换电路902用于将由AC/DCPFC电源转换器104提供的DC电压转换为经调节的DC电压，电流驱动器电路904用作经由电源切换开关SW1为负载A、B供电的恒流源。在这种示例中，DC/DC电源转换器108可以以恒定电流模式操作。
此外，如图9所示，数字控制电路906与电源转换电流902和电流驱动器电路904一同位于DC/DC电源转换器108中。数字控制电路906可以为如上所述的图1的控制电路112的一部分。
如图9所示，数字控制电路906与电源转换电路902和电流驱动器电流904通信。具体地，数字控制电路906可以接收一个或多个表示感测到的反馈参数(例如，输出电压和/或输出电流)的信号。这些信号可以经由通信接口(未示出)被传递到控制电路112的其它部分，从而允许控制电路112生成用于控制电源开关114、116、118、120的控制信号126、128，如上所述。可替选地，可以由数字控制电路906生成一个或多个控制信号。
图1和/或图2的负载A、B、C、D可以为任何合适的DC供电负载(诸如LED灯具)。在一些示例中，LED灯具可以位于用于种植植物的室内园艺设施(例如，垂直农业设施)的不同房间(例如，生长室1、生长室2等)中。例如，图3示出了具有集中式SMPS 302的电力系统300，该集中式SMPS 302联接到不同生长室中的LED灯具串并为该LED灯具串供电。具体地，在16个不同生长室(生长室1-生长室16)的每一个生长室中设置一个LED灯具串。在图3的特定示例中，电力系统300为室内园艺设施。
如图3所示，集中式SMPS 302包括八个电源单元PS1-PS8和用于控制电源单元PS1-PS8中的电源开关(未示出)的控制电路312。电源单元PS1-PS8中的每一者都可以包括如上所述的DC/DC转换器和联接到AC馈电的AC/DC PFC电源转换器。
此外，电力系统300包括控制电路306和具有八个可控电源切换开关SW1-SW8的开关模块304。开关模块304可以为集中式SMPS 302的部件。在这种示例中，开关模块304可以设置在集中式SMPS 302中，以确保所有控制电路都位于电源302的中心。可替选地，开关模块304可以与集中式SMPS 302分离。在这种情况下，如果需要的话，开关模块304可以位于生长室附近。
在图3的示例中，控制电路306控制可控电源切换开关SW1-SW8。例如，控制电路306可以向各个电源切换开关SW1-SW8提供控制信号，以使该开关如上所述在其第一位置和第二位置之间切换。在这种示例中，当电源切换开关SW1处于其第一位置时，设置在生长室1中的LED灯具串(例如，两个灯具的组、五个灯具的组、十个灯具的组等)由电源单元PS1的DC/DC电源转换器供电；以及当电源切换开关SW1处于其第二位置时，设置在生长室2中的LED灯具串(例如，两个灯具的组、五个灯具的组、十个灯具的组等)由电源单元PS1的DC/DC电源转换器供电。同样地，当电源切换开关SW8处于其第一位置时，设置在生长室15中的LED灯具串由电源单元PS8的DC/DC电源转换器供电；以及当电源切换开关SW8处于其第二位置时，设置在生长室16中的LED灯具串由电源单元PS8的DC/DC电源转换器供电。
在一些示例中，一些植物仅需要一定量的(例如，每天约12小时等)的光以用于期望的生长。因此，可控电源切换开关中的至少一者可以以限定的占空比进行切换。在这种示例中，控制电路306可以包括控制设备(诸如计数器、计时器等)以用于跟踪在每个位置所花费的时间。例如，在24小时的切换周期内，电源切换开关SW1可以处于其位置A约12小时以为生长室1中的LED灯具串供电，以及在接下来的约12小时处于其位置B以为生长室2中的LED灯具串供电。因此，在该示例中，电源切换开关SW1具有大约50％的占空比。可替选地，电源切换开关SW1(和/或其它电源切换开关中的任一者)可以例如根据负载需求以另一合适的占空比进行切换。
如图3所示，系统300包括与控制电路312的通信接口310通信的网桥314。这允许网桥314将从远离集中式SMPS 302的设备316接收到的远程访问控制命令提供给控制电路312。附加地和/或可替选地，远程设备316可以接收与电源单元PS1-PS8的感测参数(例如，电流、电压、温度等)有关的数据。例如，网桥314可以经由以太网连接与接口310的通信端口通信。在其它示例中，网桥314可以利用另一合适的连接(诸如RS-485串行连接、控制器局域网(CAN)总线连接等)与控制电路312通信。
