CN113272588A - 具有安全电路的灯以及用于这种灯的安全电路 - Google Patents

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Abstract

一种灯具有安全电路，该安全电路连接到第一电连接端子和第二电连接端子。使用测试来检测第一电连接端子和第二电连接端子是否都连接到外部功率而没有诸如人体之类的干扰阻抗，然后才启用灯的操作。该测试的时间与系统中的另一灯施加测试的时间不同。

Description

具有安全电路的灯以及用于这种灯的安全电路
技术领域
本发明涉及具有安全电路的灯，特别地用于当用户接触灯的端子时，限制或防止功率被提供至灯的端子。
背景技术
固态照明(SSL)正在迅速成为许多照明应用的标准。这是因为诸如发光二极管(LED)之类的SSL元件可以展现出优异的寿命和能耗，并且支持可控的光输出颜色、强度、光束扩展和/或照明方向。
管状照明设备广泛用于商业照明应用，诸如用于办公室照明、零售环境、走廊、酒店等。传统管状灯具的每端都有插座连接器，用于与管状灯的每端处的连接引脚进行机械和电气连接。传统管状灯为荧光灯管的形式。存在配备有用于荧光管灯的镇流器的大量照明器具。电磁(EM)镇流器和电子高频(HF)镇流器两者均用于荧光照明。
现在存在管状LED(“TLED”)灯，这些LED灯可以用作传统荧光灯管的直接替换品。这样，无需在改变现有灯具的代价下即可获得固态照明的优势。事实上，与荧光灯镇流器兼容的TLED是使用LED照明替换荧光照明的最直接且成本最低的方式。重新布线(移除镇流器，将TLED直接连接到AC市电)并且更换整个照明器具两者显著地更加麻烦且成本高昂。提供与现有照明器具和其中的镇流器兼容的TLED是有利的。
荧光镇流器通常包括半桥并联谐振转换器。镇流器和灯(例如，高频兼容TLED)经由TLED的一端处的连接引脚并且经由TLED的另一端处的连接引脚连接。高频兼容TLED通常包括灯丝仿真单元、引脚安全和起动电路、匹配电路、整流器、LED驱动器、平滑电容器和LED串。LED串在内部接地与高压DC总线之间延伸。
图1示出了标准荧光灯管照明器具的基本电路。该基本电路包括辉光启动器10、镇流器12和市电AC源14。与桥接管16的每端处的接触引脚对的灯丝线一起，形成了闭合电路。基本电磁(EM)镇流器(诸如如图1所示的EM镇流器)可以在市电频率下操作，而电子镇流器具有在高频率(诸如20kHz)下操作的电子部件。
图1图示了如何安全触摸荧光灯管的管的非连接端。传统荧光灯管可以插入到这种带电市电器具中而没有任何危险，因为灯的任一侧处的连接引脚通过灯的玻璃管和其内部的气体彼此电绝缘。只有在灯内部的气体被点燃，才能在灯的两端之间建立电接触，并且这只有在灯的两端都插入到照明器具中后才有可能。
将灯从照明器具中取出会立即阻止流过它的电流和其中的气体放电，从而在灯的两端之间立即重新建立电绝缘。
然而，因为可能会接触到灯的一端上的连接引脚，而灯的另一端已经插入并接触危险电压，所以将TLED灯插入照明器具具有潜在危险。
市电TLED灯还直接连接到市电，这些市电TLED灯适用于没有预先安装镇流器的新安装。
典型TLED改装灯包含LED PCB和LED驱动器PCB，它们在TLED的两端上的连接引脚之间几乎没有电绝缘。因此，因为管的两端之间存在导电路径，所以将这种TLED插入带电市电器具可能很危险。
已经提出了各种引脚安全措施来克服这个安全问题。这些引脚安全措施通常通过至少一个开关来中断TLED的两端之间的电气连接，该至少一个开关仅当TLED的两端插入照明器具中时才闭合。电气引脚安全机构和机械引脚安全机构两者均是已知的。
在US 2018/0324925中公开的电气引脚安全电路的一个示例中，在施加外部市电输入之后，该电路执行探测功能以确定端子处是存在市电还是人体阻抗。如果检测到市电而没有人体干扰，则启用驱动器并且点亮灯。
市电或人体阻抗之间的检测基于测量测试阻抗两端的电压(即，测量电流)。当市电电压在某个阈值(例如，40V)内时，该电流从市电输入中汲取。基于市电电流的峰值，可以推断是否存在人体阻抗。特别地，测试阻抗与可能人体阻抗串联。如果连接了原本会占用市电的较大电压部分的人体阻抗，则测试阻抗上的电压通常会高得多。
该检测功能可以在启用驱动器之前执行一次或多次。在已知方法中，检测恰好在灯通电后的同一时刻发生。例如，检测过程可以在施加外部市电功率后1.5个周期开始。
当前设计允许并联连接大约50个灯，因为否则所有测试阻抗的组合(并联)太小而不会出现在测试电路中，因此无法承担市电电压的很大一部分。这种状况会被测试电路视为存在人体阻抗并占用大部分市电电压的状况。因此，如果超过50个灯并联连接并且在同一时刻接通，它们通常都会给出错误的测试结果，并且即使实际上没有人体阻抗，也会保持关断
期望能够放置更多数目的并联的灯，但仍然使得能够执行可靠的安全测试。
在本发明的第二方面中，TLED还可以连接到电磁(EM)镇流器。在该安装中还预期引脚安全功能。然而，具有EM镇流器的照明器具中几乎没有使用经由泄漏电流的带有人体触摸检测电路的灯。原因是EM镇流器中的电感器不允许这种泄漏电流/脉冲电流，并且在用于进行测试的阻抗/测试阻抗上有较少电压/没有电压，因此，TLED可能仍然认为存在人体阻抗来承担大电压并且TLED不会启动。
