本發(fā)明涉及照明控制器，且特別地涉及依照能量源的狀態(tài)調光的照明控制器。

背景技術：

為了降低室外照明系統(tǒng)中每天的能耗，在諸如半夜之類的非占用或低利用時段期間減少或調暗光輸出。在現(xiàn)有技術中，存在實現(xiàn)調光的各種方法，例如基于存在性的調光、基于時間的調光等。這些調光方法被用在單獨的照明單元上或以群組水平被采用。最常采用的調光輪廓（profile）是基于時間的調光，例如在黃昏到11pm之間的全亮度以及從11pm到黎明調暗20-30%。調光控制在分散式太陽能系統(tǒng)中的每一個照明系統(tǒng)中構建。在現(xiàn)有技術中，在集中式系統(tǒng)中，各個照明單元通過有線或無線（即plc或zigbee或rf通信）進行通信，但是這些是復雜而昂貴的。此外，在一些應用中，“基于時間的調光輪廓”在單獨的燈中構建。在這些應用中，改變調光輪廓非常難。進一步地，它們需要基于rtos（實時操作系統(tǒng)）的系統(tǒng)，否則定時器將從一個燈單元到另一個燈單元變化。

我們還知道，由于逆變器的效率的降低，整體系統(tǒng)效率在ac電網中在較低調光水平處顯著降低。因此，dc電網正變得更加流行。盡管dc電網比ac電網更好，但是由于led驅動器的效率的降低，它們在以較低調光水平操作時也遭受效率損失。這些導致更高的pv和電池容量，并且轉而導致更高的系統(tǒng)成本。因此，存在對低成本高效的可調光室外照明系統(tǒng)的需要。

在現(xiàn)有技術中，燈通常以恒定功率操作以遞送恒定的流明輸出，不管電源/電池狀態(tài)如何。如果電池被完全消耗，則發(fā)生停電并且照明系統(tǒng)不能發(fā)射任何光，這對用戶而言是非常危險且不便的。因而，將會有利的是，具有避免停電的更精致的照明控制機制。

us5140229a1公開了，當供給電壓是高的時實現(xiàn)了具有額定功率的恒定功率控制，并且依據供電電壓的降低，低于額定功率的功率被供應給金屬鹵化物。

ep1465395a2公開了存在可以依照電壓源的輸出而被旁路或接通的上變換器。

技術實現(xiàn)要素：

將會有利的是，依照真實環(huán)境以更靈活的方式接通上變換器。為了解決至少上述關切，本發(fā)明通過權利要求限定。

依照本發(fā)明的第一方面，提供一種照明控制器，包括：適于檢測電源的電壓的檢測器，所述電源用于經由照明驅動器向照明單元提供功率；以及控制單元，其耦合到照明驅動器并且適合于在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之前，控制驅動器以向照明單元遞送恒定功率，不管電源正被消耗，并且在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之后，控制驅動器以向照明單元遞送逐漸減小的功率；控制單元進一步適合于在第一條件下在電源與驅動器之間切換上變換器以提升從電源到驅動器的輸出電壓；并且在第二條件下旁路所述上變換器，且實現(xiàn)所述控制驅動器的步驟。所述第一條件包括在高占用時段中操作，并且所述第二條件包括操作低占用時段。

在這個方面中，當電源仍然具有足夠的能量時，恒定功率被驅動器汲取并遞送至照明單元，因而可以提供恒定流明輸出；當電源中的可用能量下降到低于閾值時，為了避免電源的完全消耗和照明單元的停電，逐漸減小的功率被驅動器汲取并且實現(xiàn)可以至少部分滿足用戶的延長的弄暗照明服務。這個方面是恒定功率負荷和非恒定功率負荷的精致組合。這個方面提供了另一種照明模式以提供用于照明單元的更多輸出流明，其中來自電源的電壓在到驅動器之前被提升/向上變換。并且當不需要高輸出時，上變換器被旁路以減小到驅動器的電壓，并且還節(jié)省上變換器的切換損失。高占用時段需要更多光，因而上變換器處于電源回路中；低占用時段不需要太多光，因而上變換器被旁路。

在另外的實施例中，驅動器是切換模式電源。并且所述控制單元適合于：維持或增加驅動器的占空比以便控制驅動器以遞送恒定功率；并且維持或減小驅動器的占空比以便控制驅動器以遞送逐漸減小的功率。

