電源單元和相關照明系統技術方案

本發明專利技術涉及電源單元和由電源單元與至少一個照明引擎模塊組成的照明系統以及本發明專利技術的接口。電源單元(PSU)包括在正極電源線(LED+)與公共接地線(LED?)之間提供電力的輸出端和通信線(CL)。響應于內部測量信號(Vout)的可調節電流發生器(CG)在輸出端處生成輸出電流(Iout)，并且電壓源(Vk)耦接至通信線。電流測量單元(CMU)測量通過通信線(CL)的電流并且根據所測量的通過通信線(CL)的電流來生成內部測量信號(Vout)。具體地，電源單元(PSU)被配置成通過經由電壓源(Vk)向通信線(CL)施加兩個不同的電壓來確定公共接地線上的電壓降。

【技術實現步驟摘要】
本申請是2013年6月21日提交的申請號為PCT/IB2013/055106，標題為“照明引擎模塊、相關電源單元以及照明系統”的專利申請的分案申請。
本專利技術涉及固態照明領域，并且描述了用于將照明引擎模塊對接至其電源單元的接口和照明引擎模塊、相應的電源單元。本專利技術一般地涉及：用于驅動一個或更多個照明引擎模塊的電源單元，特別是具有發光二極管(LED)光源的照明引擎模塊；以及照明單元，該照明單元包括電源單元和至少一個照明引擎模塊。更具體地，在本文中公開的各種專利技術方法和設備涉及：自調節電源單元，用于驅動具有發光二極管(LED)光源的一個或更多個照明引擎模塊；以及基于LED的發光單元，該發光單元包括自調節電源單元和至少一個照明引擎模塊。
技術介紹
基于半導體光源例如發光二極管(LED)的照明裝置提供了替代傳統的熒光燈、HID和白熾燈的可行方案。LED的功能優點和益處包括高能量轉換和高光學效率、較長的預期壽命、較低的工作成本以及許多其他方面。在一些應用中，基于LED的照明單元可以包括：電源單元，該電源單元向多個照明引擎模塊供給LED驅動電流，每個多個照明引擎模塊均包括一個或更多個LED。例如，照明引擎模塊可以包括電路板(例如印刷電路板)，該電路板上安裝有一個或更多個LED。這樣的電路板可以被插入到照明裝置的槽或主板的槽中，在照明裝置或主板上可以設置有電源單元。在各種應用和設施中，基于LED的照明單元可以包括不同數量的LED和/或照明引擎模塊。例如，對于特定的設施，LED和照明引擎模塊
的數量可以根據光輸出需求例如流明而改變。通常，由電源單元輸出的LED驅動電流的幅度或電平將需要根據其所連接的和驅動的LED和照明引擎模塊的數目而改變。這意味著，如果在具有不同數量的LED和/或照明引擎模塊的各種基于LED的照明單元中將采用單個電源單元，則電源單元將必須包括用于調節LED驅動電流的裝置或設置，以根據它們包括的不同數量的光源來匹配針對不同照明引擎模塊的電流驅動需求。同時，在制造該LED照明單元時確定要被包括在特定的基于LED的發光單元中的LED和照明引擎模塊的數目。因此，如果在具有不同數量的照明引擎模塊的各種LED發光單元中將采用相同的電源單元，則在制造每個不同的LED照明單元時將必須對電源單元進行編程，以使得電源單元輸出的LED驅動電流適合于LED照明單元中所包括的特定數目的照明引擎模塊。已經借助于在電源單元與照明引擎模塊之間的接口解決了該問題。接口技術指的是照明引擎模塊向電源單元提供與用于滿足磁通規范和/或照明引擎模塊的工作溫度的照明引擎模塊所需電流有關的一些信息，以當超過一定限值時減少所供給的電流電平。在本現有技術中存在幾種方式用來在照明引擎模塊與電源單元之間互換該信息。可以使用總線來互換這樣的信息。在現有技術中已知模擬總線如0..10V總線或者數字總線如DALI(數字可尋址的光接口)總線。在現有技術中還已知簡單的電阻器網絡，該電阻器網絡能夠通過電源單元而被測量，并且向電源單元告知照明引擎模塊的電流需求。DE 100 51 528公開了這樣的接口，其中特定的電阻器連接在第三導線與負極供給線路之間。如果若干照明引擎模塊連接至一個電源單元，則電阻器并聯連接或串聯連接，使得總和信號被提供至電源單元來限定電流需求。德國專利申請102011087658.8還公開了用以限定每個照明引擎模塊的電流需求的電阻器。總線解決方案具有需要兩個額外的導線的缺點。電阻器解決方案僅需要一個額外的導線，但電阻器網絡和電流調節的評估會十分復雜。由于在市場上已經出現完整的電源單元和照明引擎模塊系統，不同公司已經試圖確定使這兩個部分之間進行通信的方法；還有些數字協議已經被用于較復雜且高端的系統，但后者的技術在本專利技術的背景范圍之外，并且必須分開考慮。例如，歐司朗(OSRAM)公司已經提出了三條額外導線的接口，其
