CN215071777U - 智慧路灯 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种智慧路灯，包括第一转换电路、第二转换电路、开关电路、蓄电电路、控制器、灯具和智能云盒；第一转换电路连接第一电源；第二转换电路连接第二电源；开关电路连接第一转换电路、第二转换电路和蓄电电路；开关电路还连接灯具和智能云盒；控制器连接第一转换电路、第二转换电路、蓄电电路和开关电路。该智慧路灯，包括三条并行的供电线路，供电来源分别是第一电源、第二电源和蓄电电路。控制器可以根据各电源的工作状况以及蓄电电路的蓄电电压，控制开关电路的开闭，选择不同的供电线路，从而实现灯具和智能云盒的不间断供电，提高供电可靠性。

Description

智慧路灯

技术领域

本申请涉及电路领域，特别是涉及一种智慧路灯。

背景技术

随着“智慧城市”建设的推进，路灯作为载体成为智慧城市建设的一部分，智慧路灯应运而生。智慧路灯，是指在照明的基础上，还能实现监控、信息发布、环境监测、5G通信等多种附加功能的路灯。多种功能的集成一方面导致路灯功耗的增大，另一方面断电对路灯的影响也增大。

传统的智慧路灯，通过接入市电对灯具进行供电，在市电断电时会失去供电电源，无法继续工作，将对以智慧路灯为支点所打造的智慧城市造成灾难性的后果。因此，传统的智慧路灯具有供电可靠性差的缺点。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种供电可靠性好的智慧路灯。

一种智慧路灯，包括第一转换电路、第二转换电路、开关电路、蓄电电路、控制器、灯具和智能云盒；所述第一转换电路连接第一电源；所述第二转换电路连接第二电源；所述开关电路连接所述第一转换电路、所述第二转换电路和所述蓄电电路；所述开关电路还连接所述灯具和所述智能云盒；

所述控制器连接所述第一转换电路、所述第二转换电路、所述蓄电电路和所述开关电路。

在其中一个实施例中，所述第一电源为市电，所述第一转换电路为整流电路。

在其中一个实施例中，所述整流电路为全桥整流电路或半桥整流电路。

在其中一个实施例中，所述第二电源为光伏，所述第二转换电路为DC/DC转换电路。

在其中一个实施例中，所述第二电源为风能，所述第二转换电路为整流电路。

在其中一个实施例中，所述蓄电电路为超容储能模组。

在其中一个实施例中，所述开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关连接所述第一转换电路和所述负载，所述第二开关连接所述第二转换电路、所述灯具和所述智能云盒，所述第三开关连接所述第二转换电路和所述蓄电电路，所述第四开关连接所述蓄电电路、所述灯具和所述智能云盒；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关分别连接所述控制器。

在其中一个实施例中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为晶体管。

在其中一个实施例中，所述开关电路还包括第五开关，所述第五开关连接所述第一转换电路、所述蓄电电路和所述控制器。

在其中一个实施例中，其特征在于所述第五开关为晶体管。

上述智慧路灯，包括三条并行的供电线路，供电来源分别是第一电源、第二电源和蓄电电路。控制器可以通过第一转换电路的输出电压和电流确定第一电源的工作状况，通过第二转换电路的输出电压和电流确定第二电源的工作状况，并检测蓄电电路的蓄电电压；再根据各电源的工作状况以及蓄电电路的蓄电电压，控制开关电路的开闭，选择不同的供电线路，从而实现灯具和智能云盒的不间断供电，提高供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例的智慧路灯组成框图；

图2为另一实施例的智慧路灯组成框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一开关称为第二开关，且类似地，可将第二开关称为第一开关。第一开关和第二开关两者都是开关，但其不是同一开关。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，请参考图1，提供了一种智慧路灯，包括第一转换电路100、第二转换电路200、开关电路300、蓄电电路400、控制器500、灯具600和智能云盒700。第一转换电路100连接第一电源；第二转换电路200连接第二电源；开关电路300连接第一转换电路100、第二转换电路200和蓄电电路400；开关电路300还连接灯具600和智能云盒700；控制器500连接第一转换电路100、第二转换电路200、蓄电电路400和开关电路300。

其中，第一转换电路100的电路构成由第一电源决定，第二转换电路200的电路构成由第二电源决定。上述转换电路，分别将对应电源的输出电能进行转换，得到符合灯具600和智能云盒700使用需求的电能，并通过开关电路300将转换后的电能输出至灯具600和智能云盒700。蓄电电路400中包含蓄电电池、蓄电电容以及其他类型的可以实现蓄电功能的电子元件。开关电路300中包含晶体管、场效应管或继电器等开关器件。这些开关器件的控制端连接控制器500，输入端连接供电来源，输出端连接灯具600和智能云盒700。另外，灯具600可以是荧光灯、卤素灯或LED(Light Emitting Diode，发光二极管)灯。智能云盒700是指包括数据采集、协议转换和数据分析处理等功能的设备。

具体的，第一转换电路100的输入端连接第一电源，输出端通过开关电路300连接灯具600和智能云盒700；第二转换电路200的输入端连接第二电源，输出端通过开关电路300连接灯具600和智能云盒700；蓄电电路400通过开关电路300连接负载，即灯具600和智能云盒700。以上便构成了三条并行的供电线路，供电来源分别是第一电源、第二电源和蓄电电路。

进一步的，控制器500的信号输入端连接第一转换电路100的输出端、第二转换电路200的输出端以及蓄电电路400，可以通过第一转换电路100的输出电压确定第一电源的工作状况，通过第二转换电路200的输出电压确定第二电源的工作状况，并检测蓄电电路400的蓄电电压。控制器500的信号输出端连接开关电路300，可以根据第一电源和第二电源的工作状况以及蓄电电路400的蓄电电压，控制开关电路300的导通状态，选择不同的供电线路。

上述智慧路灯，包括三条并行的供电线路，供电来源分别是第一电源、第二电源和蓄电电路。控制器可以通过第一转换电路的输出电压和电流确定第一电源的工作状况，通过第二转换电路的输出电压和电流确定第二电源的工作状况，并检测蓄电电路的蓄电电压；再根据各电源的工作状况以及蓄电电路的蓄电电压，控制开关电路的开闭，选择不同的供电线路，从而实现灯具和智能云盒的不间断供电，提高供电可靠性。

在一个实施例中，第一电源为市电，第一转换电路100为整流电路。

其中，整流电路是指将交流电能转换为直流电能的电路。整流电路由整流二极管组成，经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是单向脉动性直流电压。具体的，整流电路可以为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路等。总之，本实施例对整流电路的类型和具体器件构成不作限定。

具体的，市电提供的交流电，经过整流电路整流后得到直流电，再通过开关电路输出至灯具600和智能云盒700。进一步的，第一转换电路100还可以包括滤波电路，该滤波电路连接整流电路和开关电路300，进一步提高供电质量。

在一个实施例中，整流电路为全桥整流电路或半桥整流电路。

具体的，全桥整流电路的整流桥包括四个主开关管，每一个主开关管是电桥的一个臂，首尾相接构成一个环，输入与输出不能对换。而半桥整流电路的整流桥只包括两个主极管，这两个主极管的输出端相连，输入端则分别连接变压器的两端。全桥整流电路的能量利用率优于半桥整流电路，半桥整流电路的优势则是电路简单。根据负载的需要，再综合考虑成本、效能、稳定性，可以选择不同类型的整流电路。

上述实施例中，根据负载的特性选择不同类型的整流电路，有利于扩展智慧路灯的应用场景。

在一个实施例中，第二电源为光伏，第二转换电路200为DC/DC(Direct current-Direct current，直流-直流)转换电路。

DC-DC转换电路是指输入电压和输出电压均为直流，且能将输入电压转换成稳定的输出电压的转换电路。根据输入电压和输出电压的大小关系，DC-DC转换电路分为三种类型：升压型、降压型以及升降压型。其中，升压型转换电路也叫自举电路，是指输出电压大于输入电压的电路。升压型转换电路一般包含自举升压二极管，自举升压电容等电子元件，通过控制使自举升压电容的放电电压和电源的输出电压叠加，从而达到输出电压升高的效果。由于升压型转换电路的升压功能，使升压型转换电路的输出电压大于输入电压，即使在供电电压不足的情况下，也能维持负载的正常运行，可以扩展智慧路灯的应用场景。

另外，DC-DC转换电路的调制方式包括PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制方式)、PFM(Pulse frequency modulation，脉冲频率调制方式)和转换型调制方式。其中，PWM型DC-DC转换电路的开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定，具有效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM型DC-DC转换电路的开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的频率，使输出电压达到稳定，小负载时具有耗电小的优点。转换型DC-DC转换电路，在小负载时实行PFM控制，在重负载时自动转换到PWM控制，兼备PWM和PFM两种调制方式的优点。总之，本申请实施例对DC-DC转换电路的具体类型和调制方式不作限定。