提供给集中式SMPS 302的远程访问控制命令可以使SMPS 302能够用作物联网(Internet of Things，IoT)设备。例如，远程访问控制命令允许集中式SMPS 302通过网络与其它设备通信，而无需人与人或人与计算机的交互。具体地，远程设备能够对世界任何地方的SMPS 302进行访问、监视、控制等。
如图3所示，网桥314联接在控制电路312和远程设备316之间。网桥314用于创建集中式SMPS 302中的控制网络与远离SMPS 302的一个或多个其它网络的通信网络。在一些示例中，网桥314可以包括一个或多个网络交换机和/或其它合适的设备，以用于将集中式SMPS 302中的控制网络与一个或多个其它远程网络连接在一起。
如图3所示，控制电路306、312彼此通信。例如，控制电路306包括联接到控制电路312的通信接口310的通信接口308。在这种示例中，接口308可以经由以太网连接、RS-485串行连接、控制器局域网(CAN)总线连接等与接口310通信。该连接允许控制电路306、312之间的双向通信。例如，控制电路312可以将控制命令发送给控制电路306，以指示控制电路306激活电源切换开关SW1-SW8中的一个或多个电源切换开关，控制电路306可以将表示开关位置、定时器值等的信号发送给控制电路312等。
在一些实施方式中，通信接口308、310可以为隔离的通信(IsolatedCommunication，ISOCOMM)接口。在这种示例中，ISOCOMM接口310可以解析数据，并且为各个电源单元PS1-PS8提供监督通信和管家功能。例如，通信接口310可以包括具有通信端口(例如，接地隔离端口)的通信板，以用于与电源单元PS1-PS8(例如，与每个电源转换器位于同一位置的控制器连接，如下所述)、远程设备316和/或其它设备连接。
在一些实施方式中，控制电路306、312可以仅经由远程设备316接收控制命令。附加地和/或可替选地，控制电路306、312可以接收由本地设备提供的本地访问控制命令。例如，图4示出了包括图3的集中式SMPS 302和开关模块304的室内园艺设施400(例如，电力系统)，其中，集中式SMPS 302和开关模块304均接收本地访问控制命令和/或远程访问控制命令。如图所示，控制电路306、312中的每一者均可以与用于提供本地访问控制命令的设备402(例如，本地计算设备等)通信(例如，不通过通信网络)。本地访问控制命令可以用于控制可控电源切换开关SW1-SW8和/或电源单元PS1-PS8中的电源开关。在图4的示例中，控制电路306、312的通信端口可以经由一个或多个RS-485串行连接、CAN总线连接、以太网连接等联接至设备402和/或连接在一起。
此外，并且如图4所示，控制电路312的通信接口310与网桥314通信，以用于提供来自远程设备316的远程访问控制命令、向远程设备316提供与电源单元PS1-PS8的感测参数有关的数据、向远程设备316提供与电源切换开关SW1-SW8有关的数据等，如上所述。如果需要，这些远程访问控制命令可以经由通信接口308被传递到开关模块的控制电路306。
在一些实施方式中，控制电路306可以不与另一设备通信。例如，图5示出了包括图3的集中式SMPS 302和开关模块304的室内园艺设施500(例如，电力系统)，其中，开关模块304的控制电路306独立于其它设备(诸如SMPS 302中的控制电路312)。在这种示例中，开关模块的控制电路306可以包括可编程计时器、计数器等以及用于控制电源切换开关SW1-SW8的逻辑驱动控制，如本文所述。
在图5的特定示例中，控制电路306容纳在开关模块304内。因此，在图5中，同一物理外壳容纳电源切换开关SW1-SW8和控制电路306。
在其它示例中，控制电路306可以位于开关模块304的外部。例如，图6示出了室内园艺设施600(例如，电力系统)，该室内园艺设施600包括集中式SMPS 302、包括电源切换开关SW1-SW8的开关模块604、以及用于控制电源切换开关SW1-SW8的控制电路606。图6的控制电路606基本上类似于图5的控制电路306。例如，图6的控制电路606独立于其它设备(诸如SMPS 302中的控制电路312)，并且包括如上所述的可编程计时器、计数器等以及用于控制电源切换开关SW1-SW8的逻辑驱动控制。然而，并且如图6所示，控制电路606位于开关模块604的外部。
尽管图3-图6的室内园艺设施300、400、500、600中的每一者均包括八个电源单元PS1-PS8和八个电源切换开关SW1-SW8，但是可以采用更多或更少的电源单元和/或电源切换开关应该是明显的。例如，如果需要，另一合适的室内园艺设施可以包括四个电源单元、十个电源单元、十二个电源单元等，以及四个电源切换开关、十个电源切换开关、十二个电源切换开关等。