在此實施例中，當電源中的可用能量仍然足夠時，隨著電源被消耗，其輸出電壓將被維持或逐漸減小，并且驅動器可以維持或增加其占空比以遞送恒定功率。當電源中的可用能量不足時，隨著電源被消耗，其輸出電壓將逐漸減小，同時占空比被維持或者甚至減小，從而將以逐漸減小的方式從電源汲取功率?？商鎿Q地，驅動器還可以是線性驅動器并且控制單元可以控制線性電源開關的導電性以便控制由驅動器遞送的功率。

在仍然另外的實施例中，控制單元進一步適合于在檢測到的電壓下降到低于比所述第一閾值更小的第二閾值之后，精細調節(jié)驅動器的占空比，使得驅動器向照明單元遞送逐漸減小且不波動的功率。

當諸如電池之類的電源被進一步消耗時，其輸出電壓有時波動，在此情況下，如果占空比仍然被維持，則波動的功率被遞送至照明單元，從而將發(fā)生閃爍。為了解決這個關切，當電源中的能量水平非常低時，此實施例允許精細調節(jié)驅動器的占空比，使得驅動器遞送不波動的功率。這可以避免對用戶而言不舒適的閃爍，從而用戶的體驗將會更好。

在更特定的實施例中，所述高占用時段包括傍晚直到半夜或半夜之前的夜晚，并且低占用時段包括半夜直到黎明。

此實施例提供本發(fā)明的應用情境。

在另外的實施例中，控制單元進一步適于控制上變換器的占空比，上變換器包括隔離的升壓變換器，并且控制單元進一步包括在上變換器的輸入與輸出之間轉發(fā)的二極管。

在此實施例中，如果輸出電壓不高于來自電源的輸入電壓，升壓變換器可以通過二極管自動地被旁路，因而電路結構非常簡單。

在可替換的實施例中，控制器進一步適于控制上變換器的占空比，上變換器包括非隔離的升壓變換器，其中控制單元進一步包括從電感器與升壓變換器的開關的連接點轉發(fā)到升壓變換器的輸出電容器的升壓二極管。

在此實施例中，如果升壓變換器的開關保持斷開，則升壓變換器可以被旁路，因而電路結構非常簡單。

在本發(fā)明的第二方面中，提供一種包括上述控制器的系統(tǒng)：照明系統(tǒng)，包括：電源；與電源耦合的上變換器；耦合到上變換器的驅動器；耦合到驅動器的照明單元；以及耦合到電源和驅動器的依照第一方面的照明控制器。

在本發(fā)明的第三方面中，提供一種用于控制照明的方法，包括步驟：檢測電源的電壓，所述電源用于經由照明驅動器向照明單元提供功率；在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之前，控制驅動器以向照明單元遞送恒定功率，不管電源正被消耗；在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之后，控制驅動器以向照明單元遞送逐漸減小的功率；在第一條件下，在電源與驅動器之間切換上變換器以提升來自電源的輸出電壓；以及，在第二條件下，旁路所述上變換器并且實現(xiàn)所述控制步驟；其中所述第一條件包括在高占用時段中操作，并且所述第二條件包括在低占用時段中操作。

本發(fā)明的這些和其他方面根據下文描述的實施例將是清楚明白的并且參照這些實施例進行闡述。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例，在附圖中：

圖1示出依照本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)的示意性框圖；

圖2示出用于照明系統(tǒng)的依照白天/晚間/夜間切換其光輸出的時序流程圖；

圖3示出用于照明系統(tǒng)的依照電源的電壓對其光輸出調光的狀態(tài)轉變圖；

圖4示出依照本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)中的示例性led驅動器；

圖5示出依照本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)中的示例性上變換器；

圖6示出依照本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)中的可替換的示例性上變換器。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種照明控制器，包括：

適于檢測電源的電壓的檢測器，所述電源用于經由照明驅動器向照明單元提供功率；

控制單元，其耦合到照明驅動器且適合于：

-在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之前，控制驅動器以向照明單元遞送恒定功率，不管電源正被消耗，并且

-在檢測到的電壓下降到低于第一閾值之后，控制驅動器以向照明單元遞送逐漸減小的功率。

優(yōu)選地，控制單元進一步適合于：

-在第一條件下，在電源與驅動器之間切換上變換器以提升從電源到驅動器的輸出電壓；并且

-在第二條件下，旁路所述上變換器，并且實現(xiàn)所述控制驅動器的步驟。

在下文中，若干模式被用于描述照明控制器以哪種方式控制驅動器和上變換器。

依照本發(fā)明實施例的照明系統(tǒng)包括上述照明控制器，以及電源、上變換器、旁路開關和一個或多個與諸如led燈之類的照明單元在一起的驅動器。如圖1中所示，電源優(yōu)選地為電池或電池組，比如在白天期間由光伏電池充電且在晚間/夜間放電以對路燈供電的電池或電池組。

優(yōu)選地，第一條件和第二條件由要被照射的控件的占用狀態(tài)確定。例如，當人更多時，一般地期望更多光；否則，當很少的人或沒人在那里時，較少的光就夠了。此占用狀態(tài)可以由占用傳感器檢測?？商鎿Q地，對于諸如道路照明、校園照明或公園照明之類的室外應用，晚間/夜間可以間接反映占用狀態(tài)：在傍晚直到半夜，存在更多的占用并且從半夜直到黎明，較少的人或沒有人在那里；并且恰好在黎明之間，更多的人可能出來。再者，在白天，不需要開燈。

因而，照明控制器可以使用基于rtos（實時操作系統(tǒng)）的定時器或簡單的時-分定時器。在圖2中可以示出時序流程圖。定時器在黃昏開始，此時，上變換器在回路中被接通，并且驅動器和燈操作，從而提供高光輸出。這種控制方式可以被稱為模式i。在自從黃昏的預定義的時間之后，時間到達指示半夜的設置值ts1。然后，系統(tǒng)被切換到模式ii，其中上變換器被旁路。定時器可以是休息。在自從半夜的另一個預定義時間之后，時間到達指示恰好在黎明之前的設置值ts2。然后，上變換器再次處于電源回路中，并且照明單元可以再次輸出全亮度，并且系統(tǒng)再次在模式i中工作。當自然光等價于黎明時，即它是黎明時，照明系統(tǒng)可以停止提供光并且等待直到再次黃昏。

圖3還示出了取決于高占用或低占用的模式i與模式ii之間的轉變。在模式i中，上變換器可以提升電池電壓并且向驅動器提供dc電網上的220vdc電壓；在模式ii中，上變換器被旁路，并且來自電源的為60v的電壓在dc電網上提供。在感測了到驅動器的較低輸入電壓之后，優(yōu)選地隨著頻率的變化，調暗照明單元。假設驅動器在非調光狀態(tài)處具有85%的效率，在不旁路上變換器且未調光驅動器的情況下，整體效率為80%（0.85*0.95）。它具有實驗事實并且發(fā)明人在實驗室中驗證了，在30%的調光水平處，led驅動器的效率降低至少5%。在維持上變換器且對驅動器調光的情況下，在降低的調光水平處效率的附加損失達到5-7%，并且整體系統(tǒng)效率降低到72%（0.8*0.9）。

進一步地，圖3示出照明控制器如何取決于電源/電池中的能量水平或輸出電壓而在模式ii與模式iii之間切換。在模式ii中，即半夜時間直到黎明，來自電池的輸出電壓起初為60v。驅動器的占空比被設置為某個值以獲得小于模式i中的全亮度輸出的期望輸出流明。

在某時間的消耗之后，電池中的能量被部分消耗，并且這通常導致電池的輸出電壓的減小。為此輸出電壓設置45v的閾值，并且在電池的輸出電壓下降到低于此閾值之前，照明控制器將控制驅動器以向照明單元遞送恒定功率，而不管電源正被如何消耗。更特別地，隨著電壓從60v減小至45v，驅動器的占空比增加，以使得恒定功率被遞送。此外，在從60v至45v的這個減小期間，電壓可能不是連續(xù)不斷地減小，而是可能在某電壓處穩(wěn)定一段時間，并且在此段時間中驅動器的占空比也被維持，使得恒定功率被遞送。反過來，在模式ii中，經由恒定流明輸出滿足正常的照明要求。更特別地，驅動器可以具有檢測電壓的電壓檢測電路，并且與電池電壓的減小成比例地增加其占空比?？商鎿Q地，控制器可以確定與電池電壓的減小成比例的占空比，并且告知驅動器有關此確定的占空比。

此外，隨著電池的電壓的進一步下降，存在在諸如黎明之類的期望的結束時間之前電池中的能量被完全消耗的風險。這樣的問題可能在當白天多云時太陽能電池沒有將足夠的能量存儲到電池中的情況下發(fā)生。如果電池中的能量被完全消耗，那么沒有光輸出可能被獲得光，并且發(fā)生停電。為了避免這種情況，在電池的電壓下降到低于45v之后，照明控制器進入模式iii，在模式iii中它控制驅動器以向照明單元遞送逐漸減小的功率。更特別地，控制器可以維持或減小驅動器的占空比以維持或減小從電池汲取功率的速率。因此，隨著電池電壓減小且所述速率被維持或減小，遞送至照明單元的功率逐漸減小?？商鎿Q地，在驅動器為線性驅動器的情況下，照明控制器可以維持或增加線性電源開關的導電性。更特別地，控制器可以告知驅動器維持其占空比?？商鎿Q地，控制器可以告知驅動器有關一個恒定占空比。如果因為附加的備用電池被接通，輸出電壓恢復到45v，則照明系統(tǒng)可以甚至切換回到模式ii。

進一步地，隨著電池的電壓仍舊下降到例如低于42v，電池電壓可能波動，即以造成人類可感知的照明單元的閃爍的快速方式減小或增加。為了避免這種情況，控制器可以精細調節(jié)驅動器的占空比，以使得驅動器向照明單元遞送逐漸減小且不波動的功率。更特別地，控制器可以自身或控制驅動器記錄在先前時刻（例如10ms之前）遞送的功率，并且試圖將在后續(xù)時刻遞送的功率調整為與所記錄的功率相同或相似的功率，不管電池電壓是否改變。如果電池電壓沒有波動，在所述后續(xù)時刻驅動器的占空比被維持；如果電池電壓波動，可以在相反方向上調節(jié)在所述后續(xù)時刻驅動器的占空比。應當理解，消除波動的精細調節(jié)處于微觀/短期視角中，并且在宏觀/長期視角中，功率仍然逐漸減小。為此目的，平均占空比被維持或以緩慢的方式減小，并且精細調節(jié)的程度可以處于平均占空比的某個百分比內，比如正和負10%至20%。

進一步地，恰好在黎明之前，照明控制器可以通過將上變換器切換回到回路而再次進入模式i。上變換器可以將電池的輸出電壓提升至200v并且經由dc電網將其遞送至驅動器和照明單元。照明控制器還可以告知驅動器在其正常的全明亮狀態(tài)中工作，例如使用其正常的占空比。

下面將描述驅動器和上變換器的某實施例。

圖4示出用于作為照明單元的led的典型驅動器。它是反激變換器。存在驅動器控制器，例如依照dc電網上的輸入電壓以及l(fā)ed電流和led電壓控制電源開關s1的占空比d的用于反激變換器的專用控制ic。在模式ii中，占空比d可以被控制以隨著dc電網上的輸入電壓的降低而增加。在模式iii中，占空比d可以被維持或減小。在模式iii中，占空比d的平均值可以被維持并且占空比d可以在某個百分比內精細調節(jié)。反激變換器的原理是公知的并且本說明書將不會給出更詳細的闡釋。可替換地，其他種類的led驅動器也是適用的，比如降壓變換器或升壓變換器。

圖5示出具有可以旁路上變換器的旁路二極管的上變換器的一個實施例。此上變換器可以是反激形式的。在模式i中，在初級側的電源開關被控制以在次級側遞送提升的電壓。并且在模式ii中，電源開關被禁用并且旁路二極管可以直接向dc電網遞送電池電壓。

圖6示出上變換器的可替換實施例，其為升壓變換器。在模式i中，電源開關被控制以閉合和斷開以便提升到輸出電容器co的電池電壓。在模式ii中，電源開關可以保持斷開并且電池電壓直接饋送至輸出電容器co以及dc電網。

本發(fā)明的實施例可以用在基于太陽能的室外照明中，例如街道照明、校園照明。這種所提出的系統(tǒng)將在室外照明系統(tǒng)中找到良好的應用，因為它將比常規(guī)的靜態(tài)dc電網室外照明系統(tǒng)至少高效8-10%，并且比ac電網室外照明系統(tǒng)至少高效15%。

本發(fā)明已經結合led照明布置進行了描述。然而，它可以應用于用于其他類型的照明技術的驅動器。例如，可以使用其他固態(tài)照明技術。還應當理解，上述特定電壓值僅僅用于舉例，并且對于不同的電池系統(tǒng)或電池化學，這些值將會改變。

在實踐要求保護的發(fā)明時通過研究附圖、公開內容和所附權利要求，本領域技術人員可以理解并實現(xiàn)所公開的實施例的其他變形。在權利要求書中，動詞“包括”不排其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”并沒有排除多個。在相互不同的從屬權利要求中記載了某些措施的起碼事實并不指示這些措施的組合不能用于獲益。權利要求中的任何附圖標記不應當被解釋為限制范圍。