還能夠向提供熱降額的有源照明引擎模塊機載電路提供電力。在該接口類型中，照明引擎模塊機載電阻器形成具有電源單元上拉電阻器的分壓器，以開發設置電源單元輸出電流的電壓。照明引擎模塊上的運算放大器在模塊過熱時則開始限制該電壓(因此降低電流)。飛利浦(Philips)公司已經提出了不同的額外的3條導線接口，其中一條導線連接至電流設置電阻器，而另一條導線連接至溫度傳感電阻器，并且通過電源單元本身完成降額，而不涉及照明引擎模塊上的任何有源部分。這兩個接口都包括用于共用信號接地返回的第三條額外導線，并且使用由照明引擎模塊電阻器生成的電壓來設置電流，以使得較大的電壓引起較大的輸出電流。最近，歐司朗公司還推出了稍微不同的接口，該接口實際上是利用電源單元中的精確電流源而定制的0..10V接口，以使得照明引擎模塊能夠僅使用電阻器來設置電流。現在出現了來自市場的新需求，即將由同一電源單元供給的不同模塊并聯的能力。顯然，電源單元的輸出電流必須是每個照明引擎模塊額定值的和，并且即使對于多個照明引擎模塊布置也必須保持熱降額能力，。同樣，市場要求成本削減，實際上針對的是導線數量減少。基于總線的接口通常需要4條導線，兩條導線用于照明引擎模塊的電源而另外兩條用于總線。因此，已經假定了一些新的特征以滿足需求：-必須允許多個模塊可以使用相同的接口并聯連接(當然假定不同模塊是相同的，或者至少具有相同的串電壓)。-設置接口必須具有減少數量的導線，并且必須盡可能簡單以降低成本，特別是使照明引擎模塊側盡可能簡單。到目前為止所提出的所有已知接口不能支持多個照明引擎模塊連接，提出了新的接口以滿足所有的最新需求。
技術實現思路
在本專利技術中，提供電流需求信息的方式是模擬的，即通過由照明引擎模塊的機載電路直接設置的一些電氣參數的量值來提供電流需求信息：然
后由電源單元來識別這些參數，其中所述電源單元根據需求來調節其輸出電流。下文中提出了“一條導線”模擬接口的構思和可能實現二者，其中，“一條導線”是指除了兩條電源線之外，僅需要一條額外的導線。本專利技術的各種實施方式涉及照明引擎模塊，包括：-多個串聯連接的LED，-正極電源線，-公共接地線，-通信線，其中相對公共接地線來測量所述通信線上的信號，-電流設置電阻器，所述電流設置電阻器的值與照明引擎模塊的電流需求成比例，-放大器，所述放大器響應于溫度敏感輸入電流，-溫度敏感電阻器，所述溫度敏感性電阻器負責溫度敏感輸入電流。該照明引擎模塊的構建是容易且廉價的，并且該照明引擎模塊能夠處理不同的電流需求和在僅一個額外的導線上的熱降額。電流設置電阻器的電導優選地與照明引擎模塊的電流需求成正比。這簡化了對測量信號的處理。此外，該照明引擎模塊優選地包括閾值設置電阻器，該閾值設置電阻器負責熱降額的閾值水平。這具有僅在較高溫度處發生熱降額從而在額定工作下將不會損耗光的優點。該照明引擎模塊優選地還包括：-電壓源，所述電壓源具有連接至公共接地線的負極輸出端，-溫度敏感電阻器與閾值設置電阻器的串聯連接，該閾值設置電阻器與電壓源并聯連接，以及-晶體管，其中，基極連接至溫度敏感電阻器和閾值設置電阻器之間的節點，集電極連接至電壓源的正極輸出端與溫度敏感電阻器之間的節點，發射極經由發射極電阻器連接至通信線。該電流源能夠將所供給的電流的持續時間控制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電源單元(PSU)，包括：?輸出端，所述輸出端在正極電源線(LED+)與公共接地線(LED?)之間提供電力，?通信線(CL)，?可調節電流發生器(CG)，所述可調節電流發生器(CG)響應于內部測量信號(Vout)以在所述輸出端處生成輸出電流(Iout)，?電壓源(Vk)，所述電壓源(Vk)被耦接至所述通信線，?電流測量單元(CMU)，所述電流測量單元(CMU)測量通過所述通信線(CL)的電流，并且根據所測量的通過所述通信線(CL)的電流來生成所述內部測量信號(Vout)，其中，所述電源單元(PSU)被配置成通過經由所述電壓源(Vk)向所述通信線(CL)施加兩個不同的電壓來確定所述公共接地線上的電壓降。