在一些示例中，本文公开的任何一个或多个电源切换开关可以能够在三个或更多个位置之间切换。在这种示例中，电源切换开关可以能够将单个DC/DC电源转换器的输出端联接到至少三个DC供电负载(例如，在不同生长室中的LED灯具串)。例如，图7示出了包括图3-图6所示的集中式SMPS 302的电源单元PS1和控制单元312的电力系统700的一部分。如图7所示，电源单元PS1的输出包括用于经由电源切换开关SW联接到至少三个DC供电负载A、B、n的线导体702和用于联接到所述至少三个DC供电负载A、B、n的参考(例如，接地)导体704。在这种示例中，线导体702(而不是参考导体704)可以与至少两个DC供电负载(例如，如图7所示的负载A、负载n)断开。可替选地，如果需要，参考导体704(而不是线导体702)可以经由电源切换开关SW联接到所述至少三个DC供电负载A、B、n。
在其它示例中，线导体702和参考导体704可以与一些DC供电负载断开。在这种示例中，未联接到DC/DC电源转换器的输出端的DC供电负载可以电隔离。例如，图8示出了包括图3-图6所示的集中式SMPS 302的电源单元PS1和控制电路312的电力系统800的一部分。如图8所示，电源单元PS1的输出端包括用于经由电源切换开关SWa联接到至少三个DC供电负载A、B、n的线导体802和用于经由电源切换开关SWb联接到所述至少三个DC供电负载A、B、n的参考(例如，接地)导体804。
在一些实施方式中，本文公开的电力系统(包括室内园艺设施)可以包括联接在每个DC/DC转换器的输出端与其对应的电源切换开关之间的涌流保护电路。例如，图12示出了可以在本文公开的任一电力系统中采用的涌流保护电路1200。如图12所示，涌流保护电路1200包括用于限制电流流动的电阻器R1和与电阻器R1并联联接的旁路开关1202。保护电路1200可以联接在供应线路径(如图12所示)或返回路径中。
电流保护电路1200联接在DC/DC电源转换器和与其相关联的电源切换开关之间。例如，并且如图12所示，电阻器R1和旁路开关1202联接在图1的DC/DC电源转换器108的输出端122和电源切换开关SW1之间。附加地和/或可替选地，电流保护电路1200(和/或其它合适的电流保护电路)可以联接在图1的DC/DC电源转换器110和电源切换开关SW2之间。
在操作时，保护电路1200可以限制电流从DC/DC电源转换器到负载的流动。例如，并且如图12所示，当DC/DC电源转换器108经由电源切换开关SW1联接到负载A且旁路开关1202断开时，电阻器R1限制流向负载A的电流量。在稍后的一时间点，旁路开关1202可以闭合以经由该旁路开关1202和电源切换开关SW1提供从DC/DC电源转换器108到负载A的电流路径。
如果需要向负载B提供电力，则可以断开旁路开关1202，以迫使电流流过电阻器R1。之后，切换电源切换开关SW1，以使DC/DC电源转换器108联接到负载B。在这种示例中，电阻器R1在电源切换开关SW1被操作之前限制流向负载A的电流量，以及在电源切换开关SW1被操作之后限制流向负载B的电流量。因此，同一电阻器R1可以限制从电源转换器108流向负载A、负载B的电流量。在稍后的一时间点，旁路开关1202可以闭合以经由该旁路开关1202和电源切换开关SW1提供从DC/DC电源转换器108到负载B的电流路径。
电阻器R1可以为任何合适的电阻。例如，电阻器R1可以为具有固定值的电阻器。可替选地，电阻器R1可以为具有变化值的电阻器，例如诸如正温度系数(PositiveTemperature Coefficient，PTC)电阻器、负温度系数(Negative TemperatureCoefficient，NTC)电阻器等。
旁路开关1202可以包括任何合适的开关设备(诸如机电开关(例如继电器)或半导体开关)。在电阻器R1为PTC电阻器或NTC电阻器的一些示例中，旁路开关1202可以利用无源部件(诸如电容器)代替。
在一些实施方式中，保护电路1200可以有助于防止在电源切换开关SW1中形成电弧。例如，在电源切换开关SW1切换成为负载A或负载B供电之前，可以断开旁路开关1202，从而迫使电流流过电阻器R1。这限制了流向负载A或负载B的电流量，并有助于防止在电源切换开关SW1中形成电弧。这在电源切换开关SW1为机电开关(例如继电器)的示例中是特别有用的。
本文公开的集中式电源可以包括相同数量的AC/DC PFC电源转换器和DC/DC电源转换器(例如，1:1的比率)，如图1和图2所示。在其它实施方式中，AC/DC PFC电源转换器的数量可以大于DC/DC电源转换器的数量。这可以允许集中式电源接收不同输入电压电平和不同输入电压类型(例如，单相、三相等)的变型。
此外，与常规电源相比，集中式电源可以向每个LED灯具提供显著更高的DC电压。例如，每个DC/DC电源转换器可以经由电源切换开关向每个LED灯具串输出150VDC、177VDC、250VDC、260VDC等的电压。在这种示例中，集中式电源输出低DC电流。例如，DC/DC电源转换器可以提供12amps(安培)和250VDC以获得3kW的输出。相反，用于为LED灯具供电的常规电源通常提供低电压/高电流输出。例如，用于为LED灯具供电的常规电源可以提供50amps和60VDC以获得相同的3kW的输出。通过提供高电压/低电流输出，与提供低电压/高电流输出的常规电源相比，由导体电阻引起的能量损失可以显著降低。
本文公开的集中式电源可以置于与DC供电负载分开的房间、壳体等中。例如，任一集中式电源可以置于园艺设施的控制室中，并且LED灯具串可以置于园艺设施的不同生长室中。
在其它示例中，本文公开的电力系统可以用于其它合适的LED应用(诸如路灯应用等)中。在这种示例中，集中式电源可以置于不同的壳体中，以便为不同路灯(远离壳体)等中的LED灯具供电。
例如，当电力系统用于路灯应用时，集中式电源中的单个DC电源可以为沿街道的不同路灯中的LED灯具供电。例如，路灯可以包括一个或多个用于检测对象(例如，人、车辆等)的移动的设备。在这种示例中，检测到的对象的移动可以用作用于切换联接在不同路灯与单个DC电源之间的电源切换开关的触发事件。
本文公开的电源转换器可以包括任何合适的拓扑。例如，AC/DC PFC电源转换器可以具有升压、反激等拓扑(在适用的情况下，包括这些拓扑的谐振对应部件)，并且DC/DC电源转换器可以具有降压、升压、正向、反激、推挽、半桥、全桥等拓扑(在适用的情况下，包括这些拓扑的谐振对应部件)。例如，图10示出了具有升压拓扑的包括二极管桥式整流器1002和PFC电源电路1004的AC/DC PFC电源转换器1000。此外，图11示出了具有正向转换器拓扑的包括电源电路的DC/DC电源转换器1100。
每个DC/DC电源转换器可以包括用作恒流源的电流驱动器电路(例如，LED驱动器)。这使得每个DC/DC电源转换器都能经由DC分配总线向其相应的负载(诸如LED灯具)输出(并调节)恒定电流以控制LED灯具的光强度，从而模拟适合在室内园艺设施中种植特定作物的日光配置(daylight profile)。该光强度可以基于温度、湿度、时间等进行控制。因此，可以实现更高的作物产量和更短的生长时间。
本文公开的控制电路可以包括模拟控制电路、数字控制电路或混合控制电路(例如，数字控制单元和模拟电路)。数字控制电路(例如，图9的数字控制电路906)可以用一种或多种类型的数字控制电路来实现。例如，每个数字控制电路都可以包括数字信号控制器(Digital Signal Controller，DSC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、微控制器单元(Microcontroller Unit，MCU)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array，FPGA)、专用集成电路(Application-Specific IC，ASIC)等。
在一些示例中，控制电路中的任一者都可以完全利用数字控制来实现。换言之，控制电路可以不包括模拟控制电路(例如，D/A转换器等)和/或用于控制集中式电源中的电源开关和电源切换开关的模拟信号。在这种示例中，通信控制信号为数字通信控制信号。
例如，如果控制电路为数字控制电路，则控制电路可以用一个或多个硬件部件和/或软件来实现。例如，用于执行本文公开的任何一个或多个特征的指令可以被存储在非暂时性计算机可读介质等中和/或从该非暂时性计算机可读介质等传送到一个或多个现有的数字控制电路、新的数字控制电路等。在这种示例中，一个或多个指令可以存储在易失性存储器、非易失性存储器、ROM、RAM、一个或多个硬盘、磁盘驱动器、光盘驱动器、可移除存储器、不可移除存储器，磁带盒、闪存卡、CD-ROM、DVD、云存储等中。