US20180310370A1公开了一种减轻电击的电路，其中管状LED灯在不同时间重复安全测试。US10117302B1在不同时间重复安全测试方面相似，该不同时间之间存在理想时段。
发明内容
本发明的构思是改变灯执行安全测试的时间，以使并联连接的一组不同灯中的至少一些灯将在不同时间执行它们的安全测试。这样，减少了同时执行测试的灯的数目。这意味着测试测量不会相互干扰，从而导致错误测试结果。该时间变化可以通过改变向灯施加功率与测试之间的时间段或通过延迟通电本身来实现。
本发明由权利要求限定。
根据本发明的第一方面的示例，提供了一种多灯系统，其中每个灯包括：
第一电连接端子和第二电连接端子，用于连接到外部功率；
发光电路，由外部功率供电；以及
安全电路，连接到第一电连接端子和第二电连接端子，其中安全电路适于：
施加测试以检测第一电连接端子和第二电连接端子是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，启用灯的发光电路的操作，
其中
所述灯中的至少两个灯适于在不同的时刻施加它们各自的测试。
通过在不同时间进行测试，这使得许多灯例如连接到共享断路器/开关/市电成为可能。多于50个、多于100个、甚至多于200个灯可以并联连接到共享断路器/开关/市电。
在本发明的第二方面中，提供了一种要用于上述系统的灯，该灯包括：
第一电连接端子和第二电连接端子，用于连接到外部功率；
发光电路，由外部功率供电；以及
安全电路，连接到第一电连接端子和第二电连接端子；
其中安全电路适于：
施加测试以检测第一电连接端子和第二电连接端子是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，启用发光电路的操作，
其中安全电路适于选择施加测试的时间，该时间与系统中的另一灯施加测试的时间不同。
该灯在使得灯的发光电路能够操作之前施加测试，以确保两个连接端子均连接到外部功率，并且没有干扰阻抗(诸如用户触摸电气连接端子)。直至启用操作为止，安全电路维持任何暴露的电气连接端子处于安全触摸状态。在选定时间内执行安全测试。这意味着如果多个这样的灯一起连接在电路中，即使它们同时被激活，它们也可以在不同时间执行它们各自的测试。例如，如果外部功率施加到一组大量连接的灯，则它们中所有的灯原本将同时执行它们的测试。这可能导致测试读数出现错误。因此，本发明防止了由于多个灯正在影响测试结果所导致的测试给出错误结果，并因此不允许启用灯的可能性。
本发明对改装管状LED灯特别有益，其中灯的一端在另一端之前连接到灯壳体，并且在连接一端的同时，使用安全电路以确保接触另一端处的端子没有危险。
安全电路可以是发光电路的集成部分，例如，发光电路的驱动器电路，或该安全电路可以是附加电路。
注意，多个时间可以是相对较小的离散时间集合，或可能存在可以进行测试的连续时间。进行测试的时间通常是相对于向电连接端子中的至少一个电连接端子施加外部功率的时间的时间。它可以是相对于外部功率波形的特定点(例如，相对于AC外部功率的特定相角、或特定电压电平)的时间。
多个可能时间例如包括测试时间窗口内的至少10个不同的可能时间，并且所述干扰阻抗包括人体阻抗。
通过允许相对大量的可能时间，这使得许多灯在不同时间执行它们的测试，以使许多灯可以例如连接到共享断路器成为可能。
外部功率例如包括AC市电功率，测试时间窗口为AC市电周期的固定相角范围或AC市电功率的瞬时电压范围。
因此，测试时间在AC功率的相角范围或电压电平范围内。注意，这些在本质上是等同的，因为电压的变化限定AC波形，并因此限定该组相角。
多个时间可以包括多个所述固定相角范围或低于60伏的多个所述瞬时电压范围，每个时间在为安全电路上电之后的AC功率的一组不同周期中的相应周期内。
这样，测试可以在一组AC周期中的一个周期中进行，并且在特定AC周期内在多个可能的时序时刻中的一个时序时刻进行。这大大增加了可能测试时间的数目。当从第一电连接端子和第二电连接端子接收功率时，为安全电路上电。在此之前，禁用灯的发光电路的操作。
例如，安全电路包括：
测试阻抗；
电压检测电路，适于在测试时间从第一电连接端子和第二电连接端子汲取测试电流，并且测量测试阻抗两端的电压；以及
控制器，适于当所测量的电压高于阈值时，确定第一电连接端子和第二电连接端子均连接到外部功率而没有干扰阻抗。
这使得能够进行阻抗测量。该阻抗将依据两个端子是否都连接到外部功率，或是否仅连接一个端子而另一端子被用户触摸，而发生变化。
例如，安全电路适于：
当第一电连接端子和第二电连接端子均未被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，选择时间段，优选地，从多个可能时间段中选择一个时间段，之后要重复进行测试；以及
在所选择的时间段之后，重复测试。
这样，如果需要重复测试(因为测试不允许启用灯的发光电路)，则一个灯的重复测试将与另一灯的重复测试在不同的时间进行。这确保了重复测试时间不重叠。
当外部功率包括AC功率时，所选择的时间段可以包括AC功率的若干个周期，并且测试电路包括用于对AC功率的周期的数目进行计数的过零检测器。
因此，重复测试可以在延迟AC功率的可变数目的周期之后进行。
可以随机选择施加测试的时间。这可能适用于第一测试和重复的测试。这样，所有的灯都可以为相同设计；它们无需内置不同的测试时间。通过随机选择测试时间，可以确保在一大组相同的灯内，在统计上不太可能有超过一个准许数目的灯同时执行它们的测试。
安全电路可以包括具有电压检测器的集成电路，该电压检测器用于在为集成电路上电之后检测外部电源的电压，并且可以适于当所检测的电压满足外部功率的测试条件时汲取测试电流。
这样，当存在特定电压时，进行测试，从而允许阻抗测量。注意，基于电压的测试或基于电流的测试实际上是可能的。
为了选择施加测试的所述时间，集成电路可以包括以下各项中的一项或多项：
第一修改电路，适于设置测试条件；
第二修改电路，适于确定不同周期中的要执行测试的周期或半周期；以及
第三修改电路，适于确定不同的时间段中的用于重复测试的时间段。
例如，第一修改电路可以将测试条件设置为随机选择的阈值电压。
在该示例中，通过改变测试条件(例如，进行测试的电压，以及由此的进行测试的外部功率电压波形内的时序)来更改测试时序。例如，一些灯可能在30V左右进行测试，一些灯在45V左右进行测试，其余灯可能在60V左右进行测试。可替代地或附加地，灯可以选择哪个周期或半周期进行测试，使得一些灯可以在正半周期中进行测试而其他灯可以在负半周期中进行测试。可替代地，一些灯可以在市电的前沿期间执行测试，而其他灯可以在市电的后沿期间执行测试。更进一步地，还会选择重复测试的时间。这些时序选择可以由集成电路进行。
在更详细实现中，第一修改电路包括第一随机数生成器，该第一随机数生成器用于随机决定用于施加测试的同一半周期中的范围内的特定电压；和/或
第二修改电路包括第二随机数生成器，该第二随机数生成器用于随机决定在上电之后的哪个半周期中施加测试；和/或
第三修改电路包括第三随机数生成器，该第三随机数生成器用于随机确定用于重复测试的时间段。
安全电路作为代替地还可以包括在集成电路的外围的以下电路：
第一延迟电路，适于选择时间延迟，并且禁用集成电路对电源的电压的检测达该时间延迟；或
第二延迟电路，适于选择时间延迟，以便按照该时间延迟来为集成电路上电。
在该示例中，可以延迟集成电路的上电或一旦上电后的集成电路的使用。这甚至可以由集成电路外部(甚至灯外部)的延迟单元来执行，从而支持未经修改的集成电路或未经修改的灯。
因此，设置测试时间的不同方式是可能的。
每个单独灯可以是如上文所定义的类型。
本发明还提供一种在灯内使用的用于安全测试的安全电路，该灯具有用于连接到外部功率的第一电连接端子和第二电连接端子以及由外部功率供电的发光电路，其中安全电路包括：
测试单元，适于施加测试以检测第一电连接端子和第二电连接端子是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
使能单元，当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，启用灯的发光电路的操作，
其中安全电路包括时序选择单元，用于选择施加测试的时间，使得所选择的时间与系统中的另一灯施加测试的时间不同。
该安全电路可以作为对一些现有灯设计的修改而应用。
安全电路例如嵌入在集成电路中，并且测试单元适于当满足外部功率的测试条件时，施加测试，并且时序选择单元包括：
第一修改电路，适于设置测试条件；
第二修改电路，适于决定在其内用于执行测试的不同周期中的周期或半周期；以及
第三修改电路，适于确定不同时间段中的用于重复测试的时间段，
其中第一修改电路包括第一随机数生成器，该第一随机数生成器用于随机决定用于施加测试的同一半周期中的范围内的特定电压；和/或
第二修改电路包括第二随机数生成器，该第二随机数生成器用于随机决定在上电之后的哪个半周期用于施加测试；和/或
第三修改电路包括第三随机数生成器，该第三随机数生成器用于随机确定用于重复测试的时间段。
安全电路优选地是IC，并且实现时间划分的一个或多个电路然后优选地也嵌入该IC中。
根据按照本发明的第二方面的示例，提供了一种要安装在用于放电灯的传统电磁照明器具中的照明设备套件，其包括用于替换传统放电灯的灯和要与光电路并联放置的储能部件，其中
该灯包括：
第一电连接端子和第二电连接端子，用于连接到外部功率；
发光电路，由外部功率供电；以及
安全电路，连接到第一电连接端子和第二电连接端子；
其中安全电路适于：
施加测试以检测第一电连接端子和第二电连接端子是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，启用发光电路的操作，
并且储能设备适于通过传统电磁照明器具充电和放电，以允许安全电路施加测试。
通过本发明的这个方面，即使电磁照明器具/电磁镇流器不允许脉冲测试电流，储能设备也只有在没有人接触(即，安全)以允许安全电路确定没有干扰阻抗时才放电。因此，该照明设备套件可以很好地支持放电灯的传统电磁照明器具。
优选地，安全电路包括：
测试阻抗；
电压检测电路，适于在测试时间从第一电连接端子和第二电连接端子汲取测试电流，并且测量测试阻抗两端的电压；以及
控制器，适于当所测量的电压高于阈值时，确定第一电连接端子和第二电连接端子均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
储能设备适于至少充电到阈值并且适于提供测试电流。
优选地，阈值为30V。
优选地，储能设备适于允许100mA至200mA的电流到达安全电路以供检测。
优选地，储能设备仅为电容至少为0.1μF的电容器而没有电阻。
优选地，储能设备位于灯的外部。优选地，储能设备具有与传统启动器相同的接口，并且用于替换传统的启动器。这为改装用于放电灯的现有/传统照明器具提供了方便方式。
参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面变得显而易见并且得以阐明。
附图说明
为了更好地理解本发明并且更清楚地示出如何实施本发明，现在将仅通过示例参考附图，其中
图1示出了标准荧光灯管照明器具的基本电路；
图2示出了如US 2018/0324925所公开的LED灯管电路；
图3示出了检测如何恰好在为灯通电后的同一时刻发生；
图4示出了并联连接的一组灯；
图5示出了根据本发明的安全电路如何适于从多个可能时间中选择施加测试的时间；
图6示出了包括若干个市电周期的时间段，在该时间段内，可以随机选择测试；
图7示出了安全电路的示例，以示出与图2的电路相对照的附加单元；
图8示出了用于错开IC检测时间的电路；
图9示出了向不同群组的灯供应外部功率的电路；以及
图10示出了本发明的第二方面的实施例的基本示图。
具体实施方式
将参考附图对本发明进行描述。
应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了装置、系统和方法的示例性实施例，但其仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、所附权利要求和附图可以更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，这些图仅是示意性的且并非按比例绘制。还应当理解，在全部附图中，相同的附图标记用于指示相同或相似的零件。
本发明提供了一种具有安全电路的灯，该安全电路连接到第一电连接端子和第二电连接端子。测试用于检测第一电连接端子和第二电连接端子是否都连接到外部功率而没有诸如人体之类的干扰阻抗，仅在此之后才启用灯的操作。从多个可能的时间中选择用于测试的时间。
如上文所提及的，US 2018/0324925公开了上文所讨论的类型的安全电路的示例。阻抗连接在管的两端之间，并且电压检测器用于测量阻抗两端的电压。电压检测仅当市电电压处于低电压水平(例如，低于40V)时才发生。
图2示出了如US 2018/0324925中公开的LED灯管电路100。电路100包括用于接收市电功率112的整流器电路110。示出了第一电连接端子114和第二电连接端子116，该第一电连接端子114和第二电连接端子116表示LED灯管与外部电源(即，与AC市电)的连接。电路100包括EMI抑制电路170、电压阈值电路142、第一控制电路144、测试阻抗R5、测试开关S5、时序电路130、电压检测电路150、驱动电路160、以及LED 180。
电压阈值电路142、第一控制电路144、阻抗R5、时序电路130和电压检测电路150可以构成安全电路105。当LED灯管通电时，市电交流供应所提供的交流电流通过整流器电路110整流。市电交流电压AC的均方根(RMS)可以例如是从90V到230V，诸如220V。经整流的直流电压VBUS提供给EMI抑制电路170、时序电路130、电压阈值电路142、第一控制电路144、开关阻抗R5、S5和电压检测电路150。安全电路105检测人员是否接触供应回路。如果有人接触供应回路，则相当于在整流器电路110与交流电流源之间连接阻抗120；如果没有人接触供应回路，则整流器电路110与交流电流源AC之间没有阻抗120。
如果在没有安全电路的情况下接触，包括LED 180和驱动电路160的电路通过人体阻抗闭合，从而危险电流可能流过人体。
然而，利用安全电路，在检测期间，LED 180和驱动电路160不会处于操作模式，因此没有电流从其通过。因此，默认禁用驱动电路，其中首先为电路通电，直至检测到启用驱动器电路是安全的为止。
阻抗R5用于通过可能人体阻抗120来划分电压，安全电路105检测阻抗R5两端的电压并且生成检测信号VSENSE。电压检测电路150检测电压VSENSE并且生成使能信号VEN以选择性地启用驱动电路160，从而选择性地驱动LED 180。例如，当VSENSE信号大于阈值电压时，意指市电供应完全施加到阻抗R5上，没有人接触LED灯管供应回路。因此，驱动电路160可以驱动LED 180。反之，当VSENSE信号不大于阈值电压时，则意指LED灯管供应回路上可能有人体接触并且仅施加市电供应中的一部分来检测阻抗，并且禁用驱动电路180；因此，不能驱动LED180。
应当领会，驱动电路160可以是可以用于驱动LED 180的任何当前已知的或以后开发的驱动电路，如基于分流开关的驱动电路或基于开关模式电源的驱动电路。
从图2可见，LED光源180和LED驱动电路160串联连接，该串联连接与测试阻抗R5和测试开关S5并联，介于VBUS与PGND之间。
电压阈值电路142、第一控制电路144、阻抗R5和电压检测电路150仅在输入电压相对较低(例如，低于60伏，例如，低于40伏，例，如低于30伏)时操作。在启用驱动器之前，可以执行一次或多次检测功能。
可以在US 2018/0324925中发现电路实现的更多细节。
在已知系统中，处于并联连接的灯是相同型号，并且因此是相同电路，并且检测通常在为灯通电之后的同一时刻发生。例如，检测电路内部上电后，检测过程可以在外部市电功率施加1.5个周期后开始，如图3所示。
图3的顶部曲线图示出了市电电压，而底部曲线图示出了出于阻抗测量的目的从市电(当开关S5闭合时)汲取的持续时间为Tpulse的电流脉冲300。
当前设计允许大约50个灯并联连接，如图4所示。如果超过50个灯并联连接并且在同一时刻接通，它们可能都会给出非正确测试结果，即使没有检测到人体阻抗，也会保持关断。这是因为阻抗R5实际上都是并联的。这意味着每个阻抗两端都有降低的电压，安全电路将其解释为存在人体阻抗的结果。
AC与灯之间存在线路阻抗，所以当灯数目过多时，多个测试电阻器的并联连接成为小阻抗，以使线路阻抗变得更占主导。因此，如同存在人体阻抗一样，在测试电阻器两端测量的电压较小。
本发明提供一种对上文所描述的安全电路的修改。它执行检测第一电连接端子114和第二电连接端子116两者是否都连接到外部功率而没有干扰阻抗120的同一功能。仅当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，才启用灯的操作。
安全电路适于从多个可能时间中选择施加测试的时间。这样，灯中的至少一些灯不会与灯中的其他一些灯同时进行测试。
图5示出了表示该功能的时序图。可以在时间窗口500内的可变时间施加检测脉冲300。在一个示例中，可以在时间窗口内的随机时间施加检测脉冲300。时间窗口500覆盖市电供应的一定相角范围诸如在后沿中的从60V相位到10V相位(图5所示的窗口500被夸大)。同样，还可以在灯之间选择不同的时间窗口，诸如一些不同灯选择前沿中的10V到60V，其他不同灯选择后沿中的60V相位到10V相位。时间窗口500可以被认为覆盖市电供应的一定电压电平范围，或等同地一定相角范围。
除了在市电输入的个体周期(或半周期，这是由于在整流之后，信号将仅包括一组正半周期)内设置时间窗口之外，还可以从一组不同的周期或半周期中选择周期(或半周期)。为此，安全电路105检测市电信号的存在并且还例如基于过零的检测来测量信号的时序。这样，从施加市电信号的那刻起，就对市电周期进行计数。该功能可以在IC中实现。注意，如果检测电路在整流器之后，则可能无法区分正半周期或负半周期。如果检测电路在整流器之前，则可以选择性地决定正半周期和负半周期以对测试进行时间划分。
在一个示例中，安全电路在通电后，其随机地选择检测脉冲300在市电半周期内的位置，以及在哪个市电半周期中，将在通电的时间之后的给定间隔内执行检测。
如果检测到人体阻抗(或更准确地，在没有检测到人体阻抗的情况下，检测到市电信号未连接到两个电连接端子)，安全电路还随机选择在多少个周期后，将重复该检测过程。
图6示出了时间段600，该时间段600包括若干个市电周期，在该时间段内，可以随机选择测试。执行重复测试的时间段可以相同或不同。
检测脉冲300通常非常窄，例如，50μs左右。位置在时间窗口内随机发生变化。例如，时间窗口可以是(i)市电信号下降到60V的时间与(ii)市电信号下降到20V的时间之间的时间段。
每次通电时，安全电路都会选择脉冲位置。该间隔的宽度为700μs左右(60Hz)。在该示例中，检测脉冲300可以放置在例如单个时间窗口内的17个不同位置。
更一般地，每个时间窗口内的多个可能时间例如包括至少10个不同的可能时间。代替一组离散时间，可能存在可以进行测试的连续时间。执行测试的时间通常是与向电连接端子施加外部功率的时间有关的时间。
当仅连接一个端子而未接触另一端子时，安全电路不被供电。当灯的两端正确适配时或如果一端连接而另一端由用户通过人体阻抗接地，则电路被供电。检测的目的是区分这两种可能性，以使当电路通过用户连接时，不会生成大电流。
当电路通过人体阻抗接地时，电路中存在的电流被设计为满足规定允许通过人体的电流水平的标准。
通过允许在施加市电之后的前30个半周期中的任一周期内执行检测(仅作为一个示例)，进一步增加了不同位置的数目。
这样，其中所有灯都能正确检测市电连接的、可以并联放置的灯的最大数目变为30*17*50个灯＝25500。这基于以下假设：50个灯可以用于在相同的检测时间检测市电。因此，可以执行测试的多个时间则包括一组时间窗口(相角范围或瞬时电压范围)，在为安全电路上电之后，该组时间窗口中的每个时间窗口在外部功率的一组不同周期中的相应周期内。
如果任何灯检测到该灯无法启用(因为未确认与市电的连接而没有人体阻抗)，则该灯将在从预先定义的最大数目的周期中选择的随机数目个周期后重复该检测过程。
因此，在启用灯的操作之前，灯施加测试以确保两个连接端子都连接到外部功率并且没有干扰阻抗。在启用灯操作之前，安全电路维持任何暴露的电气连接端子处于安全触摸状态。
图7示出了安全电路105的示例，以示出与图2的电路相对照的附加单元。该安全电路105包括控制器700和测试单元720。控制器700可以在集成电路(IC)中整体实现，而测试阻抗R5位于外部。可替代地，整个电路105可以在集成电路(IC)中实现。
DET是用于采样输入电压(市电电压)的引脚。优选地，该DET具有非常大的阻抗，使得是否存在人体阻抗都不会影响对市电电压的检测。Vcc为本地电源，GND为本地接地，OUT为控制是否启用驱动器电路的使能信号的输出引脚。
如在图2的示例中一样，安全电路105的测试单元720包括测试阻抗R5、测试开关S5和电压检测电路150，该电压检测电路150适于汲取测试电流并且测量测试阻抗R5两端的电压，用于一旦通过对输入电压的检测而使测试开关S5导通，则测量流过测试阻抗的测试电流。
控制器700确定所测量的输入电压何时满足测试条件，例如，在30V至60V的范围之内。电压检测电路150通过确认这一高电压指示测试阻抗两端的基本上所有的输入电压都下降，来确定第一电连接端子和第二电连接端子是否都连接到外部功率而没有干扰阻抗。
安全电路包括过零检测器702，该过零检测器702用于对AC功率的周期数目进行计数。这用于选择用于哪个周期用于测试，实际上用于任何所需的重复测试。
控制器700内的电压检测器704用于在为电路上电后检测外部功率供应的电压。该电压检测器704施加阈值，以使当所检测的市电电压满足测试条件时，汲取测试电流并且测量电压。这样，当存在特定电压时并且因此在市电输入功率的特定相位处，进行测试。
为了选择施加测试的时间，存在适于设置测试条件的第一修改电路706。测试电压例如介于20V与60V之间。第一修改电路706可以包括随机数生成器，用于随机决定该范围内的特定电压。
第二修改电路708适于确定不同半周期中的用于执行测试的半周期，如参考图6所解释的。第二修改电路708可以包括随机数生成器，该随机数生成器用于随机决定在上电之后的哪个半周期用于执行测试。
第三修改电路710适于确定不同的时间段中的用于重复测试的时间段。同样，第三修改电路710可以包括随机数生成器，该随机数生成器用于随机确定时间段。
本领域技术人员应当理解，在数字电路/计算机科学领域中，术语随机/随机地包括伪随机机制或真(基于硬件的)随机机制。对于伪随机机制，可以在工厂为随机数生成器提供/设置不同的种子，从而当在现场使用时，不同灯中的不同安全电路可以提供用于施加测试的不同时间。
可以考虑单元702、706、708、710一起定义时序选择单元711。
图7还示出了用于为安全电路105供电的供应电压生成电路712。使能单元714执行使能功能以允许灯操作或禁用灯操作。
测试时序通过改变测试条件(在这种情况下为进行测试的电压以及由此的相位、以及施加测试的半周期)来更改。还会选择重复测试的时间。
单元706所确定的随机时间可以仅在上电时导出一次。同样，重复测试的随机周期数目可以在上电时设置一次。因此，可以在时间窗口内的相同时间施加重复测试，但随机选择时间窗口本身。
LED上电之后，无需其他测试，直至功率断开连接并重新连接。
当然，可以更频繁地而不仅仅是在上电时进行随机选择。
更进一步地，备选方案是在工厂中施加随机设置，以便每个安全电路的随机设置在工厂中施加，而非在电路内执行随机时序生成。当然，电路内的随机生成避免了不同电路之间连续冲突的风险。如果包括第一修改电路、第二修改电路和第三修改电路的电路700由分立部件实现，则这是有用的。
上述示例基于相对于施加市电功率的时间而对测试脉冲的时序进行改变。
备选方案是改变向每个灯施加市电功率的时间。为此，安全电路可以在执行电压测量的集成电路外围包括延迟电路。
第一选项是如下的延迟电路，该延迟电路选择时间延迟并且禁用集成电路对电源的电压的检测达该时间延迟。在这种情况下，在时间延迟内禁用外部电压检测器704，而不是使用单元706、708和710。
图8示出了用于错开IC检测时间的电路。大多数泄露电流检测电路都有用于采样输入电压(整流器桥之前或之后)的引脚，该输入电压决定了IC何时开始进入检测程序。然后，可以添加延时贴片电路来错开检测时间，从而错开开始时间并且避免如上文所解释的错误检测。贴片电路如图8所示。
不同的贴片电路可以应用于不同的灯以产生一组不同的延迟。DET再次作为用于采样输入电压的引脚。检测信号最初通过开启MOSFET T1而短接至地，在电源电压Vcc与MOSFET T1的栅极之间的RC滤波器的RC时间常数之后，关闭MOSFET。RC时间常数可以跨几个半周期或周期延伸，使得该灯将比没有该贴片电路的其他灯晚几个半周期或周期进行测试。
第二选项是如下的延迟电路，该延迟电路选择时间延迟，用于延迟为集成电路的通电达该时间延迟。该延迟可以使用(灯内部或外部的)外部延迟单元来实现，从而支持未经修改的IC或灯。例如，为了延迟为IC的上电，可以为灯的Vcc提供RC延迟。这种方案的优点是所需贴片电路不参与集成电路的控制回路，因此不存在错误操作IC的风险。然而，这确实需要相对较高电压的半导体器件。
可替代地，为了延迟为整个灯的上电，可以向一些灯提供额外的外部延迟开关。这如图9所示，其中开关900是用于控制所有的灯的原墙壁开关，并且在底部为两个TLED灯增加了额外的延迟开关902。当开关900接通时，顶部处的两个TLED开始测试并操作；开关902的延迟时间被设置为长于顶部处的两个TLED的测试时间，然后，接通开关902，以允许底部处的两个TLED灯开始其测试和操作。
这样，该组灯被分成群组，其中逐群组执行测试。这种方案可以扩展到多个群组，而不局限于限于如图9所示的仅两个群组。
当多个灯并联连接时，本发明的方案是确保多个灯中的至少两个灯在不同的时刻施加它们各自的测试。通过在不同时间进行测试，这使得许多灯例如连接到共享断路器成为可能。多于50、多于100甚至多于200个灯可以并联连接到共享断路器。
本发明既涉及一种包含上文所解释的电路系统的灯，还涉及了安全电路本身。安全电路的主要特征是测试单元720和使能单元714，该使能单元714用于当第一电连接端子和第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而没有干扰阻抗时，启用灯的发光电路的操作。时序选择单元711用于从多个可能的时间中选择施加测试的时间。
安全电路可以是发光电路的集成部分(例如，发光电路的驱动器电路)，或者它可以是附加电路。集成电路可以包括数字电路系统和模拟电路系统。数字电路系统将选择检测时刻(周期、周期内的时刻、重复率、重复测试的延迟)，而模拟电路系统将自行执行检测。可替代地，部分电路系统可以放置在IC外部。
还应当指出，基于电压的测试或基于电流的测试是可能的。
本发明的第二方面提供了一种要安装在用于放电灯的传统电磁照明灯具中的照明设备套件，其包括用于替换传统放电灯的灯以及要与光电路并联放置的储能部件，其中该灯包括：
第一电连接端子和第二电连接端子，用于连接到外部功率；
发光电路，由外部功率供电；以及
安全电路，连接到第一电连接端子和第二电连接端子；
其中安全电路适于：
施加测试以检测第一电连接端子和第二电连接端子是否均连接到外部功率而无干扰阻抗；以及
当第一电连接端子与第二电连接端子均被检测为连接到外部功率而无干扰阻抗时，启用发光电路的操作。
以及储能设备适于由传统电磁照明灯具充电和放电，以允许安全电路施加测试。
图10示出了本发明第二方面的示意图。带有人体触摸检测器的TLED可以参考US2018/0324925中所公开的TLED、上文描述中的第一方面的实施例、或具有安全测试功能但受电磁镇流器特性所阻碍的任何其他TLED。同时，在整个灯具安装过程期间，电容器并没有出现在阻抗检测/测试电路回路中，这是由于TLED的引脚在正确安装在灯具中之前没有连接到电容器，所以电容器在正确安装之前对安全检测没有影响：它不会事先激活安全电路。
如果安全电路如上所述并且包括：
测试阻抗；
电压检测电路，适于在测试时间从第一电连接端子和第二电连接端子汲取测试电流，并且测量测试阻抗两端的电压；以及
控制器，适于当所测量的电压高于阈值时，确定第一电连接端子和第二电连接端子两者均连接到外部功率而没有干扰阻抗。
储能设备适于至少被充电到阈值并且适于提供测试电流。
优选地，阈值为30V。
优选地，储能设备适于允许100mA至200mA的电流到达安全电路以供检测。
优选地，储能设备仅为电容至少为0.1μF的电容器。
优选地，储能设备位于灯的外部。优选地，储能设备具有与传统启动器相同的接口，并且用于替换传统启动器。
相比之下，传统启动器可能具有电容器，但它的电容要么太小，要么它具有串联电阻器，从而无法在足够的测试时间内允许足够的测试电流：即，它不允许安全电路操作。
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要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的几个项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。如果在权利要求或说明书中使用术语“适于”，则应当指出术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种多灯系统，其中每个灯包括：
第一电连接端子(114)和第二电连接端子(116)，用于连接到外部功率(112)；
发光电路(180)，用于由所述外部功率供电；以及
安全电路(105)，连接到所述第一电连接端子和所述第二电连接端子，其中所述安全电路适于：
施加测试以检测所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
当所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者均被检测为连接到所述外部功率而没有所述干扰阻抗时，启用所述发光电路的操作，
其中，
所述灯中的至少两个灯适于在不同的时刻施加它们相应的测试。
2.一种用于在包括多个灯的系统中使用的灯，包括：
第一电连接端子(114)和第二电连接端子(116)，用于连接到外部功率(112)；
发光电路(180)，用于由所述外部功率供电；以及
安全电路(105)，连接到所述第一电连接端子(114)和所述第二电连接端子(116)，
其中所述安全电路(105)适于：
施加测试以检测所述第一电连接端子(114)和所述第二电连接端子(116)两者是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
当所述第一电连接端子(114)和所述第二电连接端子(116)两者均被检测为连接到所述外部功率而没有所述干扰阻抗时，启用所述发光电路(180)的操作，
其中所述安全电路(105)适于选择施加所述测试的时间，所述时间与所述系统中的另一灯施加测试时的时间不同。
3.根据权利要求2所述的灯，其中多个可能时间包括测试时间窗口(500)内的至少10个不同的可能时间，并且所述干扰阻抗包括人体阻抗。
4.根据权利要求3所述的灯，其中所述外部功率包括AC市电功率，其中所述测试时间窗口(500)是所述AC市电功率的AC周期的固定相角范围或瞬时电压范围。
5.根据权利要求4所述的灯，其中多个时间包括多个所述固定相角范围或低于60伏的多个所述瞬时电压范围，每个时间在为所述安全电路上电之后的所述AC功率的一组不同周期中的相应周期内。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的灯，其中所述安全电路(105)包括：
测试阻抗(R5)；
电压检测电路(105)，适于在所述测试时间从所述第一电连接端子和所述第二电连接端子汲取测试电流，并且测量所述测试阻抗(R5)两端的电压；以及
控制器(700)，适于当所测量的电压高于阈值时，确定所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者均连接到外部功率而没有干扰阻抗。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的灯，其中所述安全电路(105)适于：
当所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者均未被检测为连接到所述外部功率而没有所述干扰阻抗时，选择时间段，优选地，从多个可能时间段中选择时间段，之后要重复所述测试；以及
在所选择的时间段之后，重复所述测试。
8.根据权利要求7所述的灯，其中所述外部功率(112)包括AC功率，并且所选择的时间段包括所述AC功率的若干个周期，并且所述测试电路包括用于对所述AC功率的周期的数目进行计数的过零检测器(702)。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的灯，其中施加所述测试的时间被随机选择。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的灯，其中所述安全电路(105)包括具有电压检测器(704)的集成电路，所述电压检测器用于在为所述集成电路上电之后检测所述外部电源的电压，并且所述安全电路(105)适于当所检测的电压满足所述外部功率的测试条件时汲取所述测试电流。
11.根据权利要求9所述的灯，其中为了选择施加所述测试的所述时间，所述集成电路包括以下各项中的一项或多项：
第一修改电路(704)，适于设置测试条件；
第二修改电路(708)，适于确定不同周期或半周期中的要在其内执行所述测试的周期或半周期；以及
第三修改电路(710)，适于确定不同的时间段中的用于重复所述测试的时间段。
12.根据权利要求11所述的灯，其中
所述第一修改电路(704)包括第一随机数生成器，所述第一随机数生成器用于随机决定用以施加所述测试的同一半周期中的范围内的特定电压；和/或
所述第二修改电路(708)包括第二随机数生成器，所述第二随机数生成器用于随机决定在上电之后的哪个半周期中施加所述测试；和/或
所述第三修改电路(710)包括第三随机数生成器，所述第三随机数生成器用于随机确定用于重复所述测试的时间段。
13.根据权利要求10所述的灯，其中所述安全电路(105)还包括在所述集成电路的外围的以下电路：
第一延迟电路，适于选择时间延迟，并且禁用所述集成电路对所述电源的所述电压的所述检测达所述时间延迟；或
第二延迟电路，适于选择时间延迟，以便所述集成电路按照所述时间延迟进行上电。
14.一种在根据权利要求2所述的灯内使用的用于安全测试的安全电路(105)，所述灯具有用于连接到外部功率的第一电连接端子和第二电连接端子、以及用于由所述外部功率供电的发光电路，其中所述安全电路包括：
测试单元(720)，适于施加测试，以检测所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者是否均连接到外部功率而没有干扰阻抗；以及
使能单元(714)，用于当所述第一电连接端子和所述第二电连接端子两者均被检测为连接到所述外部功率而没有所述干扰阻抗时，启用所述灯的所述发光电路的操作，
其中所述安全电路包括时序选择单元(711)，用于选择施加所述测试的时间，使得所选择的时间与所述系统中的另一灯施加测试时的时间不同。
15.根据权利要求14所述的安全电路(105)，其中所述安全电路被嵌入到集成电路中，并且其中所述测试单元(720)适于当满足所述外部功率的测试条件时，施加所述测试，并且所述时序选择单元(711)包括以下各项中的一项或多项：
第一修改电路(704)，适于设置所述测试条件；
第二修改电路(708)，适于决定不同周期中的要在其内执行所述测试的周期或半周期；以及
第三修改电路(710)，适于确定不同时间段中的用于重复所述测试的时间段，
其中所述第一修改电路(704)包括第一随机数生成器，所述第一随机数生成器用于随机决定用以施加所述测试的同一半周期中的范围内的特定电压；和/或
所述第二修改电路(708)包括第二随机数生成器，所述第二随机数生成器用于随机决定在上电之后的哪个半周期中施加所述测试；和/或
所述第三修改电路(710)包括第三随机数生成器，所述第三随机数生成器用于随机确定用于重复所述测试的时间段。
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