【技術特征摘要】
2012.06.25 IT TO2012A0005581.一種電源單元(PSU)，包括：-輸出端，所述輸出端在正極電源線(LED+)與公共接地線(LED-)之間提供電力，-通信線(CL)，-可調節電流發生器(CG)，所述可調節電流發生器(CG)響應于內部測量信號(Vout)以在所述輸出端處生成輸出電流(Iout)，-電壓源(Vk)，所述電壓源(Vk)被耦接至所述通信線，-電流測量單元(CMU)，所述電流測量單元(CMU)測量通過所述通信線(CL)的電流，并且根據所測量的通過所述通信線(CL)的電流來生成所述內部測量信號(Vout)，其中，所述電源單元(PSU)被配置成通過經由所述電壓源(Vk)向所述通信線(CL)施加兩個不同的電壓來確定所述公共接地線上的電壓降。2.根據權利要求1所述的電源單元(PSU)，其中，所述電流測量單元(CMU)包括電流測量電阻器(Rfb)和運算放大器(OpAmp)。3.根據權利要求2所述的電源單元(PSU)，其中：-所述電壓源(Vk)被連接在所述公共接地線(LED-)與所述運算放大器(OpAmp)的正極輸入端之間，-所述電流測量電阻器(Rfb)被連接在所述運算放大器的負極輸入端與所述運算放大器(OpAmp)的輸出端之間，-所述通信線連接至所述運算放大器(OpAmp)的所述負極輸入端，-所述運算放大器(OpAmp)的所述輸出端輸出所述內部測量信號(Vout)。4.根據前述權利要求中的一項所述的電源單元(PSU)，其中，在所述內部測量信號(Vout)與所述可調節電流發生器(CG)的輸出電流之間存在線性特性。5.根據權利要求4所述的電源單元(PSU)，其中，所述線性特性僅對所述內部測量信號(Vout)的總范圍的一部分有效。6.根據權利要求5所述的電源單元(PSU)，其中，所述部分的開始是由所述內部測量信號的偏置電壓(Vsilent)來限定的，并且低于所述偏置電壓，所述可調節電流發生器(CG)將不提供電流。7.根據權利要求6所述的電源單元(PSU)，其中，所述偏置電壓等于所述電壓源(Vk)的值。8.根據權利要求1至3中的一項所述的電源單元(PSU)，其中，所述電源單元(PSU)被配置成對至少一個照明引擎模塊(LEM)供電，所述至少一個照明引擎模塊(LEM)包括：-多個發光二極管，所述多個發光二極管被串聯連接在所述正極電源線(LED+)與所述公共接地線(LED-)之間，-電流設置電阻器(Rset)，所述電流設置電阻器(Rset)的電導值指示所述照明引擎模塊的電流需求，其中所述電流設置電阻器(Rset)被連接在所述通信線(CL)與所述公共接地線(LED-)之間，以及-可變電流發生器(TDU)，所述可變電流發生器(TDU)被連接至所述通信線(CL)且生成補償電流，從而修改流經所述通信線(CL)的電流，所述可變電流發生器響應于由至少一個傳感器提供的至少一個測量信號。9.根據權利要求8所述的電源單元(PSU)，其中，所述電源單元(PSU)被配置成在所述輸出端處的所述輸出電流(Iout)被切斷時讀取所述電流設置電阻器(Rset)的值。10.根據權利要求8或9所述的電源單元(PSU)，其中，所述電源單元(PSU)被配置成在所述電壓源(Vk)的所述輸出電壓被去激活時測量由所述照明引擎模塊(LEM)的所述可變電流發生器(TDU)生成的電流。11.根據權利要求8至10中的一項所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：弗朗切斯科·安杰林，保羅·德安娜，貝恩德·魯道夫，
申請(專利權)人：歐司朗股份有限公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE