CN113853051A - 电气控制面板和控制多个电负载的系统 - Google Patents

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小罗伯特·C·纽曼
马修·W·努赫费尔
迈克尔·W·佩西纳
托马斯·M·希勒
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Abstract

本文所描述的系统和方法提供被配置成控制多个电负载的电气面板(例如，模块化电气面板)的示例。所述电气面板可以包括控制电路、存储器、通信电路，和交流电(AC)线路馈电部和/或直流电(DC)线路馈电部。所述电气面板还可以包括多个电源和多个控制模块，其中多于一个控制模块与所述多个电源中的每个电源相关联。每个控制模块可以被配置成从相关联的电源接收DC电力并且将输出电压提供到至少一个电负载。所述电气面板提供关于转换、调节和/或控制的每个阶段是在位于所述电气面板内的控制模块处执行，还是在位于电负载处的附件模块处执行的灵活性。

Description

电气控制面板和控制多个电负载的系统
本申请是分案申请，其母案申请的申请号是201780054279.3，国际申请号是PCT/US2017/043294，申请日是2017年7月21日，发明名称为“模块化照明面板”。
相关申请的交叉参考
本申请要求2016年7月22日提交的第62/365,773号临时美国专利申请的权益，所述申请的公开内容以其全文引用的方式并入本文中。
背景技术
发光二极管(LED)光源(即，LED光引擎)通常用于代替常规白炽灯、荧光灯、或卤素灯等或作为常规白炽灯、荧光灯、或卤素灯等的替代物。LED光源可以包括安装在单个结构上并设置在合适外壳中的多个发光二极管。与白炽灯、荧光灯和卤素灯相比，LED光源通常更高效且具有更长的使用寿命。为了适当地照明，LED驱动器控制装置(即，LED驱动器)可以耦合到LED光源，用于调节供应到LED光源的电力。LED驱动器可以调节提供到LED光源的电压、供应到LED光源的电流、或这两者。在标题都为“用于发光二极管光源的负载控制装置(LOAD CONTROL DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE)”的于2010年7月23日提交的第8,492,987号共同转让的美国专利以及2013年3月14日公开的第2013/0063047号美国专利申请公开案中更详细地描述LED驱动器的示例，这两个专利的全部公开内容特此以其全文引用的方式并入本文。
随着电气基础设施变化以适应可再生能源(例如，风能、光伏太阳能、燃料电池等)，可能会出现直流电(DC)配电的趋势，因为这是产生许多这些技术的原生版本。例如，光伏太阳能阵列产生DC电力并且DC电力通常直接存储在电池中。从那里，可以从电池组直接获取电力作为直流电(DC)，或者直流电可以被反转为交流电以供电器使用。随着这种移动到DC移动电源的预期，需要将电力直接用作DC电力，而不是将DC电力转换成AC电力。许多AC电负载实际上需要DC电力来运行，并且传统上需要整流来使AC电力对电负载有用。许多AC电负载也采用有源功率因数校正(PFC)，以便最小化AC干线(mains)上的不必要谐波的产生。然而，整流和有源功率因数校正操作引入效率损耗。
最后，现有电气面板(例如，照明面板)通常仅包括用于控制电负载的操作的最少量硬件，其中大部分(如果不是全部)的电力转换和负载控制功能远离电负载处的面板。例如，电气面板通常将AC干线电压提供到附接的电负载，并且电负载通常包括将所接收的AC干线电压转换成用于电负载的合适驱动电压必需的所需处理器、转换器、和控件。例如，典型的灯具不仅包括发光元件本身，而且还包括将所接收的AC干线电压转换成用于照明负载的驱动电压所需的硬件和软件(例如，LED驱动器、镇流器等)。这样往往会产生昂贵且笨重的灯具。
发明内容
本文所描述的系统和方法提供负载控制系统的示例，所述负载控制系统包括电气面板(例如，模块化电气面板)，其中电气面板被配置成控制多个电负载。电气面板可以包括控制电路、存储器和通信电路。电气面板可以包括交流电(AC)线路馈电部、直流电(DC)线路馈电部，或电池组馈电部中的一个或多个。AC线路馈电部可以连接到AC电力源，而DC线路馈电部可以连接到DC电力源(例如，一个或多个替代能量装置，例如但不限于：光伏(PV)系统、风力涡轮机系统、水电系统等)，并且电池组馈电部可以连接到电池组。电气面板可以是例如照明面板，并且多个电负载可以包括至少照明负载(例如，LED光引擎)。电气面板可以是例如遮光面板，并且多个电负载可以包括至少电动窗上用品(motorized windowtreatment)。
电气面板还可以包括多个电源和多个控制模块，其中多于一个控制模块可以与多个电源中的每个电源相关联。每个电源可以被配置成接收AC电力并提供DC电力，而一个或多个电源还可以被配置成接收DC输入并输出所接收DC电力的转换版本。每个控制模块可以被配置成从相关联电源接收DC电力并且将输出电压提供到至少一个电负载。控制模块可以提供被调节成提供用于操作和控制相关联电负载的电力的输出电压，或者控制模块可以提供随后由电负载处的附件模块接收的输出电压，其中附件模块执行调节和/或控制的最后阶段，用于为电负载供电。因此，电气面板提供关于转换、调节、和/或控制的每个阶段是在位于电气面板内的控制模块处执行，还是在位于电负载处的附件模块处执行的灵活性。
例如，电气面板可以被配置成在紧急情况期间将DC电力从电池组馈电部提供到至少一个电负载，由此消除了本地和/或专用电池位于电负载处用于应急电源的需要。电气面板还可以包括并网逆变器(grid-tie inverter)，其可以提供用于从DC线路馈电部(例如，以及转而DC电力源)到AC线路馈电部(例如，以及转而AC电网)的电连接。因此，电气面板的控制电路可以被配置成通过AC线路馈电部将DC电力馈送到电网。此外，控制电路可以被配置成例如，基于本文所描述的一个或多个因素(例如，来自电网的AC电力的当日时间定价)而确定是将来自AC线路馈电部的AC电力还是将来自DC线路馈电部的DC电力提供到至少一个电源。
一个或多个电源可以是多馈电部电源。例如，一个或多个电源可以被配置成当使用电源上的AC输入从AC线路馈电部接收AC电力时操作电负载，并且被配置成当使用电源上的DC输入从DC线路馈电部接收DC电力时操作电负载。控制模块可以被配置成输出不同类别的电力(例如，低电压类别2、低电压类别1、高电压类别1等)。例如，第一控制模块可以被配置成输出第一类别的电力，并且第二控制模块可以被配置成输出第二类别的电力，第二类别不同于第一类别。此外，一个或多个电源可以被配置成基于到电负载的链路上的所测量电流、到电负载的链路上的所测量电压、到电负载的链路上的所测量功率、或来自电负载的反馈中的一个或多个，确定其正在操作低功率类别2电源、低功率类别1电源，还是高功率类别1电源。
一个或多个控制模块可以被配置成通过双线链路将DC电路和通信提供到电负载。例如，控制模块可以被配置成通过将定时窗注入DC电压内来提供通信，定时窗由四个偏移中的一个偏移表征，其中每个偏移对应于不同数据传输(例如，“00”、“01”、“10”或“11”)。
附图说明
图1是示例负载控制系统的简化框图。
图2是图1的负载控制系统的示例电源和控制模块的简化框图。
图3是图2的控制模块的示例正向转换器和电流感测电路的简化框图。
图4是用于将数字消息传送到电负载的通过照明面板的控制模块产生的DC电压的时序图的示例。
图5是通过电气面板执行的分类检测过程的示例流程图。
图6是通过电气面板执行的并网逆变器控制过程的示例。
具体实施方式
图1是示例负载控制系统100的简化框图。负载控制系统100可以包括电气面板(例如，照明面板102)和一个或多个电负载。照明面板102可以包括面板控制电路104(例如，面板控制器)、存储器105、通信电路106、照明面板电源107、一个或多个电源(例如，AC/DC功率转换器)，以及一个或多个控制模块。电负载可以包括一个或多个照明负载，例如但不限于LED光引擎(LED light engine)150和一个或多个电动窗上用品160。因此，照明面板102可以为多个不同类型的电负载提供电力和控制。
照明面板102可以控制传递到诸如LED光引擎150的电负载的电力量，并且因此控制光引擎的强度。取决于特定照明系统，LED光引擎150可以包括单个LED或串联、并联或以其合适组合连接的多个LED。LED光引擎150可以包括一个或多个有机发光二极管(OLED)。LED光引擎150还可以包括电阻器和/或调节/抵消通过LED的电流的低压差稳压器(LDR)。
电动窗上用品160可以各自包括例如，单元式遮光帘、卷帘、帷幔、罗马帘、百叶窗帘、波斯窗帘、褶皱百叶窗、张紧卷帘系统、或其他合适的电动窗罩。电动窗上用品160可以各自包括电机驱动单元(未示出)，用于调整电动窗上用品160的覆盖材料的位置，例如以控制进入空间的日光量。每个电动窗上用品160的电机驱动单元可以被配置成经由有线或无线信号接收数字消息并且响应于接收到的数字消息而控制进入空间的日光量。电动窗上用品160可以各自具有安装用于接收射频(RF)信号的天线。每个电动窗上用品160的电机驱动单元可以从外部DC电源接收电力。
照明面板102可以包括将电力提供到照明面板102的用于AC线路馈电部132、DC线路馈电部134、和/或电池组馈电部133的输入端子。例如，照明面板102可以从AC线路馈电部132接收电力，AC线路馈电部可以提供来自AC电力源(未示出)的三相AC干线输入电压。AC线路馈电部132可以经由主断路器或直接从电网接收AC输入电压。替代地或附加地，照明面板102可以从DC线路馈电部134和/或电池组馈电部133接收电力，DC线路馈电部和/或电池组馈电部可以提供来自DC电力源(未示出)的DC输入电压。例如，DC电力源可以包括一个或多个替代能量装置，例如但不限于：光伏(PV)系统、风力涡轮机系统、水电系统等。DC电力源还可以包括电池组。如果照明面板102连接到AC电力源和DC电力源两者，则面板控制电路104可以被配置成基于一个或多个因素(例如，变量)——诸如(例如，AC电源的)分时定价、来自任一电源的电力的可用性、外部条件(例如，环境条件、价格指数、当日时间等)等而确定从AC电源接收(即，汲取)多少电力以及从DC电源接收多少电力。
照明面板102可以包括多个负载控制装置中的每个负载控制装置的一部分或全部(其中负载控制装置可以包括电源和控制模块的组合)。在照明面板102包括负载控制装置的一部分的情况下，其余部分可以位于远离照明面板102处(例如，电负载处)。例如，照明面板102可以包括用于控制LED光引擎的LED驱动器的各个部分或阶段。照明面板102可以整体地包括一个或多个LED驱动器和/或包括其他LED驱动器的一个或多个变化的部分。因此，照明面板102可以是模块化的，并且包括用于多个电负载中的每一个和电负载类型的、照明面板102其自身中的功率转换和控制(例如，调光控制)的选择阶段。例如，可以在照明面板102中实施昂贵和/或复杂的控制技术(例如，旨在减少开关损耗的功率转换技术)，以降低单个灯具(以及进而整个光控制系统100)的成本和/或复杂性。照明面板102可以将DC电力输出到连接的电负载的至少一些，并且因此提供用于从面板到负载的DC配电(例如，与AC配电相比)。图1的示例照明面板102仅仅是可以由照明面板102采用的多个配置中的一个配置。
照明面板102可以包括一个或多个电源以及一个或多个控制模块。电源可以执行电力转换(例如，从AC输入到DC输出)和/或功率因数校正(PFC)，以朝向功率因数1调整功率因数。例如，电源可以各自包括AC/DC转换器和PFC电路。AC/DC转换器可以呈整流器电路的形式。替代地，例如，如果电源连接到DC线路馈电部134而不是AC线路馈电部132，则电源可以不包括AC/DC转换器(例如，整流器电路)。PFC电路可以包括升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器、反激转换器、线性调节器、或开关调节器和线性调节器的组合。电源的升压转换器可以接收整流电压VRECT并且产生跨总线电容器CBUS(例如，电解电容器)的升压DC总线电压VBUS。电源可以将DC总线电压VBUS提供到一个或多个控制模块。电源和控制模块还可以通过DC总线彼此通信(例如，根据参考图4描述的通信协议)。电源可以包括专用控制电路或完全由照明面板102的面板控制电路104控制。
照明面板102可以包括输出多个不同功率受限DC总线电压VBUS(例如，100W受限、500W受限、750W受限、4,500W受限等)的多个不同电源。电源可以包括其自身的控制电路(例如，微处理器、专用集成电路(ASIC)、或模拟IC)和/或使用照明面板102的面板控制电路104。此外，电源可以包括最小化AC干线或DC干线上的RF噪声的射频干扰(RFI)滤波器电路。电源还可以包括减少AC/DC转换器的开关损耗的缓冲电路，诸如无损缓冲器。此外，当不使用时，电源可以驻留在睡眠状态(例如，当电源包括其自身的控制电路时)或完全截止状态(例如，当电源不包括其自身的控制电路并且使用照明面板102的面板控制电路104时)。
例如，照明面板102可以包括AC/DC电源，诸如AC/DC电源108、AC/DC电力转换器110、和/或AC/DC电力转换器112。AC/DC电源可以从AC线路馈电部132接收AC线路电压。AC/DC电源可以将DC电力(例如，DC总线电压VBUS)输出到一个或多个控制模块。此外，AC/DC电源可以从面板控制电路104和/或从一个或多个输入装置接收一个或多个控制信号，用于控制AC/DC电源的操作和输出电压(例如，经由电源的内部控制电路)。AC/DC电源还可以将命令信号(例如，有线或无线控制信号)发送到一个或多个控制模块或电负载，用于控制控制模块或电负载的操作特征(例如，脉宽调制(PWM)占空比、强度、颜色、温度、衰减率等)。此外，AC/DC电源可以将反馈信号发送到与电源本身的操作有关的面板控制电路104，和/或控制模块或电负载。
电源可以额定用于任何电气类别，例如，类别1或类别2电源。例如，AC/DC电源108可以是接收100-277VAC并且输出24V/48V DC的类别2电源。例如，类别2电源可以受限于60VDC和100W。AC/DC转换器110可以是低电压类别1电源(例如，受限于15A、60V和750W)，而AC/DC转换器112可以是高电压类别1电源(例如，受限于10A、450V和4,500W)。AC/DC转换器110可以接收100-277VAC，经由PFC电路(例如，升压转换器或反激转换器)执行功率因数校正，并且输出24V/48V DC。照明面板102的电源不限于类别1和类别2电源，而是还可以根据特定的当地法规要求额定为其他UL或IEC分类。另外，照明面板系统102可以将电力和控制信号提供到电动遮光设备，诸如电动窗上用品160。
电源和/或照明面板102的面板控制电路104可以被配置成确定电源的额定类别类型(例如，低电压类别2、低电压类别1、高电压类别1等)。例如，可以基于连接到电源的控制模块和/或电负载，以及进而电源的所需操作特征来进行确定。例如，电源(或面板控制电路104)可以被配置成测量在链路上，例如在电源的输出端子处请求的电流、电压、和/或电力量以确定其所需类别类型。替代地或附加地，控制模块和/或电负载(例如，位于电负载处的附件模块)可以(例如，通过传输消息)与电源和/或面板控制电路104通信，从而指示其电力需求，例如，所需电力量、所需调光类型等。电源随后可以被配置成(例如，通过面板控制电路104)相应地控制(例如，限制)其输出功率(例如，作为低电压类别2电源、低电压类别1电源、高电压类别1电源等操作)。电源还可以被配置成在确定其类别类型之后将警报和/或报告提供回面板控制电路104。此外，面板控制电路104可以被配置成在安装之后调整电源的类别类型。例如，电源可以初始地被配置成作为类别1电源(例如，高电压类别1电源)操作，并且稍后被配置成(例如，通过面板控制电路104)作为另一类别的电源(例如，作为低电压类别2电源，条件是适当地符合相关标准)操作。
尽管参考AC/DC电源描述，但是照明面板102可以包括例如从DC线路馈电部134接收直流DC电压并且输出24V/48V DC的DC电力转换器。此外，一个或多个电源可以被配置成接收AC输入和DC输入，例如使得电源被配置成在输入电压是AC电压时在AC模式下操作，并且在输入电压是DC电压时在DC模式下操作。本文描述被配置成在AC模式和DC模式下操作的电源的示例。
照明面板102可以包括用于每个电源(例如，AC/DC电源108、AC/DC电力转换器110、和/或AC/DC电力转换器112)的多个控制模块。照明面板102还可以包括可以位于电源之前的物理和/或电气电路保护——诸如断路器124，和/或可以位于控制模块之后的物理和/或电气电路保护——诸如断路器126。附加地，输出断路器可以被配置成电子断路器，其操作特征经由面板控制电路104或单独的控制电路调整。多个不同类型的控制模块可以连接到单个电源，并且每个控制模块可以是单独可控制的(例如，通过电源和/或面板控制电路104)。此外，电源和/或面板控制电路104可以唯一地寻址每个控制模块，例如，取决于由该控制模块执行的功能(例如，颜色改变、应急、分区等)。附加地，控制模块可以将信息传送回电源和/或面板控制电路104。例如，控制模块可以在完全接通其电负载之前接收来自电源的许可(例如，以防止使电源过载或超过特定分类安装的法规要求)。
照明面板102包括多个类型的控制模块，包括例如，用于驱动LED光引擎150的控制模块、用于确定电动窗上用品160的控制模块、以及用于将数字通信提供到电负载的控制模块。控制模块可以从电源接收DC电力，并且将受控电力提供到电负载(例如，将电力提供到LED光引擎150、将电力提供到电动窗上用品160、将电力提供到远离照明面板102的附件模块等)。控制模块可以输出用于操作和控制诸如驱动器模块114的电负载的适当电力，或者控制模块可以与位于电负载处的附件模块协同操作(例如，与附件模块152组合的隔离低电压转换器116，或与附件模块154组合的故障检测和分支电路118)，使得两者组合提供用于操作和控制电负载的适当电力。因此，照明面板102提供模块化架构，其允许在照明面板102内执行的选择功能，以及在位于电负载处的附件模块处执行的其他功能。
除了模块化之外，可以通过使用照明面板102实现效率增益。例如，照明面板中的控制模块可以将高电压(例如，450V)输出到电负载，这可能比低电压(例如，277V)处的分配更有效。此外，在照明面板102中的控制模块的输出低于典型线路电压(例如，类别2情形，诸如驱动器模块114的输出)的情况下，电负载处的功率损耗可以减少，负载可以更冷却地运行且进而持续更长时间，并且电负载可能不需要位于负载本身处的那么多硬件/软件，从而导致负载更小且更轻。如果电源接收DC输入，则电源和/或控制模块的设计可以得到简化(例如，在没有PFC相关电路的情况下)，并且端到端效率可以得到增强。此外，在设施内具有位于中央的照明面板102使得维护和服务更容易。
取决于配置，控制模块可以输出受控DC电力或受控AC电力。控制模块可以根据从控制电路(诸如面板控制电路104)接收的命令信号、连接电源、从输入装置接收的无线控制信号、和/或来自电负载的反馈(例如，温度、光输出、功率、颜色等)控制输出电力。控制模块还可以将反馈数据(例如，与电负载相关的反馈数据、控制模块的输入电力、连接光源的强度等级、负载故障条件、传感器状态、流明水平等)提供到电源和/或照明面板102的面板控制电路104。控制模块可以包括专用控制电路，或可以由照明面板102的面板控制电路104和/或相关联电源的控制电路控制。
一个示例控制模块是驱动器模块114。驱动器模块114从AC/DC电源108接收DC总线电压VBUS，并且将调节后的DC电压(例如，PWM DC电压、恒定电压DC信号，或具有施加的通信信号的DC电平等)提供到LED光引擎150。例如，驱动器模块114可以包括负载调节电路，其接收总线电压VBUS并且控制传递到LED光引擎150的电力量，例如以在低端(即，最小)强度LLE(例如，大致0.1％至5％)与高端(即，最大)强度LHE(例如，大致100％)之间控制LED光引擎150的强度。驱动器模块114还可以包括附加电路，例如，电流感测电路和/或电压感测电路。由于驱动器模块114将调节后的电压提供到LED光引擎150，因此连接到驱动器模块114的LED光引擎150可以包括最小量的硬件和/或软件，由此减少灯具的成本、尺寸、和复杂性。例如，LED光引擎150可以包括(例如，仅包括)单个LED或多个LED、电阻器、以及调节通过LED的电流的低压差(LDO)稳压器。
在其他示例中，驱动器模块114的一些或全部功能可以在位于照明面板102中的控制模块(例如，隔离低电压转换器116、故障检测和分支电路118等)与位于电负载处的附件模块(例如，附件模块152和154)之间拆分。因此，照明面板102可以提供用于模块化设计，其中电负载(例如，LED光引擎150)可以包括不同程度的调节电路，而其余部分可以驻留在位于照明面板102本身内的控制模块内。附加地，并且尽管未说明，照明面板102可以包括电源，并且电负载可以包括整个控制模块(例如，在相同外壳/设备内)。例如，照明面板可以包括AC/DC电源108，并且电压驱动器模块114可以实施为位于LED光引擎150处(例如，在相同外壳/设备内)的附件模块。
此外，控制模块的这种模块化允许电负载的类别1和类别2配置两者。例如，隔离低电压转换器116和附件模块152一起可以包括LED驱动器模块(例如，驱动器模块114)的所有功能。例如，隔离低电压转换器116可以包括隔离转换器(例如，变压器)和电流感测电路，并且附件模块152可以包括在LED光源150处的后端调节。因此，隔离低电压转换器116可以根据低电压类别2要求输出电压。作为另一示例，故障检测和分支电路118可以包括故障检测和调节电路，并且附件模块154可以包括转换器。在此配置中，故障检测和分支电路118可以根据高电压类别1要求输出电压(例如，450V)。这些仅仅是控制模块(例如，驱动器模块114)可以如何在位于照明面板102内的控制模块与位于电负载处的附件模块之间拆分的两个非限制性示例。
照明面板102还可以包括用于将数字通信提供到电负载(例如，通信模块)的一个或多个控制模块。例如，照明面板102可以包括一个或多个装置控制模块120和/或附件通信模块122。装置控制模块120可以通过专用通信线将通信提供到一个或多个电负载(例如，电动窗上用品160)，以控制电负载的操作特征(例如，升高、降低、分区信息、唯一标识符等)。传感器/键盘模块170可以从传感器和/或键盘接收有线或无线数字信号，并且传感器/键盘模块170可以将数字命令发送到装置控制模块120(例如，经由通信电路106)以控制电负载。附件通信模块122可以通过专用通信线将通信提供到一个或多个电负载(例如，LED光引擎150)，以控制电负载的操作特征(例如，强度、颜色、温度、衰减率、分区信息、唯一标识符等)。附件通信模块122可以经由通信电路106接收数字命令。
照明面板102(例如，面板控制电路104、电源、和/或控制模块)可以使用单线(例如，两条导线)将数据和电力两者提供到诸如LED光引擎150的电负载或附件模块152、154。可以唯一地寻址电负载，使得可以执行对电负载的个体化控制和/或与电负载的通信。例如，照明面板102可以在将DC电力提供到电负载时执行某种形式的电力线通信(PLC)，和/或在利用DC电力为电负载供电时执行调制DC电压以提供通信。在图4中提供可以通过两条导线提供的DC电力和通信的示例形式，其例如可以在电源正作为类别2电源(例如，AC/DC电源108和电压驱动器模块114)操作时使用。替代地，通过DC电力线的PLC通信可以使用诸如电流载波信号或高频调制信号的技术，以在照明负载与通信电路104之间传送数字信息。
照明面板102还可以包括附加控制模块和/或电源。例如，照明面板102可以包括0V至10V调光模块142，其将0V至10V调光命令提供到一个或多个线电压电负载。照明面板102还可以包括相位自适应模块144，用于将相位受控的AC电压提供到一个或多个电压负载(例如，白炽灯或相位可调光LED灯)。此外，照明面板102可以包括开关模块146，其可以提供一个或多个电负载的传统导通/截止切换控制。最后，照明面板102可以包括遮光电源模块148，其可以将电力和分区提供到多个电动窗上用品160(未示出)。
面板控制电路104可以被配置成控制电源和或控制模块的操作，以选择性地提供从AC线路馈电部132、从DC线路馈电部134、和/或从电池组馈电部133汲取的电力。例如，照明面板102可以包括开关电路，其被配置成在将AC电力或DC电力引导到一个或多个电源之间切换，电源本身可以接收AC电力和DC电力两者并且被配置成在使用AC电力或DC电力之间切换，或并网逆变器135可以被配置成例如基于本文所描述的一个或多个因素而将AC电力或DC电力引导到一个或多个电源。例如，在每种情况下，控制电路104可以控制在一个或多个电源使用AC电力或DC电力之间切换。这允许照明面板102基于各种条件选择性地使用来自特定源的电力，例如但不限于，在AC干线电力故障期间、在峰值需求减少的时间期间、当从PV阵列可获得大量备用电力时等。附加地，电力到电负载的这种选择性方向可以用于满足某些国家建筑规范所要求的源向特定照明负载的应急电源的要求。这种系统有利于管理应急电源，因为所述系统在安装之后可配置，而不是在项目的设计和安装阶段期间需要用应急电源进行设备配备。除了控制在电源使用AC电力或DC电路之间的切换之外，控制电路104可以基于电源正接收AC电力还是DC电力而控制电负载的一个或多个特征(例如，LED光引擎150的强度水平)。例如，控制电路104可以在使用DC电力(例如，仅DC电力)时降低一个或多个照明负载的强度(例如，高端强度)。
面板控制电路104可以被配置成例如响应于经由一个或多个输入装置接收的用户命令而控制电源和/或控制模块的操作。例如，如果电源和/或控制模块包括专用控制电路，则面板控制电路104可以管理电源和/或控制模块的控制电路的操作，并且电源的控制电路可以控制电源和/或(一个或多个)相关联控制模块的内部操作(例如，并且当配置时，控制模块的控制电路可以控制控制模块的内部操作)。然而，如果电源不包括专用控制电路，则面板控制电路104可以控制电源和/或(一个或多个)相关联控制模块的内部操作。例如，面板控制电路104可以包括数字控制器或任何其他合适的处理装置，诸如微控制器、可编程逻辑装置(PLD)、微处理器、专用集成电路(ASIC)、或现场可编程门阵列(FPGA)。
面板控制电路104可以包括存储器105和/或耦合到存储器105。存储器105可以任何组合包括易失性和/或非易失性存储器的一个或多个部件。存储器105可以存储照明面板102的部件的操作特征。照明面板电源107可以产生直流电(DC)供电电压Vcc，用于为面板控制电路104和照明面板102的其他低电压电路供电。照明面板电源107可以经由电连接109耦合到AC线路馈电部132、DC线路馈电部134、电池组馈电部133，和/或电源(例如，AC/DC电源108、110、112)。面板控制电路104可以连接到照明面板102的部件的任何组合(例如，所有部件)，并且被配置成控制照明面板102的部件的任何组合(例如，所有部件)。
照明面板102的通信电路106可以耦合到网关装置138和/或一个或多个数据终端136，其例如可以包括网络链路(例如，以太网端口)、数字通信链路、数字复用(DMX)链路等。通信电路106可以被配置成经由诸如射频(RF)通信链路或红外线(IR)通信链路的无线通信链路来通信。
负载控制系统100可以包括一个或多个输入装置，使得照明面板102被配置成接收用户输入、发射数字消息，和/或经由输入装置接收数字消息。数字消息可以经由有线(例如，通过有线通信链路)或无线信号(例如，RF信号)发射数字消息。例如，输入装置可以包括接入点或集线器166、无线传感器162(例如，占用/空置传感器、日光传感器等)、无线键盘164(例如，电池供电的手持式远程控制装置)、传感器/键盘模块170、有线传感器172(例如，占用/控制传感器、日光传感器等)、视觉显示器远程控制装置174(例如，动态键盘)、无线移动装置180、网络接口182、壁挂式远程控制装置(未示出)等。接入点或集线器166可以被配置成发射和接收有线和无线信号，并且可以包括与照明面板102(例如，面板控制电路104和/或通信电路106)的网络连接并可以用作一个或多个输入装置和/或电负载的标准协议(例如，Wi-Fi)接入点和/或专有协议(例如，
Figure BDA0003208483150000151
协议)接入点。传感器/键盘模块170可以包括到诸如有线传感器172和视觉显示器远程控制装置174的一个或多个有线装置的QS链路，并且可以被配置成使用专有协议(例如，
Figure BDA0003208483150000152
协议)无线地通信。
数字消息可以包括例如命令、查询和/或识别信息的信息。例如，由输入装置发射的数字消息可以包括与发射输入装置相关联的唯一标识符(例如，序列号)。载送数字消息的无线信号可以在特定通信频率或频率范围fRF下(例如，大致434MHz、900MHz、2.3GHz，或5.6GHz)发射。传输可以利用专有通信协议，诸如
Figure BDA0003208483150000153
协议、Wi-Fi、
Figure BDA0003208483150000154
ZIGBEE、Z-WAVE、KNX-RF、ENOCEAN RADIO和/或不同专有协议。
在负载控制系统100的配置过程期间，可以将输入装置分配给负载控制系统100的一个或多个部件(例如，照明面板102、面板控制电路104、电源(例如，AC/DC电源108、AC/DC功率转换器110，和/或AC/DC功率转换器112)、控制模块(例如，控制模块114、116、或118、通信模块120或122)、附件模块(例如，附件模块152或154)，和/或电动窗帘160)，使得例如照明面板102的负载控制系统可以对由输入装置发射的数字消息作出响应。使控制装置相关联的方法的示例在以下专利申请中更详细描述：2008年5月15日公开的标题为“射频照明控制系统(RADIO-FREQUENCY LIGHTING CONTROL SYSTEM)”的共同转让的第2008/0111491号美国专利申请公开案；2013年8月22日公开的标题为“可安装到单个电壁箱的两部分负载控制系统(TWO-PART LOAD CONTROL SYSTEM MOUNTABLE TO A SINGLE ELECTRICALWALLBOX)”的第2013/0214609号美国专利申请公开案；以及2013年3月14日提交的标题为“调试负载控制系统(COMMISSIONING LOAD CONTROL SYSTEMS)”的第13/830,237号美国专利申请；所述专利申请的全部公开内容特此以引用方式并入本文。
照明面板102的通信电路106可以连接到网关装置138(例如，桥接器)，并且可以被配置成实现与诸如无线网络和/或有线局域网(LAN)的网络的通信。网关装置138可以经由有线数据通信链路(例如，以太网通信链路)连接到路由器(未示出)。路由器可以允许与网络的通信，例如用于接入到因特网。网关装置138可以例如使用Wi-Fi技术无线地连接到网络。网关装置138可以被配置成将RF信号发射到照明面板102和/或附件模块的一个或多个部件，用于响应于经由网络从外部装置接收的数字消息而控制各个电负载。传输可以使用本文所描述的专有协议。网关装置138可以被配置成从负载控制系统100的附件模块接收数字消息(例如，经由RF信号和/或使用专有协议)。网关装置138可以被配置成经由网络发射数字消息，用于将数据(例如，状态信息)提供到外部装置。网关装置138可以作为照明面板102的中心控制器操作，或可以在负载控制系统100的附件模块与网络之间中继数字消息。例如，反馈和/或报告可以从负载控制系统100的附件模块接收(例如，通过面板控制电路104)，并且通过网络(例如，经由网关装置138)发送给用户。
照明面板102可以经由网关装置138与系统管理(例如，系统管理员服务器)通信。例如，面板控制电路104可以被配置成向系统管理员提供与照明面板102和/或照明控制系统100的其他部件的操作和/或配置相关的报告。此外，系统管理员能够从远程位置配置照明面板102的一个或多个部件和/或照明控制系统100的其他部件。报告可以包括与故障部件、重新配置部件(例如，电源的额定类别的改变)相关的一个或多个通知、警报或概述、附加负载连接到照明面板102、并网逆变器的操作、AC-DC之间的切换或反之亦然、在照明系统100内发送/接收的数字消息、照明系统100的需求、照明系统100的部件的调试等。
无线移动装置180(例如，网络装置)可以包括智能电话(例如，
Figure BDA0003208483150000171
智能电话、
Figure BDA0003208483150000172
智能电话，或
Figure BDA0003208483150000173
智能电话)、个人计算机、膝上型计算机、具有无线能力的媒体装置(例如，MP3播放器、游戏装置或电视机)、平板计算机装置(例如，
Figure BDA0003208483150000174
手持式计算装置)、具有Wi-Fi或无线通信能力的电视机，或任何其他合适的启用因特网协议的装置。例如，无线移动装置180可以被配置成经由Wi-Fi通信链路、Wi-MAX通信链路、
Figure BDA0003208483150000175
通信链路、近场通信(NFC)链路、蜂窝通信链路、电视白色空间(TVWS)通信链路，或其任何组合来将RF信号发射到网关装置138。可用于与无线移动装置180或网络通信的照明系统的示例在2013年1月31号公开的标题为“具有因特网连接性的负载控制装置(LOAD CONTROL DEVICE HAVING INTERNET CONNECTIVITY)”的第2013/0030589号共同转让的美国专利申请公开案中更详细地描述，所述专利申请的全部公开内容特此以引用方式并入本文。
照明面板102还可以包括组合并网逆变器/电池充电器135。替代地，照明面板102可以不包括并网逆变器/电池充电器135(例如，负载控制系统可以包括照明面板外部的并网逆变器)，并且可以包括单个DC线路馈电部(例如，DC线路馈电部134)。通过任一配置，可以提供连接用于将照明面板102连接到AC电网，使得照明面板102可以将多余电力馈送回电网(例如，经由AC线路馈电部132)。例如，照明面板102可以使用(例如，经由DC线路馈电部134和/或经由电池组馈电部133)从DC电力源接收的DC电力的一部分，用于为一个或多个电负载供电，并且可以经由并网逆变器135将任何剩余DC电力出售回电网。面板控制电路104可以基于一个或多个因素(例如，环境条件、AC电力的价格指数、当日时间等)而确定要使用多少DC电力与要将多少DC电力出售回电网。此外，面板控制电路104可以基于可能在接受窗口内的所接收DC电力量和/或基于因素中的一个或多个而决定减少提供到一个或多个电负载的电力(例如，使一个或多个LED光引擎150变暗)，使得照明面板102限制所接收AC电力量(例如，可能不接收任何AC电力)。
照明面板102可以经由AC线路馈电部132连接到AC电源，经由DC线路馈电部134连接到DC电源，以及经由电池组馈电部133连接到电池组。照明面板102的并网逆变器/电池充电器135可以经由电池组馈电部133连接到电池组，和/或经由DC线路馈电部134连接到DC电力源(例如，替代能源，诸如PV电源)。照明面板102可以在任何紧急情况期间使用存储在电池组中的能量将电力提供到电负载中的任何一个或多个(例如，以为一个或多个LED光引擎150供电)。因此，面板控制电路104可以例如在安装之后将所连接电负载中的任一个配置为在紧急情况期间作为紧急装置(例如，紧急照明)操作，而不需要将专用电池连接到特定电负载或每个电负载。此外，面板控制电路104可以被配置成使用DC电力源和/或AC电力源经由并网逆变器/电池充电器135为电池组再充电，例如使得电池组不需要补充。替代地或附加地，照明面板102可以使用直接从DC电源和/或电池组接收的DC电力，以在紧急情况下例如通过使用电池组或基于现场的发电设施来为电负载供电。
负载控制系统100可以通过调试过程来配置(例如，编程)。例如，负载控制系统100的装置(例如，照明面板102的控制模块、附件模块152、154、输入装置等)可以例如通过调试过程彼此相关联。通信特征的组合可以用于创建直观且简单的方式来完成可寻址照明系统的调试方面。移动装置180可以用于调试负载控制系统100。例如，负载控制系统100可以包括多个照明设备(例如，具有附件模块152、154的LED光引擎150)，其中每个照明设备可单独寻址，因此负载控制系统100可以在很少考虑(受限制于)所使用的实际布线结构的情况下被安装和配置到特定应用。移动装置180可以用于在安装之后执行设备的分区，而不需要给负载控制系统100重新布线。例如，照明面板102可以被配置成控制(例如，同时控制)与建筑物中的一排窗户紧邻在一起的多个照明设备以实现日光采集功能，即使照明设备未布线在一起。例如，照明面板102可以存储和利用唯一地址来控制每个照明设备的行为。此外，照明面板102可以将与每个电负载的特定行为相关的数据库存储在用于各种控制输入的空间中。照明面板102可以使用数据库来确定每个电源和控制模块的关系和命令(例如，用于分区、日光捕获等)，并且照明面板102可以在调适过程期间创建数据库。
照明面板102可以通过此方式执行调试，以减少将多个电负载与一个或多个控制相关联通常所需的时间和劳动。例如，电负载(例如，LED照明设备150)可以包括无线电信标(未示出)，诸如蓝牙信标。每个无线电信号可以包括无线电发射器并且最终为电负载提供可寻址性。另外，附件模块152、154可以被配置成发射信标信号。电负载中的无线电信标可以经由可以由移动装置180接收的无线电信号来广播无线电信标的唯一标识符(例如，序列号)。电负载可以包括回到照明面板102，例如，回到控制模块(例如，驱动器模块114)、通信模块122和/或通信电路106的有线或无线连接。照明面板102可以创建与如何基于广播信号的接收信号强度(例如，以及进而，无线电信标与移动装置180的接近度)将电负载分组相关的数据库。数据库可以在调试过程期间创建，并且用于确定特定空间中的多个负载的行为。为了创建数据库，移动装置180可以接收和确定无线电信标的信号强度和唯一标识符。使用接收的信号强度，移动装置180可以在数据库中出于调试目的将一个或多个电负载分组或关联在一起。在电负载和无线电信号的关联性建立并存储在照明面板102的数据库中之后，照明面板102可以基于每个电负载的识别信息和/或相关联控制功能，例如经由照明面板102与电负载之间的无线或有线通信信道一起控制一组电负载。在两者标题都为“调试负载控制系统(COMMISSIONING LOAD CONTROL SYSTEMS)”的2016年1月15日提交的第62/279,409号共同转让的美国临时专利申请以及2016年4月22日提交的第62/326,466号美国临时专利申请中更详细地描述执行调试和示例调试过程的系统的示例，所述专利申请的全部内容特此以引用方式并入本文。
照明面板102可以包括特定类型的附加电源(例如，N+1个电源)，诸如AC/DC电源108、AC/DC电力转换器110，和/或AC/DC电力转换器112。此外，照明面板102可以包括特定类型的附加控制模块(例如，N+1个控制模块)，诸如驱动器模块114、隔离低电压转换器116，或故障检测和分支电路118。在这些情况下，照明面板102的面板控制电路104可以被配置成如果电源或控制模块发生故障，则切换(例如，自动地切换)电源或控制模块。例如，面板控制电路104可以被配置成检测到电源或控制模块已发生故障或具有发生故障的危险，并且在此确定之后，面板控制电路104可以通过附加电源或控制模块重新路由电路，使得故障不会导致到电负载的电力中断(例如，延长的电力中断)。因此，取决于附加电源或控制模块的检测时间和/或切换时间，从故障电源或控制模块接收电力的(一个或多个)电负载将不会在延长的时间段内断电或根本不会断电。此外，如果面板控制电路104可以被配置成在电源或控制模块将发生故障时向例如系统管理员提供通知。因此，系统管理员可以替换照明面板102内的故障电源或控制模块，而不需要使任何电负载脱机。
图2是包括图1的示例电源208和示例控制模块214的系统200的简化框图。电源208是电源108的示例，并且控制模块214是驱动器模块114的示例。还在系统200中示出照明面板102的面板控制电路104和照明面板102的电源107，但是这些部件相对于电源208和控制模块214的特定配置是示例配置。此外，应注意，电源208还可以包括存储器和通信电路，和/或代替使用照明面板107的电源，电源208可以包括专用内部电源。
电源208和控制模块214可以被配置成控制传递到诸如LED光引擎150的电负载的电力量，并且因此控制电负载的强度。LED光引擎150被示为串联连接的多个LED，但是取决于特定照明系统，可以包括单个LED或并联连接的多个LED，或其合适组合。电源208可以包括适合于例如经由AC线路馈电部132、DC线路馈电部134、和/或电池组馈电部133耦合到电力源(未示出)的第一输入端子212(例如，热端子)和第二输入端子216(例如，中性端子)。第一输入端子212和第二输入端子216可以被配置成接收输入电压VIN，例如AC干线输入电压或DC输入电压。电源208还包括电源控制电路244，然而在一些示例中，电源控制电路244可以被省略，并且例如，电源208可以完全由照明面板102的面板控制电路104控制。
电源208可以包括射频(RFI)滤波器电路204、整流器电路206、升压转换器202、和/或脉动检测电路218。RFI滤波器电路204可以最小化在AC干线上提供的噪声。整流器电路204可以是动态整流器电路，其被配置成响应于在输入端子212、216处存在AC电压还是DC电压而改变其操作。整流器电路206可以被配置成当输入端子连接到AC电力源并且AC电压存在于输入端子212、216处时，整流输入电压VIN以产生整流电压VRECT。整流器电路206可以被配置成当输入端子连接到DC电力源并且DC电压存在于电源208的输入端子212、216处时，通过输入电压VIN(例如，不对输入电压VIN进行整流)。
升压转换器202可以接收整流电压VRECT并且产生跨总线电容器CBUS(例如，电解电容器)的升压DC总线电压VBUS。升压转换器202可以包括用于产生适当总线电压的任何合适的电力转换器电路，诸如反激式转换器、单端初级电感转换器(SEPIC)、
Figure BDA0003208483150000211
转换器、或其他合适的电力转换器电路。升压转换器202可以作为PFC电路操作，以将电源208的功率因数朝向功率因数1调整。电源208可以包括耦合在升压转换器202的输入两端的输入电容器CIN(例如，膜电容器)。在两者标题都为“用于发光二极管光源的负载控制装置(LOAD CONTROLDEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE)”的于2013年7月23日提交的第8,492,987号共同转让的美国专利，以及于2014年3月25日提交的第8,680,787号美国专利中更详细地描述升压转换器的示例，所述专利的全部公开内容特此以引用的方式并入本文。
控制模块214可以包括负载调节电路230和/或电流感测电路240。负载调节电路230可以接收总线电压VBUS，并且控制传递到LED光引擎150的电力量，例如以控制LED光引擎150的强度。负载调节电路230的示例可以是隔离半桥正向转换器。在2015年2月2日提交的标题为“用于发光二极管光源的负载控制装置(LOAD CONTROL DEVICE FOR A LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE)”的共同转让的第9,253,829号美国专利中更详细描述正向转换器的示例，所述专利的全部公开内容特此以引用方式并入本文。例如，负载调节电路230可以包括降压转换器、线性调节器，或用于调节LED光引擎150的强度的任何合适的LED驱动电路。
电源控制电路244可以被配置成控制电源208的升压转换器202的操作。例如，电源控制电路244可以产生总线电压控制信号VBUS-CNTL，其可以被提供到升压转换器202以朝向目标总线电压VBUS-TARGET调整总线电压VBUS的大小。电源控制电路244可以从升压转换器202接收可以指示总线电压VBUS的大小的总线电压反馈控制信号VBUS-FB。
控制模块214可以包括模块控制电路254，所述模块控制电路可以产生驱动控制信号VDR1、VDR2。可以将驱动控制信号VDR1、VDR2提供到控制模块214的负载调节电路230，用于调整跨LED光引擎150产生的负载电压VLOAD的大小，以及通过LED光引擎150传导的负载电流ILOAD的大小，例如以将LED光引擎150的强度控制到目标强度LTRGT。模块控制电路254可以调整驱动控制信号VDR1、VDR2的工作频率fOP和/或占空比DCINV(例如，接通时间TON)，以调整负载电压VLOAD和/或负载电流ILOAD的大小。模块控制电路254可以接收由负载调节电路230产生的负载电压反馈信号VV-LOAD。负载电压反馈信号VV-LOAD可以指示负载电压VLOAD的大小。电源208的电源控制电路244可以独立于控制模块214的模块控制电路254操作。另外，电源控制电路244可以被配置成与模块控制电路254通信，以允许电源控制电路244和模块控制电路254一起工作，以控制系统200的操作。
控制模块214的电流感测电路240可以接收由负载调节电路230产生的感测电压VSENSE。感测电压VSENSE可以指示负载电流ILOAD的大小。电流感测电路240可以从模块控制电路254接收信号斩波器控制信号VCHOP。电流感测电路240可以产生负载电流反馈信号VI-LOAD，其可以是指示负载电流ILOAD的平均大小IAVE的DC电压。模块控制电路254可以从电流感测电路240接收负载电流反馈信号VI-LOAD，并且相应地控制驱动控制信号VDR1、VDR2。例如，模块控制电路254可以控制驱动控制信号VDR1、VDR2以将负载电流ILOAD的大小调整到目标负载电流ITRGT，由此将LED光引擎150的强度控制到目标强度LTRGT(例如，使用控制环路)。模块控制电路254可以被配置成使用负载电压反馈信号VV-LOAD和负载电流反馈信号VI-LOAD来确定当前由LED光引擎150消耗的负载功率PLOAD。负载电流ILOAD可以是通过LED光引擎150传导的电流。目标负载电流ITRGT可以是模块控制电路254理想地要通过LED光引擎150传导的电流(例如，至少基于负载电流反馈信号VI-LOAD)。
电源208还可以包括脉动检测电路218，其可以接收整流电压VRECT并且可以产生脉动检测信号VRIP-DET，该脉动检测信号VRIP-DET可以指示AC脉动是否存在于整流电压VRECT上(例如，AC电压或DC电压是否分别耦合到输入端子212、216)。电源控制电路244可以接收脉动检测信号VRIP-DET，并且如果AC电压耦合到输入端子212、216，则可以在AC模式下操作，或如果DC电压耦合到输入端子212、216，则可以在DC模式下操作。脉动检测电路218也可以耦合以接收输入电压VIN和/或总线电压VBUS。
电源208还可以包括与总线电容器CBUS串联电耦合的可控制开关电路218(例如，包括MOSFET)，用于断开总线电容器。当在AC模式下操作时，电源控制电路244可以启用电源208的升压转换器202的操作，以产生跨总线电容器CBUS的总线电压VBUS。电源控制电路244可以使可控开关电路218导通，并且可以将总线电压VBUS的大小控制到最大大小VBUS-MAX(例如，大致465伏特)。电源控制电路244还可以在AC模式期间将升压转换器202作为PFC电路操作，以将电源208的功率因数朝向功率因数1调整。
当在DC模式下操作时，电源控制电路244可以被配置成停用升压转换器202的操作，以在启用时减小由于升压转换器中的功率损耗而引起的电源208的功率损耗。当停用时，升压转换器202可以通过来自输入端子212、216的DC电压，并且总线电压VBUS可以具有最小大小VBUS-MIN(例如，大致380伏特)。当在DC模式下操作时，电源控制电路244可以被配置成在电源208的启动例程期间启用升压转换器202以及在正常操作期间停用升压转换器202。此外，电源控制电路244可以使可控制开关电路218导电，以在DC模式下断开总线电容器CBUS，因为当DC电压存在于输入端子处时可以不需要总线电容器。电源控制电路244还可以缩减升压转换器的操作(例如，减小目标总线电压VBUS-TARGET)，以便减小升压转换器202的损耗，而不是在DC模式下停用升压转换器202。
控制模块214还可以包括耦合在负载调节电路230的输入两端的电容器CFILM(例如，膜电容器)，用于提供可能需要循环通过负载调节电路的高频电流。由于总线电容器CBUS可以包括一个或多个电解电容器，因此断开电源208的总线电容器CBUS可以增加LED驱动器100的寿命。另外，断开总线电容器CBUS可以减小当电力施加到输入端子212、216时由电源208传导的涌入电流。
当LED光引擎150所需的功率PLOAD超过阈值量PTH(例如，大致80％)时，电源控制电路244还可以在DC模式下启用升压转换器202的操作。另外，电源控制电路244还可以被配置成根据LED光引擎150所需的功率PLOAD来控制目标总线电压VBUS-TARGET(例如，如果电源控制电路244被配置成与模块控制电路245通信以确定LED光引擎150所需的功率PLOAD)。电源控制电路244可以被配置成当LED光引擎150所需的功率PLOAD超过阈值量PTH时，在最小大小VBUS-MIN与最大大小VBUS-MAX之间线性地调整目标总线电压VBUS-TARGET。电源控制电路244可以被配置成使用开环控制，例如，通过使用能够响应于目标强度LTRGT和/或目标负载电流ITRGT而确定目标总线电压VBUS-TARGET的查找表来控制目标总线电压VBUS-TARGET。电源控制电路244还可以被配置成使用闭环控制，例如，通过使用负载电压反馈信号VV-LOAD和负载电流反馈信号VI-LOAD而确定LED光引擎150所需的功率PLOAD来控制目标总线电压VBUS-TARGET。电源控制电路244还可以被配置成学习LED光引擎150所需的功率PLOAD超过阈值量PTH时(例如，在启动例程期间)的目标强度LTRGT和/或目标负载电流ITRGT。
图3是示例控制模块314的示例负载调节电路(例如，正向转换器)和电流感测电路的简化框图。控制模块314可以包括正向转换器330和/或电流感测电路340。控制模块314可以是控制模块214的示例，正向转换器330可以是控制模块214的负载调节电路230的示例，并且电流感测电路340可以是控制模块214的电流感测电路240的示例。
正向转换器330可以包括具有两个场效应晶体管(FET)Q310、Q312的半桥逆变器电路，用于从总线电压VBUS产生高频逆变器电压VINV。响应于驱动控制信号VDR1、VDR2，可以使FETQ310、Q312导通和非导通。可以从模块控制电路254接收驱动控制信号VDR1、VDR2。驱动控制信号VDR1、VDR2可以经由栅极驱动电路318(例如，其可以包括由ST Microelectronics制造的部件号L6382DTR)耦合到各个FET Q310、Q312的栅极。模块控制电路254可以在恒定工作频率fOP(例如，大致60至65kHz)以及在恒定工作时间段TOP产生逆变器电压VINV。然而，可以在某些操作条件下调整工作频率fOP。例如，可以在高端强度LHE附近降低工作频率fOP。模块控制电路254可以被配置成调整逆变器电压VINV的占空比DCINV，以朝向目标强度LTRGT控制LED光引擎150的强度。模块控制电路254可以调整逆变器电压VINV的占空比DCINV，以朝向目标负载电流ITRGT调整负载电流ILOAD的大小(例如，平均大小IAVE)。负载电流ILOAD的大小可以在最大额定电流IMAX与最小额定电流IMIN之间变化。
逆变器电压VINV通过DC隔离电容器C316(例如，其可以具有大致0.047μF的电容)耦合到变压器320的初级绕组，使得跨初级绕组产生初级电压VPRI。变压器320可以由可以是大致115:29的匝数比nTURNS(即，N1/N2)表征。可以跨感测电阻器R322产生感测电压VSENSE，其可以与变压器320的初级绕组串联耦合。FET Q310、Q312以及变压器320的初级绕组可以分别由寄生电容CP1、CP2、CP3表征。变压器320的次级绕组可以产生次级电压。次级电压可以耦合到全波二极管整流器桥324的AC端子，用于整流跨次级绕组产生的次级电压。整流器桥324的正DC端子可以通过输出能量存储电感器L326(例如，其可以具有大致10mH的电感)耦合到LED光引擎150，使得可以跨输出电容器C328(例如，其可以具有大致3μF的电容)产生负载电压VLOAD。
电流感测电路340可以包括用于产生负载电流反馈信号VI-LOAD的平均电路。平均电路可以包括低通滤波器，该低通滤波器包括电容器C342(例如，其可以具有大致0.066uF的电容)和电阻器R332(例如，其可以具有大致3.32kΩ的电阻)。低通滤波器可以经由电阻器R334(例如，其可以具有大致1kΩ的电阻)接收感测电压VSENSE。电流感测电路340可以包括耦合在电阻器R332、R334的结与电路公共端之间的电阻器Q336。电阻器Q336的栅极可以通过电阻器R338(例如，其可以具有大致22kΩ的电阻)耦合到电路公共端。电阻器Q336的栅极可以从模块控制电路254接收信号斩波器控制信号VCHOP。在于2013年3月15提交的标题为“具有初级侧电流感测电路的正向转换器(FORWARD CONVERTER HAVING A PRIMARY-SIDECURRENT SENSE CIRCUIT)”的共同转让的第13/834,153号美国专利申请中更详细描述电流感测电路340的示例，所述专利申请的全部公开内容特此以引用方式并入本文。
图4是用于提供电力以及将数字消息传送到电负载的、通过照明面板(例如，照明面板102)的控制模块产生的DC电压VDC的时序图的示例。时序图400说明经由DC电压VDC载送的所传输数字消息的示例数据模式。DC电压VDC和数据模式可以由照明面板102的控制模块(例如，驱动器模块114)产生。例如，驱动器模块114可以被配置成对DC电压VDC进行脉宽调制(PWM)，以将参考边缘和数据边缘引入到DC电压VDC中。连续参考边缘之间的时间段可以是一致的，并且可以定义通信时间段。通信时间段可以是静态的或基于电负载可调整的。数字信息(例如，所发射数字消息的比特)可以在DC电压VDC的PWM占空比中进行编码。例如，所发射数字消息的比特可以被编码在相对于参考边缘的激发时间(例如，参考边缘时间)测量的驱动器模块114的数据边缘的激发时间(例如，数据边缘时间)中。换句话说，所发射数字消息的比特可以被编码为参考和数据边缘的激发时间的函数。
由控制模块发射的数字数据的值可以取决于数据边缘与先前参考边缘之间的偏移时间段TOS(即，差)。控制模块可以将数据边缘控制在跨时间窗TWIN的四个时间中的一个时间处，由此导致从先前参考边缘的四个偏移时间段TOS1、TOS2、TOS3、TOS4中的一个，使得每个通信时间段可以发射两个比特。为了发射比特“00”，控制模块可以被配置成可用于在第一可能数据边缘时间处对DC电压VDC进行脉宽调制，使得在参考边缘与数据边缘之间存在第一偏移时间段TOS1。例如，每个可能数据边缘时间可以相隔偏移时间段差ΔTOS。控制模块可以被配置成将参考边缘与数据边缘之间的偏移时间段TOS控制成第二偏移时间段TOS2以发射比特“01”，控制成第三偏移时间段TOS3以发射比特“10”，以及控制成第四偏移时间段TOS4以发射比特“11”，例如如图4中所示。
为了解码数据，每个电负载(例如，LED光引擎150、附件模块等)的控制电路(例如，微处理器)可以确定每个数据模式的偏移时间段TOS是否在默认容差ΔTOS内大致等于四个偏移时间段TOS1、TOS2、TOS3、TOS4中的一个，所述默认容差ΔTOS可以等于例如大致五十微秒。替代地，时间窗TWIN中可能的数据边缘数目可以大于四(例如，八)，以便在每个通信时间段期间发射多于两个数据比特。照明面板102的控制模块可以被配置成设置通信时间段和在每个时间窗TWIN中可能的数据边缘的数目，使得例如当仅接收全DC电压VDC的一部分(例如，通信时间段减去整个时间窗)时，电负载跨其整个范围可操作。
当控制模块不将数字消息发射到电负载时，控制模块可以提供完全导通DC电压VDC。因此，当控制模块不将数字消息发射到电负载时，DC电压VDC不会在每个通信循环中具有至少一个参考边缘。替代地，控制模块可以在第一数据边缘处(例如，在TOS1处)对DC电压VDC进行脉宽调制，就像控制模块连续地发射比特“00”一样。此外，附件模块可以被配置成以类似方式对控制模块作出响应。例如，可以使用响应时间窗TRWIN，其中例如响应时间窗TRWIN中的参考边缘与数据边缘之间的偏移时间段TOS被用于确定由附件模块执行的响应通信。例如，响应时间窗TRWIN的持续时间可以小于时间窗TWIN，因为较少信息可能需要从附件模块发射到照明面板102中的控制模块。替代地，每隔一个时间窗TWIN可以用作响应时间窗TRWIN。
利用图4中所示方法的系统允许重复使用现有的建筑物布线以容纳新照明设备，因为在照明面板与照明设备之间仅需要两条导线。例如，此传统布线配置可以存在于例如白炽灯中的传统调光面板与传统照明负载之间。由于在照明面板位置与照明设备位置之间不需要新的导线，因此这种新系统提供在不需要拉新导线的情况下升级系统的机会。
图5是由诸如照明面板102的电气面板执行的电源分类检测过程500的示例流程图。电气面板可以检测(例如，自动地检测)电气面板的一个或多个电源的额定类别类型。例如，额定类别类型可以包括但不限于，低电压类别2、低电压类别1和高电压类别2。尽管参考低电压类别2、低电压类别1和高电压类别1类别类型描述检测过程500，但是检测过程500可以检测额定类型的电源的任何组合或类型。此外，应了解，面板控制电路(例如，面板控制电路104)和/或电源本身中的一个或多个可以执行检测过程500。
电负载可以在510处设置N＝0，其中NMAX是电气面板的电源的总数(即，电气面板的可调整/可配置电源的总数)。在520处，电气面板可以确定电源N的额定类别。电气面板可以例如基于连接到电源的控制模块和/或电负载，以及进而电源的所需操作特征而确定电源的额定类别。例如，电源和/或面板控制电路可以被配置成测量在链路上——例如在电源的输出端子处——请求的电流、电压和/或电力的量，以确定其所需类别类型。替代地或附加地，控制模块和/或电负载(例如，位于电负载处的附件模块)可以(例如，通过发射数字或模拟消息)与电源和/或面板控制电路通信，从而指示其电力需求，诸如所需电力量、所需调光类型等。
在520处确定电源N的额定类别之后，在530处电气面板可以将电源N配置成根据特定类别操作。例如，电气面板可以配置电源，以相应地控制(例如，限制)其输出电力(例如，作为低电压类别2电源、低电压类别1电源、高电压类别1电源等操作)。在540处，电气面板可以发送电源N的额定类别类型的通知(例如，警报和/或报告)。例如，面板控制电路可以将电源N的额定类别类型的通知发送到网络或系统管理员(例如，经由网关装置138)。例如，在由电源本身执行检测过程500的情况下，在540处电源N可以将指示其额定类别类型的通知发送到面板控制电路。此外，在由电源本身执行检测过程500的情况下，可以省略检测过程500的510、550、和560。
在550处，电气面板可以确定是否N＝NMAX。如果电气面板确定N小于NMAX，则电气面板可以在560处将N递增1，并且对于随后的电源重复520至540。如果在550处电气面板确定N＝NMAX，则检测过程500可以退出。电气面板可以在启动时和/或在整个操作期间定期地执行检测过程500。例如，电气面板可以被配置成在安装之后调整电源的类别类型。例如，特定电源可以初始地被配置成作为类别1电源(例如，高电压类别1电源)操作，并且稍后(例如，通过面板控制电路104)被配置成作为另一类别的电源(例如，作为低电压类别2电源，条件是存在适当的冗余)操作。
如本文所提及，诸如照明面板102的电气面板可以经由DC线路馈电部134和/或经由电池组馈电部133连接到一个或多个DC电力源。DC电力源可以包括诸如PV光源、风力涡轮机系统、水电系统、电池组等的替代能量源的任何组合。电气面板可以包括并网逆变器(例如，或例如并网逆变器可以连接到电气面板，但在电气面板外部)。并网逆变器可以电连接在DC线路馈电部(例如，和/或电池组馈电部)与AC线路馈电部132之间。并网逆变器可以被配置成经由DC线路馈电部接收DC电力，将DC电力转换成AC电力，以及将AC电力提供到AC线路馈电部(例如，以及最终提供到外部电网)。在使用DC电力的一部分为一个或多个电负载供电之后，电气面板可以将从一个或多个DC电力源接收的一部分或所有DC电力出售回电网。出售回电网的DC电力的量或百分数可以由电气面板使用并网逆变器控制过程确定。
图6是通过由诸如面板102的电气面板执行的并网逆变器控制过程600的示例。每当调整电负载时(例如，导通或断开)和/或响应于来自系统管理员的输入，电气面板(例如，面板控制电路104)可以连续地或定期地——例如在每天的预定时间——执行并网逆变器控制过程600。在610处，电气面板可以确定(例如，测量)经由DC线路馈电部134和/或经由电池组馈电部133从一个或多个DC电力源接收的DC输入电力PDC-IN的量。在620处，电气面板可以确定由电气面板的电负载(例如，电源)请求的电力PEL的量。例如响应于诸如经由远程控制装置、占用/空置传感器、日光传感器等到负载控制系统(例如，负载控制系统100)的其他输入，电负载PEL所请求的电力可以连续地变化。
电气面板随后可以基于一个或多个因素而确定要使用多少DC输入电力PDC-IN与要将多少DC输入电力PDC-IN出售回电网。这些因素可以包括但不限于，DC输入电力PDC-IN的量、由电气面板的电负载请求的电力PEL的量、诸如天气的环境条件、电气面板是否接收AC输入电力PAC(例如，是否存在中断)、AC输入电力PAC的价格指数、当日时间、星期几、一年中的月份、电气面板的位置等。例如，在并网逆变器控制过程600的630处，电气面板可以确定与向电网出售AC电力相关联的因素。因素可以是静态的，或可以例如基于从系统管理员接收的设置调整。因素还可以进行加权。
在640处，电气面板可以基于所确定因素而确定调整(例如，减少)提供到一个或多个电负载(例如，使一个或多个LED光引擎150变暗)的电力PEL。电气面板可以确定在接受窗口内减少提供到电负载的电力PEL。例如，电气面板可以确定减少电力PEL，使得电气面板限制所接收AC输入电力PAC的量(例如，可能不接收任何AC电力)。例如，在一周中的特定几天和/或当日时间，AC输入电力PAC的价格指数超过阈值的情况下，其中存在中断并且电气面板不接收任何AC输入电力PAC等，电气面板可以确定减少电力PEL。
在650处，电气面板可以确定是否将任何DC输入电力PDC-IN出售回电网。例如，如果电气面板确定电力PEL的量(例如，调整PEL)小于DC输入电力PDC-IN的量，则在660处电气面板可以将任何多余DC输入电力PDC-IN出售回电网。
例如，如果电气面板确定电力PEL的量(例如，调整PEL)等于DC输入电力PDC-IN的量，则在670处，电气面板可以确定使用所有DC输入电力PDC-IN来满足负载的请求，并且在必要的范围内还使用AC输入电力PAC。通过使用所有DC输入电力PDC-IN，电气面板可以避免双重转换(例如，将DC输入电力PDC-IN转换成AC用于出售，以及将AC输入电力PAC转换成DC，以供电负载使用)。此外，即使电气面板确定电力PEL的量(例如，调整PEL)等于或超过DC输入电力PDC-IN的量，电气面板仍可以基于所确定因素确定经由电池组馈电部133将所有或一部分DC输入电力PDC-IN存储在电池组中。
尽管参考LED光引擎150和电动窗上用品160描述，但是本文所描述的一个或多个实施例可以与其他电负载和负载控制装置一起使用。例如，本文所描述的一个或多个实施例可以由各种负载控制装置执行，该负载控制装置被配置成控制各种电负载类型，诸如例如包括调光器电路和白炽灯或卤素灯的旋入式灯具；包括镇流器和节能灯的旋入式灯具；包括LED驱动器和LED光源的旋入式灯具；用于控制白炽灯、卤素灯、电子低压照明负载、磁性低压照明负载、或另一类型的照明负载的强度的调光电路；电子开关、可控断路器、或用于导通或断开电负载或电器的其他开关装置；用于控制一个或多个插入式电负载(例如，咖啡壶、空间加热器、其他家用电器等)的插入式负载控制电路、可控电插座，或可控电源板；用于控制电机负载(例如，吊扇或排气扇)的电机控制单元；用于控制电动窗上用品或投影屏幕的驱动单元；电动内部或外部百叶窗；用于加热和/或冷却系统的恒温器；用于控制加热、通风和空气调节(HVAC)系统的温度控制装置；空调；压缩机；电动基板加热器控制器；可控阻尼器；湿度控制单元；除湿机；热水器；水池泵；冰箱；冰柜；电视或计算机监视器；电源；音频系统或放大器；发电机；诸如电动车充电器的充电器；以及替代能量控制器(例如，太阳能、风能或热能控制器)。照明面板102可以耦合到和/或适合于控制负载控制系统中的多种类型的电负载。

Claims (3)

1.一种用于控制多个电负载的电气控制面板，所述控制面板包括：
控制电路；
交流电(AC)线路馈电部；
直流电(DC)线路馈电部，所述直流电(DC)线路馈电部被配置成提供来自至少一个DC电力源的DC电力；
多个电源，其中每个电源被配置成接收AC电力并输出DC电力；以及
多个控制模块，其中多于一个控制模块与所述多个电源中的每一个相关联，并且每个控制模块被配置成从相关联的电源接收DC电力并将DC电压提供到至少一个电负载，所述至少一个电负载包括至少一个紧急电负载；
其中所述控制电路被配置成：
确定经由所述AC线路馈电部的AC电力损耗；以及
响应于经由所述AC线路馈电部损耗AC电力，经由所述DC线路馈电部向所述至少一个紧急电负载提供DC电力。
2.一种用于控制多个电负载的系统，所述系统包括：
电气控制面板，包括：
控制电路；
交流电(AC)线路馈电部；
直流电(DC)线路馈电部，所述直流电(DC)线路馈电部被配置成提供来自至少一个DC电力源的DC电力；
多个电源，其中每个电源被配置成接收AC电力或DC电力并输出DC电力；以及
多个控制模块，其中多于一个控制模块与所述多个电源中的每一个相关联，并且每个控制模块被配置成从相关联的电源接收DC电力并将DC电压提供到至少一个电负载；以及
并网逆变器，所述并网逆变器电连接在所述DC线路馈电部与所述AC线路馈电部之间，所述并网逆变器被配置成经由所述DC线路馈电部接收DC电力，将所述DC电力转换成AC电力，以及将所述AC电力提供到所述AC线路馈电部；
其中基于一个或多个因素，所述控制电路被配置成确定经由所述DC线路馈电部接收以提供到所述电源中的一个或多个的DC电力量，以及经由所述DC线路馈电部接收以转换成AC电力并引导到所述AC线路馈电部的DC电力量。
3.一种用于控制多个电负载的电气控制面板，所述控制面板包括：
控制电路；
交流电(AC)线路馈电部；
直流电(DC)线路馈电部，所述直流电(DC)线路馈电部被配置成提供来自至少一个DC电力源的DC电力；
电源，所述电源被配制成接收AC电力并输出DC电力；以及
控制模块，所述控制模块与所述电源相关联，并且被配置成从所述电源接收DC电力，并将DC电压提供到紧急电负载；
其中所述控制电路被配置成：
确定经由所述AC线路馈电部的AC电力损耗；以及
响应于经由所述AC线路馈电部损耗AC电力，经由所述DC线路馈电部向所述紧急电负载提供DC电力。
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