在一个实施例中，第二电源为风能，第二转换电路为整流电路。

风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电机输出的电能为交流电，需经过整流电路变换成直流电后，才能对灯具600和智能云盒700供能。同样的，该整流电路可以为半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路或倍压整流电路等。

上述实施例中，根据第二电源的具体类型，使用不同的第二转换电路，有利于进一步提高供电可靠性。

在一个实施例中，蓄电电路400为超容储能模组。

其中，超容储能模组是指包含超级电容的储能模组。超级电容是指通过极化电解质来储能的一种电化学电容。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，其储能的过程并不发生化学反应。超级电容，包含一个正极，一个负极，并在这两个电极之间设置有隔膜，并由电解液填补由这两个电极和隔膜分离出来孔隙。根据储能机理的不同，超级电容包括双电层电容和法拉第准电容。进一步的，该超容储能模组，可以包含一个超级电容，也可以是由多个超级电容并联组成，总之，本实施例对超容储能模组中超级电容的种类、数量以及具体连接方式不作限定。

上述实施例中，使用超容储能模组作为蓄电电路400，由于超容储能模组具备充电速度快、循环使用寿命长、大电流放电能力强以及安全系数高等诸多优点，有利于提升蓄电电路400的性能，进一步提高智慧路灯的供电可靠性。

在一个实施例中，请参考图2，开关电路300包括第一开关301、第二开关302、第三开关303和第四开关304。第一开关301连接第一转换电路100、灯具600和智能云盒700。第二开关302连接第二转换电路200、灯具600和智能云盒700。第三开关303连接第二转换电路200和蓄电电路400，第四开关304连接蓄电电路400、灯具600和智能云盒700。第一开关301、第二开关302、第三开关303和第四开关304分别连接控制器500。

进一步的，在一个实施例中，第一开关301、第二开关302、第三开关303和第四开关304均为晶体管。该晶体管，可以是异质结双极晶体管、金属—氧化物—半导体场效应晶体管或高电子迁移率场效应晶体管。

其中，第一开关301的控制端连接控制器500，第一开关301的输入端连接第一转换电路100，第一开关301的输出端连接灯具600和智能云盒700。第二开关302的控制端连接控制器500，第二开关302的输入端连接第二转换电路200，第二开关302的输出端连接灯具600和智能云盒700。第三开关303的控制端连接控制器500，第三开关303的输入端连接第二转换电路200，第三开关303的输出端连接蓄电电路400。第四开关304的控制端连接控制器500，第四开关304的输入端连接蓄电电路400，第三开关303的输出端连接灯具600和智能云盒700。

具体的，当第一开关301闭合时，第一电源可以通过第一转换电路100向灯具600和智能云盒700供电。当第二开关302闭合时，第二电源可以通过第二转换电路200向灯具600和智能云盒700供电。当第三开关303闭合时，第二电源可以通过第二转换电路200向蓄电电路400充电；当第四开关304闭合时，蓄电电路400可以向灯具600和智能云盒700供电。

下面以第一电源为市电、第二电源为光伏的情况为例，对智慧路灯的具体供电过程进行说明。控制器500通过第一转换电路100的输出电压和电流，判断市电的状态，在市电断电时，控制第二开关302和/或第四开关304闭合，由光伏和/或蓄电电路400向负载供电。其中，市电切换时间大于40ms。

市电正常供电时，白天光伏处于工作状态，控制器500检测到光伏经由第二转换电路200的输出电压和电流以及蓄电电路400的蓄电电压和电流。当第二转换电路200的输出功率等于负载的需求功率时，控制器500发送控制指令控制第二开关302闭合，第一开关301、第三开关303和第四开关304断开，此时由光伏向负载供电。当第二转换电路200的输出功率大于负载的需求功率，且蓄电电路400的蓄电电压小于或等于第一预设电压阈值时，控制器500发送控制指令控制第二开关302和第三开关303闭合，第一开关301和第四开关304断开，此时由光伏向负载供电的同时向蓄电电路400充电。

当第二转换电路200的输出功率小于负载的需求功率，且蓄电电路400的蓄电电压大于第二预设电压阈值时，控制器500发送控制指令控制第二开关302和第四开关304闭合，第一开关301和第三开关303断开，此时由光伏和蓄电电路400同时向负载供电。当第二转换电路200的输出电压小于负载的需求电压，且蓄电电路400的蓄电电压小于或等于第一预设电压阈值时，控制器500发送控制指令控制第二开关302和第四开关304断开，第一开关301和第三开关303闭合，此时由第一电源向负载供电，同时由光伏向蓄电电路400充电。

夜晚光伏停止工作，第二转换电路200输出电压为零。控制器500检测第一转换电路100的输出电压以及蓄电电路400的蓄电电压。当蓄电电压大于第二预设电压阈值时，控制器500发送控制指令控制第四开关304闭合，第一开关301、第二开关302和第三开关303断开，此时由蓄电电路400向负载供电。当蓄电电压小于或等于第一预设电压阈值时，控制器500发送控制指令控制第一开关301闭合，第二开关302、第三开关303和第四开关304断开，此时由第一电源向负载供电。

上文中的第一预设电压阈值和第二预设电压阈值根据负载所需电压确定。例如，当负载所需电压为48V时，可以将第一预设电压阈值设置为46V，将第二预设电压阈值设置为51V。当蓄电电压下降至46V时接入其他供电线路，如市电。当蓄电电压大于51V时，由蓄电电路400供电。进一步的，还可以设置蓄电电路400的电压上限和电压下限。例如可以将电压上限设置为56V，当充电至56V时，停止向蓄电电路400充电；可以将电压下限设置为42V，当放电至42V时蓄电电路400停止放电，切换至其他供电线路并向蓄电电路400充电。

上述实施例中，控制器500可以根据第一电源、第二电源以及蓄电电路400的不同状态，通过控制各开关的开闭状态，切换不同的供电线路，不仅可以确保负载的不间断供电，还有利于节约能源。

在一个实施例中，开关电路300还包括第五开关，第五开关连接第一转换电路100、蓄电电路400和控制器500。

进一步的，在一个实施例中，第五开关为晶体管。该晶体管，可以是异质结双极晶体管、金属—氧化物—半导体场效应晶体管或高电子迁移率场效应晶体管。

其中，第五开关的控制端连接控制器500，第五开关的输入端连接第二转换电路200，第五开关的输出端连接蓄电电路400。具体的，当第五开关闭合时，第一电源可以通过第一转换电路100向蓄电电路400充电。这样可以在蓄电电路400欠压，且第二电源的输出不足时，及时向蓄电电路400补充电量，确保蓄电电路400的后备电源功能，应对第一电源和第二电源都断电的情况，进一步提高供电可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种智慧路灯，其特征在于，包括第一转换电路、第二转换电路、开关电路、蓄电电路、控制器、灯具和智能云盒；所述第一转换电路连接第一电源；所述第二转换电路连接第二电源；所述开关电路连接所述第一转换电路、所述第二转换电路和所述蓄电电路；所述开关电路还连接所述灯具和所述智能云盒；

所述控制器连接所述第一转换电路、所述第二转换电路、所述蓄电电路和所述开关电路；

所述开关电路包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关连接所述第一转换电路、所述灯具和所述智能云盒，所述第二开关连接所述第二转换电路、所述灯具和所述智能云盒，所述第三开关连接所述第二转换电路和所述蓄电电路，所述第四开关连接所述蓄电电路、所述灯具和所述智能云盒；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关分别连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的智慧路灯，其特征在于，所述第一电源为市电，所述第一转换电路为整流电路。

3.根据权利要求2所述的智慧路灯，其特征在于，所述整流电路为全桥整流电路或半桥整流电路。

4.根据权利要求2所述的智慧路灯，其特征在于，所述第二电源为光伏，所述第二转换电路为DC/DC转换电路。

5.根据权利要求2所述的智慧路灯，其特征在于，所述第二电源为风能，所述第二转换电路为整流电路。

6.根据权利要求1所述的智慧路灯，其特征在于，所述蓄电电路为超容储能模组。

7.根据权利要求1所述的智慧路灯，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均为晶体管。

8.根据权利要求1所述的智慧路灯，其特征在于，所述开关电路还包括第五开关，所述第五开关连接所述第一转换电路、所述蓄电电路和所述控制器。

9.根据权利要求8所述的智慧路灯，其特征在于所述第五开关为晶体管。

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