本文公开的电源切换开关可以包括任何合适的开关设备。例如，电源切换开关中的任何一个或多个电源切换开关可以包括机电开关(诸如继电器)。该继电器可以包括例如单刀单掷(Single-Pole Single-Throw，SPST)继电器、单刀双掷(Single-Pole Double-Throw，SPDT)继电器、双刀单掷(Double-Pole Single-Throw，DPST)继电器、双刀双掷(Double-Pole Double-Throw，DPDT)继电器等。在其它示例中，电源切换开关可以包括半导体开关。例如，电源切换开关可以包括一个或多个半导体开关，例如硅(Si)MOSFET、碳化硅(SiC)MOSFET、背靠背硅/碳化硅(Si/SiC)MOSFET、绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)、具有反并联二极管的背靠背IGBT等。
本文公开的电力系统(包括室内园艺设施)提供了优于常规电力系统的显著优点。例如，并且如上所述，每个电力系统可以利用单个DC电源为两个或更多个不同的负载供电。因此，采用电源切换开关的电力系统可以具有1:2、1:3等的DC电源与DC负载比。因此，当在不同时间为多个负载供电时，单个DC电源几乎可以连续地操作。因此，与具有1:1的DC电源与DC负载比的常规电力系统相比，提高了为多个负载供电的效率。
此外，并且如上所述，当单个DC电源能够为多个负载供电时，本文公开的集中式电源可以显著减少部件。因此，与具有1:1的DC电源与DC负载比的常规电力系统相比，集中式电源的生产成本显著降低，并且在电力系统中所需要的空间显著减少。
此外，通过使用本文公开的任一种集中式电源，与常规的分布式电源相比，可以改善不同系统应用(例如，园艺设施等)中的LED负载的安装、维护和控制。例如，集中式电源在远离LED负载的中心位置包括所有的控制部件、控制线和电源转换部件，因此，与常规电源相比，允许电源的更方便的安装、维护、控制灵活性等。
在一些情况中，与常规的分布式电源相比，园艺设施中采用的集中式电源中的部件可靠性可以得到改善。这是由于将控制和电源转换电路置于生长室的外部。因此，通过集中式电源不会出现生长室内存在的湿气以及水、灰尘等侵入的不利影响。
另外，与常规电源相比，集中式电源可以降低LED负载所在区域(例如，生长室中等)的温度。这是因为LED负载不包括产生热量的电源转换电路。因此，与LED应用中的常规电源相比，需要更少的冷却系统(以及相关成本)以在LED负载所在的区域保持可接受的温度。
出于说明和描述的目的，已经提供了前述实施方式的描述。这并不旨在穷举或限制本发明。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下，可以互换并且可以在所选定的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。特定实施方式的各个元件或特征也可以以多种方式变化。这些变化不应当视为背离本发明，并且所有这些修改旨在包括在本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种利用多个LED灯具在一个或多个生长室中种植植物的室内园艺设施，所述室内园艺设施包括：
所述多个LED灯具中的第一组LED灯具，所述第一组LED灯具设置在所述室内园艺设施的一生长室中，所述第一组LED灯具被配置为向所述一生长室中的至少一个植物提供光；
所述多个LED灯具中的第二组LED灯具，所述第二组LED灯具设置在所述室内园艺设施的另一生长室中，所述第二组LED灯具被配置为向所述另一生长室中的至少一个植物提供光；
集中式开关模式电源，所述集中式开关模式电源包括多个AC/DC PFC电源转换器、联接到所述多个AC/DC PFC电源转换器的多个DC/DC电源转换器、以及控制电路，所述多个AC/DCPFC电源转换器中的每一者均具有一个或多个电源开关，所述多个DC/DC电源转换器中的每一者均具有一个或多个电源开关和输出端，所述控制电路用于控制所述AC/DC PFC电源转换器的电源开关和所述DC/DC电源转换器中的电源开关；以及
多个电源切换开关，所述多个电源切换开关对应于所述多个DC/DC电源转换器，所述多个电源切换开关包括联接到所述多个DC/DC电源转换器中的一个相应的DC/DC电源转换器的输出端的第一电源切换开关，所述第一电源切换开关被配置为在包括第一位置和第二位置的多个位置之间进行切换，所述第一电源切换开关切换至所述第一位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到设置于所述一生长室中的所述第一组LED灯具，所述第一电源切换开关切换至所述第二位置以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到设置于所述另一生长室中的所述第二组LED灯具。
2.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述第一电源切换开关为手动操作的电源切换开关。
3.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述第一电源切换开关为可控电源切换开关。
4.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述多个电源切换开关设置在切换开关模块中。
5.根据权利要求4所述的室内园艺设施，其中，所述控制电路为第一控制电路，并且所述室内园艺设施还包括用于控制所述电源切换开关的第二控制电路。
6.根据权利要求5所述的室内园艺设施，其中，所述第二控制电路设置在所述切换开关模块中。
7.根据权利要求5所述的室内园艺设施，其中，所述第二控制电路接收用于控制所述电源切换开关的本地访问控制命令。
8.根据权利要求5所述的室内园艺设施，其中，所述第二控制电路包括通信接口，所述通信接口用于从所述第一控制电路接收用于控制所述电源切换开关的控制命令。
9.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述第一电源切换开关被配置为在24小时周期的前12小时处于其第一位置，并且在所述24小时周期的接下来的12小时处于其第二位置。
10.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述控制电路包括通信接口，并且所述室内园艺设施还包括与所述通信接口通信的网桥，以用于将从远离所述集中式开关模式电源的设备接收到的远程访问控制命令提供给所述控制电路，从而控制所述AC/DC PFC电源转换器的电源开关和所述DC/DC电源转换器的电源开关。
11.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述集中式开关模式电源被操作以向所述第一组LED灯具和所述第二组LED灯具提供至少150伏特的电压。
12.根据权利要求1所述的室内园艺设施，还包括所述多个LED灯具中的第三组LED灯具，所述第三组LED灯具设置在所述室内园艺设施的所述一个或多个生长室中的又一生长室中，其中，所述第一电源切换开关的所述多个位置包括第三位置，并且所述第一电源切换开关被配置为切换到所述第三位置，以用于将所述相应的DC/DC电源转换器的输出端联接到所述第三组LED灯具。
13.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述相应的DC/DC电源转换器的输出端包括线导体和参考导体，其中，所述线导体和所述参考导体中的一者联接到所述第一组LED灯具和所述第二组LED灯具，并且所述线导体和所述参考导体中的另一者经由所述第一电源切换开关联接到所述第一组LED灯具和所述第二组LED灯具中的至少一者。
14.根据权利要求1所述的室内园艺设施，其中，所述相应的DC/DC电源转换器的输出端包括线导体和参考导体，其中，所述多个电源切换开关包括联接到所述相应的DC/DC电源转换器的输出端的第二电源切换开关，其中，所述线导体经由所述第一电源切换开关联接到所述第一组LED灯具和所述第二组LED灯具中的至少一者，并且所述参考导体经由所述第二电源切换开关联接到所述第一组LED灯具和所述第二组LED灯具中的至少一者。
15.根据权利要求1所述的室内园艺设施，还包括电流保护电路，所述电流保护电路联接在所述相应的DC/DC电源转换器的输出端和所述第一电源切换开关之间。
16.根据权利要求15所述的室内园艺设施，其中，所述电流保护电路包括电阻器。
17.根据权利要求16所述的室内园艺设施，其中，所述电流保护电路包括与所述电阻器并联的旁路开关。
18.根据权利要求16所述的室内园艺设施，其中，所述电阻器为负温度系数(NTC)电阻器或正温度系数(PTC)电阻器。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的室内园艺设施，其中，所述第一电源切换开关被配置为当由所述相应的DC/DC电源转换器提供的输出电流基本为零时在所述第一位置和所述第二位置之间进行切换，以防止在所述第一电源切换开关中形成电弧。
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