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CN110199574B - 照明装置及其功率调节方法 - Google Patents

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CN110199574B
CN110199574B CN201880007701.4A CN201880007701A CN110199574B CN 110199574 B CN110199574 B CN 110199574B CN 201880007701 A CN201880007701 A CN 201880007701A CN 110199574 B CN110199574 B CN 110199574B
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Abstract

一种装置，可包括多个灯荷载，其中每个灯荷载包括至少一个光源。该装置还可包括联接到灯荷载的多个开关。该装置还可包括联接到开关的控制器，其中该控制器在每个周期内多次主动地操作开关以控制向灯荷载传输电力。开关的主动操作由控制器采用动态调度方式实施，其中动态调度基于多个环境条件，并且其中控制器在主动操作开关时旁通灯荷载的正向电压。

Description

照明装置及其功率调节方法
相关申请的交叉引用
本专利申请依据35U.S.C.§119要求2017年1月25日提交的标题为“PowerRegulation For Lighting Fixtures”的美国临时专利申请序列号 62/450,168的优先权，该申请的全部内容据此以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及照明灯具，更具体地说，涉及使用LED作为光源的发光二极管(LED)照明灯具的功率调节。
背景技术
具有LED的照明灯具的使用越来越普遍。然而，与LED有关的技术正在发展。虽然LED照明灯具一般比使用其他类型的光源(例如白炽灯或荧光灯)照明灯具更节能，但仍然可以有诸多改进，能够帮助LED照明灯具成为更具吸引力的替代方案。
发明内容
一般来讲，在一个方面，本发明涉及包括多个灯荷载的装置，其中每个灯荷载包括至少一个光源。该装置还可包括联接到灯荷载的多个开关。该装置还可包括联接到开关的控制器，其中所述控制器在每个周期内多次主动操作所述开关，以控制向所述灯荷载传输电力。控制器对开关的主动操作，采用动态调度方式实施，其中动态调度基于多个环境条件，并且其中控制器在主动操作开关时旁通灯荷载的正向电压。
在另一方面，本公开一般可涉及用于动态调节照明系统功率的方法。该方法可包括接收由多个传感器测量的多个环境条件。该方法还可包括基于环境条件，在循环内的第一时间，操作至少一个第一开关，其中操作所述至少一个第一开关允许第一电流流过灯荷载的第一子集并防止第一电流流过灯荷载的第一剩余部分，其中灯荷载的第一剩余部分从储能装置的第一剩余部分接收电力。
根据以下描述和所附权利要求，这些及其他方面、目的、特征和实施方案将显而易见。
附图说明
附图仅示出了灯具功率调节的示例性实施方案，因此不应视为对其范围的限制，因为灯具功率调节可允许其他同样有效的实施方案。附图中示出的元件和特征部未必按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明示例性实施方案的原理上。另外，可能夸大了某些尺寸或定位，以帮助视觉上传达此类原理。在附图中，附图标记表示相似或对应但不一定相同的元件。
图1示出了本领域当前已知灯具的电路图。
图2和图3示出了本领域当前已知灯具用线路板组件。
图4示出了本领域当前已知灯具的框图。
图5示出了本领域当前已知灯具的光源的分布图。
图6示出了本领域当前已知灯具的电流和电压的曲线图。
图7和图8各自示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的框图。
图9示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电流和电压的曲线图。
图10至图12示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电压的曲线图。
图13和图14示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的光源分布图。
图15示出了根据一个或多个示例性实施方案的另一个灯具的框图。
图16示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的工艺流程图。
图17和图18示出了根据一个或多个示例性实施方案的由灯具执行的方法的流程图。
图19示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电流和电压的曲线图。
图20示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电流的曲线图。
图21至图23示出了根据一个或多个示例性实施方案的由灯具执行的方法的流程图。
图24A和图24B示出了根据某些示例性实施方案的包括灯具的照明系统的系统图。
图25示出了根据某些示例性实施方案的计算装置。
具体实施方式
本文讨论的示例性实施方案涉及用于调节灯具功率的系统、方法和装置。在一些情况下，示例性实施方案可与包括光源但不是灯具的多个电气装置中的一个或多个一起使用。例如，示例性实施方案可与恒温器、控制面板、出口标志、烟雾检测器、安全面板、浪涌保护器、防火面板、断路器面板和灯开关一起使用。另外，可使用示例性实施方案控制的资产可包括附接，联接到或以其他方式与资产(例如，人员、车辆、设备)相关联的多个装置(例如，磁卡、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)，数码相机)中的任一者。
本文所述的LED照明电路可包括多种不同类型的LED技术中的一种或多种。例如，每个LED照明电路可在印刷线路板上和/或通过载芯片板技术封装或制造。此外，在各种实施方案中使用的LED数量，可多于或少于本文所述示例性实施方案中LED的数量。使用的LED数量，可取决于多个因素中的一个或多个，包括但不限于选定LED的电压降和所用电源电压的电压电平(例如，120VAC，240VAC、277VAC)。一个或多个示例性实施方案可与可调光LED照明电路一起使用。
由示例性实施方案调节的装置，可使用多种不同类型光源中的一种或多种，包括但不限于发光二极管(LED)光源、荧光光源、有机LED光源、白炽光源和卤素光源。因此，与本文所述的示例性实施方案一起使用的装置，不应视为限于使用特定类型的光源。能够通过本文所述示例性实施方案进行调节的装置(或其部件，包括控制器)，可由多种合适材料中的一种或多种制成。此类材料的示例可包括但不限于铝、不锈钢、玻璃纤维、玻璃、塑料、陶瓷和橡胶。
在示出调节照明系统灯具功率的示例性实施方案的前述附图中，可省略、重复和/或替换所示部件中的一个或多个部件。因此，调节照明系统灯具功率的示例性实施方案不应被视为限于任何附图中所示部件的特定布置。例如，一个或多个附图中所示或参考一个实施方案所述的特征部可应用于与不同附图或描述相关联的另一实施方案。
在某些示例性实施方案中，灯具(或其他由示意性实施方案控制的装置)需符合某些标准和/或要求。例如，美国国家电气规程(NEC)、美国国家电气制造商协会(NEMA)、国际电工委员会(IEC)、联邦通信委员会 (FCC)、照明工程学会(IES)以及电气与电子工程师学会(IEEE)设定了电气壳体、接线和电连接方面的标准。本文所述的示例性实施方案的使用在需要时符合(并且/或者允许对应装置符合)此类标准。在一些(例如，PV太阳能)应用中，本文所述的装置可满足特定于该应用的其他标准。
如果描述了附图中的某个部件但未在该附图中明确示出或标记该部件，则用于另一附图中的对应部件的标号可推断出该部件。相反，如果标记了附图中的某个部件但未对其进行描述，则此类部件的描述可与另一附图中对应部件的描述基本相同。本文附图中的各种部件的编号方案使得每个部件为三位数或四位数，并且其他图中的对应部件具有相同的后两位数。
进一步，除非明确指出，否则特定实施方案(例如，如本文附图所示)不具有特定特征部或部件的说明并不意味着此类实施方案不能够具有此类特征部或部件。例如，就本文中的当前或将来的权利要求而言，被描述为不包括在一个或多个特定附图所示出的示例性实施方案中的特征部或部件能够包括在与本文中的此类一个或多个特定附图相对应的一个或多个权利要求中。
下文将参考附图更详细地描述调节照明系统中灯具功率的示例性实施方案，其中示出了调节照明系统中灯具功率的示例性实施方案。然而，调节照明系统中灯具功率可以以许多不同的形式体现，并且不应理解为限于本文所述的示例性实施方案。相反，提供这些示例性实施方案使得本公开透彻且完整，并且将向本领域的普通技术人员充分传达调节照明系统中灯具功率的范围。为确保一致性，各图中相似但不一定相同的元件(有时也称为部件)以相似的附图标记表示。
诸如“第一”、“第二”、和“在…内”的术语仅仅用于将部件(部件的部分或部件的状态)彼此区分开。此类术语并不意在表示偏好或特定取向，并且不意在限制调节照明系统中灯具功率的实施方案。在以下对示例性实施方案的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的更透彻的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的特征以便避免不必要地使描述复杂化。
图1示出了本领域当前已知灯具101的电路图100。具体地讲，图1示出了AC供电的LED照明电路。电路图100包括LED驱动电路129、电源 102和三个灯荷载140(灯荷载140-1，灯荷载140-2和灯荷载140-3)。每个灯荷载140包括一个或多个光源161。在这种情况下，每个光源161为 LED。灯荷载140-1具有四个光源161，灯荷载140-2具有四个光源161，且灯荷载140-3具有两个光源161。
电源102为电路100其余部分供电，在当前情况下，为LED驱动电路 129和灯荷载1540供电。电源102可包括多个部件中的一个或多个。例如，在这种情况下，电源102包括交流(AC)电源105、保险丝、金属氧化物变阻器(MOV)和整流器115。AC电源105为LED驱动电路129和串联连接的电流调节灯荷载140的阵列提供交流电源。AC电源105，可向适于操作 LED照明电路100的灯具101提供任何输入电压和/或电流。例如，AC电源105可为通常存在于住宅和商业建筑物中的120Vrms(均方根)源。再举一个示例，AC电源105可为通过转换电压并提供隔离的变压器所获得的 24Vrms电源。再举一个示例，AC电源105可将480伏AC输入功率传输至灯具101。
整流器115设置在AC电源105和LED驱动电路129与串联连接的电流调节灯荷载140的单个阵列之间。在一个或多个示例性实施方案中，将整流器115被配置为将从AC电源105接收的功率转换成由LED驱动电路 129使用的功率形式，并且在部分情况下，转换为串联连接的电流调节灯荷载140的单个阵列。例如，整流器115可为将正弦AC从AC电源105转换为具有恒定极性的整流AC电源或直流(“DC”)电源的全波整流器115。整流器115可为多个二极管(如图1所示)、一个半导体或任何其他合适部件或部件组的配置。图1的整流器115被称为全波整流器。在该示例中，整流器115将120Vrms交流电(VAC)电源102转换为正电压。
在一个或多个示例性实施方案中，串联连接图1所示的串联连接的灯荷载140(或简单灯荷载140)的单个阵列。串联连接的LED阵列可以是串联连接的一个或多个光源161，使得电流流过阵列中的所有光源161。在某些示例性实施方案中，灯荷载140接收来自整流器115的正弦电压。当灯荷载上的电压超过该灯荷载140中光源161的正向电压总和时，光源161 将传导电流(即，灯荷载140中光源161将打开)。随着电压増大，穿过灯荷载140中光源161的电流也増大。
图1中LED驱动电路129使用由电源102传输的功率，来控制流经每个灯荷载140的电流量。通过本领域当前已知的LED驱动电路129，LED 驱动电路129以预定确定的时间表，将电流输送给每个灯荷载140和切断输送给每个灯荷载140的电流。LED驱动电路129可包括多个部件中的一个或多个。例如，在这种情况下，LED驱动电路129可包括集成电路162 (IC162)，电容器111和两个电阻器。其他部件的示例可包括但不限于二极管、电感器和晶体管。LED驱动电路129包括可结合到IC162(在当前情况下)和/或分立部件(例如，晶体管)中的一个或多个(在当前情况下，四个)开关142。开关142中的一个或多个，可为LED驱动电路129的一部分或与其分开。在当前情况下，LED驱动电路129是直接驱动架构，其中LED驱动电路129提供对灯荷载140的直接控制。
图2和图3示出了本领域当前已知灯具的线路板组件。参见图1至图 3，图2的线路板组件包括安装在线路板291上的少量(在当前情况下，两个)灯荷载240，其中每个灯荷载240包括单个光源269。LED驱动电路也安装在线路板291上，但从视图隐藏了。图3的线路板组件390包括作为同心圆安装在线路板391上的少量(在当前情况下，3个)灯荷载340。灯荷载340-1具有12个光源361，灯荷载340-2具有6个光源361，并且灯荷载340-3具有3个光源361。LED驱动电路也安装在灯荷载340的线路板 391的相对侧(因此从视图隐藏了)。
图4示出了本领域当前已知灯具的框图470。参见图1至图4，框图 470包括向三个灯荷载440(灯荷载440-1、灯荷载440-2和灯荷载440-3) 和LED驱动电路429提供整流线路电压的电源402。LED驱动电路429基本上类似于如以上图1所述的LED驱动电路129，可以用作执行电流监测、功率因数校正、过温保护和过电压保护等功能的系统控制器类型。LED驱动电路429还可包括用于提供电压控制的线性电力装置。从图4所示箭头方向可以看出，LED驱动电路429对灯荷载440的操作没有控制。
三个灯荷载440中的每一个灯荷载可具有有限数量的光源(例如，光源161)。框图470还包括多个储能装置411(例如，电容器111)(在当前情况下，储能装置411-1、储能装置411-2和储能装置411-3)和多个开关442(例如，场效应晶体管(FET))(在当前情况下，开关442-1、开关 442-2和开关442-3)。在当前情况下，对于每个灯荷载440，都有一个储能装置411和一个开关442。储能装置411用于帮助减少由开关灯荷载440 所导致的闪烁。储能装置411在对应开关442闭合时存储能量，从而让电力流至灯荷载440。当相应开关442打开时，从而防止电力流入灯荷载440 和储能装置411，储能装置411储存的电压被释放到灯荷载440。
如上所述，本领域照明电路中的开关442以固定时间表工作。示例如图5中示出。具体地讲，图5示出了本领域当前已知灯具的光源分布图 599。参见图1至图5，分布图599示出了图4各种灯荷载440如何随时间 595(在当前情况下为循环的一半)上打开和关闭。在当前情况下，在分布曲线图599中存在13个时间间隔595。与其他12个间隔中一个或多个间隔持续时间相比，一个间隔可具有相同持续时间或不同持续时间。
在初始间隔期间，灯荷载440-1接收电力(开关442-1闭合)，且相应储能装置411-1正在充电596。同时，开关442-2和开关442-3打开，因此储能装置411-2和储能装置411-3分别放电597，以分别向灯荷载440-2和灯荷载440-3供电。在第二间隔期间，灯荷载440-2接收电力(开关442-2 闭合)，且相应储能装置411-2正在充电596。同时，开关442-1和开关 442-3打开，因此储能装置411-1和储能装置411-3分别放电597，以分别向灯荷载440-1和灯荷载440-3供电。
在第三间隔期间，灯荷载440-2接收电力(开关442-2闭合)，且相应储能装置411-2正在充电596。另外，灯荷载440-1接收电力(开关442-1 闭合)，且相应储能装置411-1正在充电596。同时，开关442-3打开，因此，储能装置411-3正在放电597，以向灯荷载440-3供电。在第四间隔期间，灯荷载440-3接收电力(开关442-3闭合)，且相应储能装置411-3正在充电596。同时，开关442-1和开关442-2是打开的，因此储能装置411- 1和储能装置411-2分别放电597以向灯荷载440-1和灯荷载440-2供电。
在第五间隔期间，灯荷载440-1接收电力(开关442-1闭合)，且相应储能装置411-1正在充电596。另外，灯荷载440-3接收电力(开关442-3 闭合)，且相应储能装置411-3正在充电596。同时，开关442-2打开，因此，储能装置411-2正在放电597，以向灯荷载440-2供电。在第六间隔期间，灯荷载440-2接收电力(开关442-2闭合)，且相应储能装置411-2正在充电596。另外，灯荷载440-3接收电力(开关442-3闭合)，且相应储能装置411-3正在充电596。同时，开关442-1打开，因此，储能装置411- 1正在放电597，以向灯荷载440-1供电。
在第七间隔期间，所有三个开关442闭合，因此灯荷载440-1、灯荷载 440-2和灯荷载440-3接收电力，且储能装置411-1、储能装置411-2和储能装置411-3正在充电596。在第八间隔期间，重复第六间隔的配置。在第九间隔期间，重复第五间隔的配置。在第十间隔期间，重复第四间隔的配置。在第十一间隔期间，重复第三间隔的配置。在第十二间隔期间，重复第二间隔的配置。在第十三间隔期间，重复第一间隔的配置。
图6示出了本领域当前已知灯具随时间695的电流689和电压688的曲线图698。参见图1至图6，电流689几乎为正弦，这意味着功率因数 (PF)极高(例如，PF～0.995)。对于现行标准，PF的最低要求为0.9。因此，当前灯具中预先确定的切换产生大大超过最低要求的PF。几乎完美PF 的结果，是由于接收电压导致在开关442中堆积过多热量。
如上所述，开关(例如，开关442-1)通常为FET。在此类情况下， FET以线性模式运行，用作一个或多个灯荷载的电流控制装置。曲线图698 中所示的电压688是FET的漏极电压。控制FET，以保持特定电流，且 FET与电流紧密匹配，以跟踪输入线路电压。FET消耗正弦波中存在的过量电压，因为正弦波中的电压与基于灯荷载和电流689的正向电压(Vf)而发送至对应灯荷载的所需电压之间，存在断连。当PF极高(接近1)时，如本领域中一样，电流689和电压值彼此非常接近，表示跨FET的电压増大。
本领域中这种预先确定操作开关的模式(例如开关442)，不考虑系统中任何变化(例如，灯荷载性能变差，开关过热)。此外，用于本领域的实施方案仅在有限输入电压范围中操作。通过对比，示例性实施方案考虑实时操作数据，以确定应何时以及如何操作各种开关。通过这种方式，可将示例性实施方案称为根据考虑多个环境条件，并根据一个或多个环境条件变化进行调整的动态时间安排进行操作。另外，示例性实施方案在宽得多的输入电压范围内操作。
图7和图8各自示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的框图。具体地，图7示出了一个示例性实施方案的框图770。图8示出了另一个示例性灯具的框图870，以及线路图的对应部分。参见图1至图8，除了如下所述的之外，图7的框图70与图4的框图470基本上相同。例如，采用图7中的控制器704替换图4的LED驱动电路429。控制器704可执行图4的LED驱动电路429的所有功能，以及一个或多个附加功能。例如，控制器704可主动(动态)控制开关742中的一个或多个开关。这通过向开关742中的每个开关添加从控制器704的图7中的控制箭头来证明。
又如，与图4的三个灯荷载440(以及对应的开关442和储能装置 411)相比，存在多得多(例如，8、17、21)的灯荷载740(以及相应的开关742和储能装置711)。作为图7的框图770中所示该配置的结果，示例性实施方案可在宽得多的输入电压范围内操作，正如输入电压由电源702 所供。虽然灯荷载740的总正向电压接近最大线路电压，但可在任何时间使用示例性实施方案照亮灯荷载740的光源。
具体地，控制器704可通过旁通灯荷载740的正向电压，实时主动 (动态)添加和/或移除灯荷载740。通过允许实时配置开关742(以及相应的灯荷载740)，控制器704可发展出一种或多种算法，以保持光输出的基本上不变，同时提高效率并延长灯具的各种部件(例如，开关742、灯荷载 740)的使用寿命。例如，控制器704可通过防止使用已出现故障或即将出现故障的一个或多个灯荷载740(例如，短路或开路光源、受损储能装置 711)来增强灯具的可靠性。
除了如下所述的之外，图8中灯具870与图7的灯具770基本上相同。例如，在图8的框图870中，在控制器804中结合高电压FET 868，但在其他情况下，高压FET 868(或其他类型的开关868)可为耦合到控制器 804的独立部件。在这种情况下，将FET 868与灯荷载840中的一个或多个灯荷载(例如，灯荷载840-1、灯荷载840N)以及相应本地开关842(例如，开关842-1、开关842N)和储能装置811(例如，储能装置811-1、储能装置811-N)并联放置。这样，如果FET 868打开(或者，如果开关842 闭合)，旁通与FET 868(或开关842)并联的一个或多个灯荷载840。作为另外一种选择，如果FET 868关闭(或者，作为另外一种选择，如果开关842是打开的)，电流流过与FET 868(或开关842)并联的一个或多个灯荷载840。在某些示例性实施方案中，FET 868可替换与FET868并联连接的灯荷载840相关联的一个或多个本地开关842。通过电源802向灯荷载 840提供电压/电流，且开关842由示例性控制器804动态操作。
图9示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电流和电压的曲线图988。参见图1至图9，曲线图988示出了随时间995的线电压961，电流989，FET(例如，FET 868)的漏极电压988和流过16个不同灯荷载的电流984。使用示例性实施方案，FET的漏极电压988比图6所示FET 的漏极电压688更不稳定，导致由FET产生的热量较少。此外，由于线路电压961和电流989不像使用当前已知电路那样彼此很接近，功率因数较低，但仍然在可接受数值范围内(例如，PF为至少0.9)。
图10至图12各自示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电压的曲线图。具体地讲，图10示出了电压1069随时间1095的曲线图 1098。图11示出了电压1169随时间1195的曲线图1198。图12示出了电压1269随时间1295的曲线图1298。参见图1至图12，图10的曲线图 1098示出了FET(例如，FET868)或其他开关的线路电压1061和漏极电压1088。在这种情况下，有8个线路负载(因此也有8个开关)，并且此布置可以在120VAC和177VAC之间操作。
图11的曲线图1198示出了FET(例如，FET868)或其他开关的线路电压1161和漏极电压1188。在这种情况下，有17个线路负载(因此也有17 个开关)，并且此布置可在240VAC和350VAC之间操作。图12的曲线图 1298示出了FET(例如，FET868)或其他开关的线路电压1261和漏极电压1288。在这种情况下，有21个线路负载(因此也有21个开关)，并且此布置可在277VAC和440VAC之间操作。
图13和图14示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的光源的分布图。具体地讲，图13示出了覆盖一个完整循环的时间1395的分布图 1399，并且图14示出了覆盖一个半循环的时间1495的分布图1499。参见图1至图14，除了如下所述之外，分布图1399和分布图1499与图5的分布图599基本上相同。在这两种情况下(分布图1399和分布图1499)，存在16个灯荷载(与图5的分布图599中的仅3个相对)。
在图13的分配曲线图1399中，控制器在第一个开第一个关的基础上控制各种开关(且因此激活和停用各种灯荷载)。此外，在一个半周期中使用半个灯荷载1340(在这种情况下，灯荷载1340-1至灯荷载1340-8)，且在另一个半周期中使用其他灯荷载1340(在这种情况下，灯荷载1340-9 至灯荷载1340-16)。如上所述，当闭合特定开关时，功率流经开关至相应的灯荷载，且相应储能装置正在充电1396。相反地，当特定开关打开时，相应储能装置1397放电，以向对应的灯荷载供电。例如，当灯具以 120VAC运行时，可使用该配置。
在图14的分配曲线图1499中，控制器再次在第一个开第一个关的基础上控制各种开关(且因此激活和停用各种灯荷载)。然而，相比之下，每个半周期中使用所有16个灯荷载1440。如上所述，当闭合特定开关时，功率流经开关至相应的灯荷载，且相应储能装置正在充电1496。相反地，当特定开关打开时，相应的储能装置正在放电1497，以向对应的灯荷载供电。例如，当灯具以277VAC运行时，可使用该配置。同样，图13和图14 的实施方案示出了在具有示例性实施方案的情况下，如何在较宽标称电压范围使用相同的照明系统。
图15示出了根据一个或多个示例性实施方案的另一个灯具的框图 1570。参见图1至图15，除了如下所述的之外，图15的框图1570与图7 的灯具770基本相同。例如，流经各种灯荷载1540的电流，可通过管理 (使用开关1542)基于电源1502提供的线路电压在电路中的灯荷载1540 (例如，灯荷载1540-1、灯荷载1540N)来进行调节。通过这种方式，不需要FET(诸如以上图8中的FET868)，且因此将FET从电路移除。
通过这种方式，如果已知灯荷载1540的正向电压，且已知传输功能 (换句话说，如果已知因将正向电压施加到灯荷载1540所产生的电流量)，在不同时间可以通过示例性控制器1504开关各种灯荷载1540，以通过其获得可预测电流。虽然这将通过促使不平稳电流波形降低功率因数，但由于各种开关1542(例如，开关1542-1、开关1542N)之间的电压较低，可能会产生明显较少的热量。
图16示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的工艺流程图 1665。参见图1至图16，交互式控制器1604接收多个输入中的一个或多个 (通过一个或多个信号传输链路1613)，并生成多个输出中的一个或多个输出(通过一个或多个其他信号传输链路1613)。本文中一般可称为环境条件的输入，可来自多个来源中的任一个来源。例如，如图16所示，输入可来自多个传感器1660。具体地，传感器1660-1可测量流经一个或多个灯荷载的电流，传感器1660-2可测量线路电压，传感器1660-3可测量开关中的一个或多个开关的温度，且传感器1660-4可测量一个或多个灯荷载的一个或多个光源的温度。图16的传感器1660与下文中参考图24A详细描述的传感器2460基本上相似，且信号传输链路1613与下文中参考图24A详细描述的信号传输链路2413基本上相似。
为了生成输出，控制器1604可使用一些或全部输入，以及其他信息 (例如，算法、历史数据、用户偏好)。可将输出传输至多个部件中的任一个部件。例如，如图16所示，可将输出传输至开关1642。具体来说，在该示例中，存在20个灯荷载，因此，存在控制与每个灯荷载相关的开关 1642的控制器1604的20个输出(例如，开关1642-1、开关1642-20)。此外，在该示例中，将控制器1604的输出传输至FET 1668(与以上图8中 FET868相似)，以开关FET1668。参考图24A和图24B更详细地描述了示例性控制器1604。
图17和图18示出了根据一个或多个示例性实施方案，由灯具执行的方法流程图。虽然按顺序呈现和描述了流程图中各种步骤，但本领域普通技术人员将会知道，可以不同顺序、组合或省略形式执行这些步骤中的一些或全部步骤，且可根据示例性实施方案并列执行步骤中的一些或全部步骤。此外，在示例性实施方案中的一个或多个示例性实施方案，可以省略、重复和/或以不同顺序执行下述步骤中的一个或多个步骤。因此，不应将步骤的具体设置理解为限制范围。此外，可使用例如下文图25中所述特定计算设备，执行某些示例性实施方案中下文所述方法的步骤中的一个或多个步骤。
参见图1至图17，图17的流程图1751与图8所示的电路对应。图17 的示例性方法，从START步骤处开始，并前进到测量线路电压的步骤S17- 1和测量流经一个或多个灯荷载840电流的步骤S17-2。可通过一个或多个传感器，诸如下文图24A的传感器2460测量电压和电流(以及在一些情况下的其他环境条件)。在步骤S17-3中，控制器804使用电流和电压测量值计算电源802的负载阻抗。在步骤S17-4中，确定电源802的负载阻抗是否过高(相对于一些阈值)。该确定由控制器804进行。如果负载阻抗过高，流程前进到步骤S17-5，在该步骤中，控制器804通过操作开关842中的一个或多个开关来増加FET(例如，FET868)的栅电压。如果负载阻抗没有过高(相对于一些阈值)，流程前进至步骤S17-6，在该步骤中，控制器804可通过操作(或不操作)一个或多个开关842来保持或减小FET的栅极电压。步骤S17-5和步骤S17-6完成后，流程前进至END步骤。
在图18的流程图1852中，对应于图15所示电路。图17的示例性方法，从START步骤处开始，并前进到测量线路电压的步骤S18-1和测量流经一个或多个灯荷载1540电流的步骤S18-2。可通过一个或多个传感器，诸如下文图24A中的传感器2460测量电压和电流(以及在一些情况下的其他环境条件)。在步骤S18-3中，控制器1504使用电流和电压测量值计算电源1502的负载阻抗。由于在该电路中不存在FET(例如，FET 868)，可在步骤S18-4中应用滞后，以减慢控制回路，使得控制器1504不会过快地开关灯荷载1504。
在步骤S18-5中，确定电源1502的负载阻抗是否过高(相对于一些阈值)。该确定由控制器1504进行。如果负载阻抗过高(相对于一些阈值)，流程前进到步骤S18-6，在该步骤中，控制器1504可添加一个或多个特定(例如，第一个进入)灯荷载1540。如果负载阻抗没有过高(相对于一些阈值)，流程前进至步骤S18-7，在该步骤中，控制器1504可移走一个或多个特定灯荷载1540。在步骤S18-6和步骤S18-7完成后，流程前进至END步骤。
图19示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具随时间1995的电流1989和电压1961的曲线图1998。参见图1至图19，流经灯荷载的电流 1989不是正弦，因此功率因数(在这种情况下，大约0.75)低于当前技术中实现的功率因数。如上所述，某些适用灯具标准中所要求的最小功率因数为0.9。使用示例性实施方案可容易地获得。
例如，图20示出了根据一个或多个示例性实施方案的灯具的电流 2089的曲线图2098。当电流2089-1接近正弦时，如在当前技术中一样，功率因数接近1.0。通过对比，当电流2089-2为过程步骤形状时，如图20所示，功率因数为大约0.995，这仍然大大超过0.9的最低要求。
图21至图23示出了根据一个或多个示例性实施方案，由灯具执行的方法的流程图。虽然按顺序呈现和描述了流程图中各种步骤，但本领域普通技术人员将会知道，可以不同顺序、组合或省略形式执行这些步骤中的一些或全部步骤，且可根据示例性实施方案并列执行步骤中的一些或全部步骤。此外，在示例性实施方案中的一个或多个示例性实施方案中，可以省略，重复和/或以不同顺序执行下述步骤中的一个或多个步骤。因此，不应将步骤的具体设置理解为限制范围。此外，可使用例如下文图25中所述特定计算设备，执行某些示例性实施方案中下文所述方法的步骤中的一个或多个步骤。
参见图1至图23，图21的流程图2153示出了使用某些示例性实施方案来确定特定灯荷载是否短路的需遵守流程。图21的示例性方法，从 START步骤处开始，并前进到测量线路电压的步骤S21-1和测量流经一个或多个灯荷载(例如，灯荷载1540)电流的步骤S21-2。可通过一个或多个传感器，诸如下文图24A中的传感器2460测量电压和电流(以及在一些情况下的其他环境条件)。在步骤S21-3中，控制器(例如，控制器 1504)使用电流和电压测量值计算电源(例如，电源1502)的负载阻抗。
在步骤S21-4中，对灯荷载的预期阻抗进行比较。在某些示例性实施方案中，控制器(例如，控制器1504)检索预期阻抗值并执行比较。在步骤S21-5中，需进行确定阻抗是否过低的决定。该确定由示例性控制器进行。如果负载阻抗过低(相对于一些阈值)，流程前进至步骤S21-6。如果负载阻抗不过低(相对于一些阈值)，流程前进至END步骤。
在步骤S21-6中，需进行确定是否有单个灯荷载涉及使得阻抗过低的决定。该决定由示例性控制器进行。如果单个灯荷载涉及，流程前进至步骤S21-7，在该步骤中，控制器可识别短路灯荷载，并避免使用该灯荷载。控制器还可以通知用户需要修理或更换的灯荷载。在步骤S21-7完成之后，流程前进至END步骤。如果单个灯荷载不涉及，流程前进至END步骤。
图22的流程图2254示出了使用某些示例性实施方案来确定特定灯荷载是否为开路的一部分的需遵守流程。图22的示例性方法，从START步骤处开始，并前进到测量线路电压的步骤S22-1和测量流经一个或多个灯荷载(例如，灯荷载1540)电流的步骤S22-2。可通过一个或多个传感器，诸如下文图24A中的传感器2460测量电压和电流(以及在一些情况下的其他环境条件)。在步骤S22-3中，控制器(例如：控制器1504)使用这些电流和电压测量值计算电源(例如，电源1502)的负载阻抗。
在步骤S22-4中，对灯荷载的预期阻抗进行比较。在某些示例性实施方案中，控制器检索预期阻抗值并执行比较。在步骤S22-5中，需进行确定阻抗是否过高的决定。该决定由示例性控制器进行。如果负载阻抗过高 (相对于一些阈值)，流程前进至步骤S22-6。如果负载阻抗不过高(相对于一些阈值)，流程前进至END步骤。
在步骤S22-6中，需进行确定是否有单个灯荷载涉及使得阻抗过高的决定。该决定由示例性控制器进行。如果单个灯荷载涉及，流程前进至步骤S22-7，在该步骤中，控制器可识别开路灯荷载，并避免使用该灯荷载。控制器还可以通知用户需要修理或更换的灯荷载。在步骤S22-7完成之后，流程前进至END步骤。如果单个灯荷载不涉及，流程前进至END步骤。
图23的流程图2356示出了使用某些示例性实施方案，以热力学方式管理线路部件的需遵守流程。图23的示例性方法，从START步骤处开始，并前进到测量一个或多个灯荷载(例如，灯荷载1540)温度的步骤 S23-1，和测量一个或多个开关(例如，开关1542)温度的步骤S23-2。此外，或作为另外一种选择，可测量FET(诸如，作为以上图8中控制器804 一部分的FET)的温度。可采用一个或多个传感器(诸如，以下图24A中的传感器2460)测量温度(以及在一些情况下的其他环境条件)。
在步骤S23-3中，确定部件的热余量。可由控制器(例如，控制器 1504)确定热余量。在步骤S23-4中，可确定FET、开关和/或灯荷载的温度是否过高(相对于一些阈值)。该确定可由控制器进行。在该示例中，如果FET的温度过高，流程前进至步骤S23-5，在该步骤中，控制器可从操作中移除FET(例如，从图8的框图870至图15的框图1570的变化)。如果FET的温度没有过高，流程前进至步骤S23-6。
在步骤中S23-6，需进行确定灯荷载的温度是否过高的决定。该确定可由控制器进行。如果灯荷载温度过高，流程前进至控制器可改变为标准调节模式的步骤S23-7，和/或控制器可操纵一个或多个开关以跳过有升高温度的灯荷载的一个或多个循环的步骤S23-8。在步骤S23-7和/或步骤S23-8 完成之后，流程前进至END步骤。在某些示例性实施方案中，控制器还可以通知用户可能需要修理或更换的特定开关和/或灯荷载。如果灯荷载的温度没有过高，流程前进至END步骤。
图24A和图24B示出了根据某些示例性实施方案的照明系统2400的系统图，该照明系统包括灯具2409的主动控制。具体来说，图24A示出了照明系统2400，且图24B示出了控制器2404的详细系统图。参见图1-图 24B，照明系统2400可包括一个或多个部件。例如，如图24A和图24B所示，照明系统2400可包括一个或多个传感器2460(有时也称为传感器模块2460)、用户2450、网络管理器2480和至少一个灯具2409。除控制器 2404和传感器2460外，灯具2409还可包括电源2402、一个或多个开关 2442和一个或多个灯荷载2440。电源2402与上述电源基本上相似。电源 2402可包括任何数量部件中的一个或多个部件，包括但不限于变压器、整流器、熔断器、逆变器和转换器。
如图24B所示，控制器2404可包括多个部件中的一个或多个部件。此类部件可包括但不限于控制引擎2406、通信模块2408、时钟2410、电能计量模块2439、电源模块2412、存储库2430、硬件处理器2420、存储器 2422、收发器2424、应用接口2426，和可选地，安全模块2428。图24A 和图24B中所示的部件不是穷举性的，并且在一些实施方案中，图24A和图24B中所示的部件中的一个或多个部件可以不包括在示例性灯具中。此外，可重新布置图24A和图24B所示的一个或多个部件。例如，开关2442 中一个或多个开关可为图24B的控制器2404的一部分。示例性灯具2409 的任何部件可与灯具2409的一个或多个其他部件分立或组合。
在一些示例性实施方案中，灯具2409实际上是包括多个灯具的照明系统。在此类情况下，每个灯荷载2440可为照明系统中的单独灯具的一部分。此外，图24A和图24B所示和所述的部件中的一个或多个部件，对于照明系统中的灯具中的一个(或非全部)灯具是独特的，或由照明系统中多个灯具共享。
用户2450可以是与使用示例性实施方案的灯具或其他装置进行交互的任何人。用户2450示例可包括但不限于工程师、电工、仪表与控制技术员、机械师、操作员、顾问、库存管理系统、库存经理、工长、人力安排系统、承包商以及制造商代表。用户2450可使用用户系统(未示出)，该用户系统可包括显示器(例如，GUI)。用户2450经由应用接口2426(下文所述)与灯具2409的控制器2404进行交互(例如，向控制器发送数据、从控制器接收数据)。用户2450还可与传感器2460中的一个或多个传感器和/或网络管理器2480进行交互。用户2450与灯具2409，网络管理器2480和传感器2460之间的交互，使用信号传输链路2413和/或功率传输链路2485实施。
每个信号传输链路2413和每个功率传输链路2485可包括有线(例如，1类电缆、2类电缆、电连接器、电导体、线路板上的电气轨迹、电力线载波、DALI、RS485)和/或无线(例如，Wi-Fi、可见光通信、蜂窝网络、蓝牙、WirelessHART、ISA100、感应电力传输)技术。例如，信号链路2413可为(或包括)耦接到灯具2409的外壳2403并耦接到传感器2460 的一个或多个电导体。信号链路2413可在灯具2409与用户2450、网络管理器2480、和/或传感器中的一个或多个传感器2460之间传输信号(例如，通信信号、控制信号、数据)。类似地，功率传输链路2485可在灯具 2409与用户2450，网络管理器2480和/或传感器中的一个或多个传感器2460之间传输电力。一个或多个信号传输链路2413和/或一个或多个功率传输链路2485还可分别在灯具2409的外壳2403内的部件(例如，控制器 2442、传感器2403、开关2442)之间传输信号和功率。
网络管理器2480是可与灯具2409通信的装置或部件。例如，网络管理器2480可向灯具2409的控制器2404发送有关何时应动态地操作某些开关2442(改变状态)的指令。又如，网络管理器2480可从灯具2409接收与每个电源2402的操作相关联的数据(例如，运行时间、电流)，以确定何时应当在灯具2409或其部分上执行维护。
所述一个或多个传感器2460可为测量一个或多个参数(也称为环境条件)的任何类型的感测装置。传感器2460类型的示例可包括但不限于：电阻器、霍尔效应电流传感器、热敏电阻器、振动传感器、加速度计、无源红外传感器、光电池和电阻温度检测器。可由传感器2460测量的参数可包括但不限于电流、电压、功率、电阻、振动、位置和温度。在一些情况下，可使用由传感器2460测量的一个或多个参数动态地操作灯具2409的一个或多个灯荷载2440。每个传感器2460可使用多个通信协议中的一个或多个通信协议。传感器2460可与系统2400中的灯具2409或另一个灯具相关联。传感器2460可位于灯具2409的外壳2403内(如图24A所示)，设置在灯具2409的外壳2403上，或位于灯具2409的外壳2403之外。
根据一个或多个示例性实施方案，用户2450、网络管理器2480、和/ 或传感器2460可使用应用接口2426与灯具2409的控制器2404进行交互。具体地，控制器2404的应用接口2426从用户2450、网络管理器2480和/ 或每个传感器2460接收数据(例如，信息、通信、指令、固件更新)并向用户2450、网络管理器2480、和/或每个传感器2460发送数据(例如，信息、通信、指令)。在某些示例性实施方案中，用户2450、网络管理器 2480、和/或每个传感器2460可以包括从控制器2404接收数据和向该控制器2404发送数据的接口。此类接口的示例可以包括但不限于：图形用户界面、触摸屏、应用程序编程界面、键盘、监测器、鼠标、web服务、数据协议适配器、一些其他硬件和/或或软件，或它们的任何合适的组合。
在某些示例性实施方案中，控制器2404、用户2450、网络管理器 2480、和/或传感器2460可以使用它们自己的系统或共享系统。此类系统可以是或包含基于互联网或基于内联网的计算机系统的形式，其能够与各种软件通信。计算机系统包括任何类型的计算装置和/或通信装置，包括但不限于控制器2404。此类系统的示例可以包括但不限于：具有局域网 (LAN)、广域网(WAN)、互联网或内联网接入的台式计算机，具有LAN、 WAN、互联网或内联网接入的膝上型计算机，智能电话、服务器、服务器群、Android装置(或等效装置)、平板电脑、智能电话和PDA。此类系统可对应于如下参照图25所述的计算机系统。
此外，如上所述，此类系统可具有对应的软件(例如，用户软件、传感器软件、控制器软件、网络管理器软件)。根据一些示例性实施方案，该软件可以在相同或单独的装置(例如，服务器、大型机、台式个人计算机(PC)、膝上型电脑、PDA、电视机、有线电视盒、卫星电视盒、信息亭、电话、移动电话或其他计算装置)上执行，并且可以通过通信网络 (例如，互联网、内联网、外联网、LAN、WAN或其他网络通信方法)和 /或通信信道与有线和/或无线区段耦接。一个系统的软件可以是系统2400 内的另一个系统的软件的一部分，或单独运行但与该另一系统的软件结合。
灯具2409可包括外壳2403。外壳2403可包括形成腔2407的至少一个壁。在一些情况下，外壳可被设计为符合任何适用的标准，使得灯具2409 可位于特定环境(例如，危险环境)中。例如，如果灯具2409位于爆炸性环境中，则外壳2403可为防爆型。根据适用的行业标准，防爆外罩是被构造为包含从外罩内部发生或可以通过外罩传播的爆炸的外罩。
灯具2409的外壳2403可用于容纳灯具2409的一个或多个部件，包括控制器2404的一个或多个部件。例如，如图24A和图24B所示，控制器 2404(在当前情况下包括控制引擎2406、通信模块2408、定时器2410、电能计量模块2439、电源模块2412、存储库2430、硬件处理器2420、存储器2422、收发器2424、应用接口2426和可选的安全模块2428)、电源 2402和灯荷载2440设置在由外壳2403形成的腔2407中。在另选的实施方案中，灯具2409的这些或其他部件中的任何一个或多个部件可以设置在外壳2403上和/或远离外壳2403。
存储库2430可以是存储用于帮助控制器2404与系统2400内的用户 2450、网络管理器2480、和一个或多个传感器2460通信的软件和数据的持久存储装置(或装置组)。在一个或多个示例性实施方案中，存储库2430 存储一个或多个通信协议2432、算法2433和存储的数据2434。协议可为任何程序(例如，一系列方法步骤，诸如上文结合图17，图18和图21至图23所示和所述的步骤)和/或控制器2404的控制引擎2406基于某个时间点的某些条件需遵守的其他类似操作程序。通信协议2432可包括用于在控制器2404和用户2450、网络管理器2480、一个或多个传感器2460之间发送和/或接收数据的多种通信协议中的任何协议。
协议2432可用于有线和/或无线通信。协议2432的示例可包括但不限于调制总线、现场总线、以太网和光纤。通信协议2432中的一个或多个协议可以是时间同步协议。此类时间同步协议的示例可以包括但不限于高速可寻址远程换能器(HART)协议、无线HART协议和国际自动化协会(ISA) 100协议。这样，通信协议2432中的一个或多个协议可向在系统2400内传输的数据提供安全层。
算法2433可以是任何公式、逻辑步骤、数学模型和/或操纵和/或处理数据的其他合适方法。一个或多个算法2433可用于特定协议2432。例如，协议2432可调用(使用能量测量模块2439)测量、存储(使用存储库 2430中的存储数据2434)，以及(使用算法2433)评估在特定时间点处传输至特定灯荷载2440的电流和电压。
如果传输至特定灯荷载2440的电流和/或电压不在可接受值范围内 (例如，超过阈值)，一个或多个开关2442可改变状态(由控制引擎2406 实施)，以改变暂时或永久旁通特定灯荷载2440，从而禁用灯荷载2440。作为另外一种选择，协议2432可用于引导控制引擎2406，以基于一些其他因素，包括但不限于流逝的时间，动态地操作开关2442中的一个或多个开关。又如，协议2432可用于指示控制引擎2406连续地(动态地)操作各种开关2442，以基于条件(例如，由能量测量模块2439测量并存储为存储数据2434的电流)相对于灯具2409，在不同时间点启用和禁用灯荷载 2440。
存储数据2434可以是与灯具2409(包括其他灯具和/或其任何部件) 相关联的任何数据、由传感器2460进行的任何测量、由电能计量模块2439 进行的测量、由定时器2410测量的时间、阈值、电源2402的电流额定值、先前运行或计算的算法的结果，和/或任何其他合适的数据。此类数据可以是任何类型的数据，包括但不限于：灯具2409的历史数据(包括其任何部件、诸如，电源2402和灯载荷2440)、其他灯具的历史数据、计算、由电能计量模块2439进行的测量，以及由一个或多个传感器2460进行的测量。存储的数据2434可以与例如从定时器2410推导的一些时间测量值相关联。
存储库2430的示例可以包括但不限于：数据库(或多个数据库)、文件系统、硬盘驱动器、闪存存储器、某种其他形式的固态数据存储，或它们的任何合适的组合。根据一些示例性实施方案，存储库2430可以位于多个物理机器上，每个物理机器存储协议2432、算法2433和/或存储的数据 2434中的全部或一部分。每个存储单元或装置可以物理地位于相同或不同的地理位置。
存储库2430可以操作地连接到控制引擎2406。在一个或多个示例性实施方案中，控制引擎2406包括与系统2400中的用户2450、网络管理器2480、和传感器2460通信的功能。更具体地，控制引擎2406向存储库 2430发送信息和/或从存储库130接收信息，以便与用户2450、网络管理器 2480和传感器2460通信。如下所述，在某些示例性实施方案中，存储库2430还可以操作地连接到通信模块2408。
在某些示例性实施方案中，控制器2404的控制引擎2406控制控制器 2404的一个或多个部件(例如，通信模块2408、定时器2410、收发器 2424)的操作。例如，当通信模块2408处于“睡眠”模式时以及当需要通信模块2408发送从系统2400中的另一个部件(例如，开关2442、传感器 2460、用户2450)接收的数据时，控制引擎2406可以激活通信模块 2408。
又如，控制引擎2406可使用时钟2410获取当前时间。即使当控制器 2404不与网络管理器2480通信时，定时器2410也能使控制器2404控制灯具2409(包括其任何部件，诸如，电源2402和一个或多个开关2442)。再如，控制引擎2406可以指示电能计量模块2439测量灯荷载2440的功率消耗信息并将该信息发送到网络管理器2480。在一些情况下，控制器2404的控制引擎2406可控制每个开关2442的位置(例如，打开、关闭)，这允许或阻止电源2402向一个或多个特定灯荷载2440供电。
例如，控制引擎2406可执行存储在存储库2430中的协议2432和/或算法2433中的任一个，并使用这些协议2432和/或算法2433的结果来改变一个或多个开关2442的位置。作为具体示例，控制引擎2406可以通过测量 (使用电能计量模块2439)、存储(作为存储库2430中存储的数据 2434)，并且使用算法2433评估随时间推移由电源2402传输到每个灯载荷2440的电流和电压可遵守的协议2432。通过何种方式，可优化每个灯荷载2440的操作，以提高电源2402的可靠性。作为另一个具体示例，控制引擎2406可基于由能量测量模块2439实施的测量，确定特定灯荷载2440 是否发生故障。在此类情况下，控制引擎2406可改变一个或多个开关2442 的位置，以使另一个灯荷载2440从电源2402接收电力，从而旁通发生故障的灯荷载2440。
当灯具2409(或其部件)的操作参数(例如，操作小时总数、连续操作小时数、传送高于电流电平功率的工作小时数、输入功率质量、振动、操作环境温度，操作装置温度和清洁度(例如，空气质量、夹具清洁度))超过阈值时，控制引擎2406可生成警报，从而指示灯具2409(或其部件)当前或将来可能存在的故障。控制引擎2406可进一步测量(使用一个或多个传感器2460)并分析灯具2409随时间推移所经受浪涌幅度和数量。使用一个或多个算法2433，控制引擎2406可基于所存储的数据 2434、协议2432、一个或多个阈值和/或一些其他因素来预测灯具2409(或其特定部件)的预期使用寿命。控制引擎2406还可(使用一个或多个传感器2460)测量并分析灯具2409(或其部件)随时间推移的效率。当灯具 2409(或其部件)的效率降低至阈值以下时，控制引擎2409可生成警报，从而指示灯具2409(或其部件，诸如，特定灯荷载2440)出现故障。
控制引擎2406可向用户2450、网络管理器2480、以及一个或多个传感器2460供电、控制、通信，和/或其他类似的信号。类似地，控制引擎 2406可从用户2450、网络管理器2480、以及传感器2460中的一个或多个传感器接收电力、控制、通信，和/或其他类似的信号。控制引擎2406可自动地控制每个传感器2460(例如，基于存储在控制引擎2406中的一个或多个算法)和/或基于通过信号传输链路2413和/或电力传输链路2485从另一装置接收的电力、控制、通信和/或其他类似信号来控制每个传感器160。控制引擎2406可包括印刷线路板，硬件处理器2420和/或控制器2404的一个或多个分立部件定位在该印刷线路板上。
在某些实施方案中，控制器2404的控制引擎2406可与系统2400外部系统的一个或多个部件通信，以进一步优化灯具2409(其部分)的性能。例如，控制引擎2406可通过订购灯具2409的部件(例如，灯荷载2440) 与库存管理系统交互，以替换控制引擎2406已确定失效或即将失效的灯具 2409的部件。又如，当控制引擎2406确定灯具2409(或其部件)需要维护或替换时，控制引擎2406可通过调度维修员修理或替换灯具2409(或其部件)来与人员调度系统进行交互。这样，控制器2404能够执行超出可合理地视为常规任务外的多种功能。
在某些示例性实施方案中，控制引擎2406可包括接口，该接口使得控制引擎2406能够与灯具2409的一个或多个部件(例如，电源2402、开关 2442)通信。例如，如果灯具2409的电源2402依照IEC标准62386运行，则电源2402可具有串行通信接口，该串行通信接口将传输由传感器 2460测量的数据(例如，存储的数据2434)。在此类情况下，控制引擎2406还可包括实现与灯具2409内的电源2402通信的串行接口。此类接口可以与用于在控制器2404和用户2450、网络管理器2480、和传感器2460 之间通信的协议2432结合地运行或独立地运行。
控制引擎2406(或控制器2404的其他部件)还可包括执行其功能的一个或多个硬件部件和/或软件元素。此类部件可包括但不限于：通用异步接收器/发射器(UART)、串行外围设备接口(SPI)、直接附接容量(DAC)存储装置、模数转换器、内部集成电路(IC)和脉宽调制器(PWM)。
控制器2404的通信模块2408确定并实现当控制引擎2406与用户 2450、网络管理器2480、和/或传感器2460中的一个或多个传感器通信 (例如，向其发送信号，从其接收信号)时使用的通信协议(例如，来自存储库2430的协议2432)。在一些情况下，通信模块2408访问存储的数据2434以确定哪个通信协议用于与和存储的数据2434相关联的传感器 2460通信。此外，通信模块2408可以解释由控制器2404接收的通信的通信协议，使得控制引擎2406可以解释该通信。
通信模块2408可以在网络管理器2480、传感器2460和/或用户2450 与控制器2404之间发送数据和接收数据。通信模块2408可以采用遵循特定协议2432的给定格式发送和/或接收数据。控制引擎2406可以使用存储在存储库2430中的协议2432信息来解释从通信模块2408接收的数据分组。控制引擎2406还可以通过将数据转换为通信模块2408所理解的格式，来促进一个或多个传感器2460与网络管理器2480或用户2450之间的数据传输。
通信模块2408可以直接向存储库2430发送数据(例如，协议2432、算法2433、存储的数据2434、操作信息、警报)和/或直接从该存储库 2430检索数据。另选地，控制引擎2406可以促进通信模块2408和存储库 2430之间的数据传输。通信模块2408还可以对由控制器2404发送的数据提供加密，并对由控制器2404接收的数据提供解密。通信模块2408还可以提供关于从控制器2404发送和由该控制器2404接收的数据的多个其他服务中的一个或多个服务。此类服务可以包括但不限于：数据分组路由信息和在数据中断的情况下要遵循的过程。
控制器2404的定时器2410可以跟踪定时器时间、时间间隔、时间量和/或任何其他时间测量。时钟2410还可以计算事件的发生次数，无论是否与时间有关。另选地，控制引擎2406可以执行计数功能。定时器2410能够同时跟踪多个时间测量。定时器2410可以基于从控制引擎2406接收的指令，基于从用户2450接收的指令，基于在用于控制器2404的软件中编程的指令，基于一些其他条件，或从某些其他部件，或从它们的任何组合来跟踪时间段。
定时器2410可以被构造为使用例如超级电容器或备用电池来跟踪何时没有电力输送到控制器2404(例如，电源模块2412发生故障)。在此类情况下，当恢复向控制器2404的电力输送时，定时器2410可以将时间的任何方面传送到控制器2404。在此类情况下，定时器2410可以包括执行这些功能的多个部件(例如，超级电容器、集成电路)中的一个或多个部件。
控制器2404的电能计量模块2439测量与灯具2409相关联的一个或多个点处(电源2402的每个灯荷载的输出)的一个或多个功率分量(例如，电流、电压、电阻、VAR、瓦特)。电能计量模块2439可以包括多个测量装置和相关装置中的任何一个，包括但不限于：电压表、电流表、功率计、欧姆表、电流变换器、电压变换器和电线。电能计量模块2439可以基于事件的发生，基于从控制模块2406接收的命令，和/或基于某个其他因素连续地、周期性地测量功率分量。能量计量模块2439可为一种类型的传感器2460。
控制器2404的电源模块2412向控制器2404的一个或多个其他部件 (例如，定时器2410、控制引擎2406)供电。在某些示例性实施方案中，电源模块2412从电源2402接收电力。作为另外一种选择，如同电源2412 包括独立电源一样，功率模块2412可向灯具2409的电源2402供电。电源模块2412可包括多个单个或多个分立部件(例如，晶体管、二极管、电阻器)中的一个或多个部件，和/或微处理器。电源模块2412可以包括印刷线路板，微处理器和/或一个或多个分立部件定位在该印刷线路板上。在一些情况下，电源模块2412可包括一个或多个部件，这些部件允许电源模块 2412测量向电源模块2412输送和/或从该电源模块发送的功率的一个或多个元素(例如，电压、电流)。作为另外一种选择，能量测量模块2439可测量此类功率元素。
电源模块2412可以包括(例如，通过电缆)从灯具2409外部的源接收功率，并生成可由控制器2404的其他部件和/或电源2402使用的类型(例如，交流电、直流电)和电平(例如，12V、24V、2420V)的功率的一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)。电源模块2412可以使用闭合控制回路来在输出处维持预配置的具有严格容差的电压或电流。电源模块2412还可以保护灯具2409中的其余电子器件(例如，硬件处理器2420、收发器2424)免受线路中产生的浪涌的影响。
除此之外或另选地，电源模块2412本身可以是电源，以向控制器 2404的其他部件和/或电源2402提供信号。例如，电源模块2412可以是电池。又如，电源模块2412可为局部光伏发电系统。电源模块2412还可以在电源模块2412的相关部件(例如，变压器、光耦合器、电流和电压限制装置)中具有足够的隔离，使得电源模块2412被认证为向本质上安全的电路供电。
在某些示例性实施方案中，控制器2404的电源模块2412还可以直接或间接地向传感器2460中的一个或多个传感器提供功率和/或控制信号。在此类情况下，控制引擎2406可以将电源模块2412产生的功率引导至传感器2460和/或灯具2409的电源2402。这样，通过当控制引擎2406确定传感器2460和/或灯具2409的电源2402需要电力时向这些装置发送功率，可以节省电力。
控制器2404的硬件处理器2420根据一个或多个示例性实施方案执行软件、算法和固件。具体地，硬件处理器2420可以执行控制引擎2406或控制器2404的任何其他部分上的软件，以及由用户2450、网络管理器 2480、和/或传感器2460中的一个或多个传感器使用的软件。在一个或多个示例性实施方案中，硬件处理器2420可以是集成电路、中央处理单元、多核处理芯片、SoC、包括多个多核处理芯片的多芯片模块，或其他硬件处理器。硬件处理器2420以其他名称为人所知，包括但不限于：计算机处理器、微处理器和多核处理器。
在一个或多个示例性实施方案中，硬件处理器2420执行存储在存储器 2422中的软件指令。存储器2422包括一个或多个高速缓存存储器、主存储器和/或任何其他合适类型的存储器。存储器2422可以包括易失性存储器和 /或非易失性存储器。根据一些示例性实施方案，存储器2422相对于硬件处理器2420离散地位于控制器2404内。在某些构造中，存储器2422可以与硬件处理器2420集成。
在某些示例性实施方案中，控制器2404不包括硬件处理器2420。在此类情况下，例如，控制器2404可以包括一个或多个现场可编程门阵列 (FPGA)、一个或多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)、和/或一个或多个集成电路 (IC)。使用FPGA、IGBT、IC和/或本领域已知的其他类似装置允许控制器 2404(或其部分)可编程并且根据某些逻辑规则和阈值工作而无需使用硬件处理器。另选地，FPGA、IGBT、IC和/或类似装置可以与一个或多个硬件处理器2420一起使用。
控制器2404的收发器2424可以发送和/或接收控制和/或通信信号。具体地，收发器2424可用于在控制器2404与用户2450、网络管理器2480、和/或传感器2460之间传输数据。收发器2424可使用有线技术和/或无线技术。收发器2424可以以这样的方式构造，使得由收发器2424发送和/或接收的控制和/或通信信号可以由作为用户2450、网络管理器2480和/或传感器2460的一部分的另一个收发器接收和/或发送。收发器2424可以使用多种信号类型中的任何一种类型，包括但不限于无线电信号。
当收发器2424使用无线技术时，收发器2424可以在发送信号和接收信号时使用任何类型的无线技术。此类无线技术可以包括但不限于：Wi- Fi、可见光通信、蜂窝网络和蓝牙。收发器2424可以在发送和/或接收信号时使用任何数量的合适的通信协议(例如，ISA100、HART)中的一个或多个。此类通信协议可以存储在存储库2430的通信协议2432中。此外，用于用户2450、网络管理器2480和/或传感器2460的任何收发器信息可以是存储库2430的存储的数据2434(或类似区域)的一部分。
可选地，在一个或多个示例性实施方案中，安全模块2428确保控制器 2404、用户2450、网络管理器2480和/或传感器2460之间的交互。更具体地，安全模块2428基于验证通信源的身份的安全密钥来验证来自软件的通信。例如，用户软件可以与安全密钥相关联，该安全密钥使得用户2450的软件能够与控制器2404和/或传感器2460交互。此外，在一些示例性实施方案中，安全模块2428可以限制信息的接收、信息请求和/或对信息的访问。
如上所述，除控制器2404及其部件之外，灯具2409还可包括传感器 2460，灯荷载2440，开关2442和电源2402。每个灯荷载2440可包括一个或多个光源的阵列。如果灯荷载2440具有多个光源，这些光源可相对于彼此串联和/或并联布置。另外，当灯具2409具有多个灯荷载2440时，多个灯荷载2440可相对于彼此串联和/或并联布置。
灯具2409的每个灯荷载2440是通常在灯具中找到的允许灯具2409运行的装置和/或部件。此类装置和/或灯荷载2440部件的示例，可以包括但不限于：光源、本地控制模块、光引擎、散热器、电导体或电缆、光源阵列、端子块、透镜、漫射器、反射器、空气移动装置、挡板、调光器和线路板。灯荷载2440可以包括任何类型的照明技术，包括但不限于LED、白炽灯、钠蒸气灯和荧光灯。
灯荷载2409的电源2402向灯荷载2440供电。电源2402可以被称作许多其他名称中的任何一个，包括但不限于驱动器、LED驱动器和镇流器。电源2402可以与控制器2404的电源模块2412基本上相同或不同。电源2402可包括多个单个或多个分立部件(例如，晶体管、二极管、电阻器)中的一个或多个，和/或微处理器。电源2402可以包括印刷线路板和/ 或调光器，微处理器和/或一个或多个分立部件定位在该印刷线路板上。
电源2402可以包括(例如，通过电缆)从控制器2404的电源模块 2412接收功率，并生成可由光源2440使用的类型(例如，交流电、直流电)和电平(例如，12V、24V、2420V)的功率的一个或多个部件(例如，变压器、二极管桥、逆变器、转换器)。除此之外或另选地，电源2402可以从灯具2409外部的源接收电力。除此之外或另选地，电源2402 本身可以是电源。例如，电源2402可以是电池、局部光伏发电系统，或一些其他独立的电源。
如图24A所示，开关2442确定哪些灯荷载2440在任何特定时间点处从电源2402接收电力。开关2442具有打开状态和关闭状态(位置)。在打开状态下，开关2442产生开路，其防止电源2402向相关联的下游灯荷载2440中的一个或多个灯荷载输送电力。在关闭状态下，开关2442产生闭路，其允许电源2402向相关联的下游灯荷载2440中的一个或多个灯荷载输送电力。在某些示例性实施方案中，每个开关2442的位置由控制器 2404的控制引擎2406控制。
每个开关2442可以是基于某些条件而改变状态或位置(例如，打开、关闭)的任何装置类型。开关2442的示例可以包括但不限于晶体管(例如，场效应晶体管(FET))、偶极开关、继电器触点、电阻器和NOR 门。在某些示例性实施方案中，每个开关2442可基于来自控制器2404的输入来操作(例如，从闭合位置改变到打开位置，从打开位置改变到关闭位置)。
如上所述，灯具2409可以放置在多种环境中的任何一种环境中。在此类情况下，可以将灯具2409的外壳2403构造成符合用于多种环境中任何一种环境的适用标准。例如，灯具2409可以按照NEC标准被评定为1区外罩或2区外罩。类似地，可通信地联接到灯具2409的任何传感器2460 或其他装置可被构造成符合用于多种环境中的任何一种环境的适用标准。例如，传感器2460可以依照NEC标准被评定为1区外罩或2区外罩。
图25示出了计算装置2518的一个实施方案，该计算装置实现本文描述的各种技术中的一种或多种技术，并且其全部或部分地表示本文描述的根据某些示例性实施方案所述的元件。计算装置2518是计算装置的一个示例，并且不旨在对计算装置的使用范围或功能和/或其可能的架构提出任何限制。计算装置2518也不应被解释为对示例性计算装置2518中示出的任一部件或部件组合有任何依赖性或要求。
计算装置2518包括一个或多个处理器或处理单元2514、一个或多个存储器/存储部件2519、一个或多个输入/输出(I/O)装置2516，以及允许各种部件和装置彼此通信的总线2517。总线2517表示若干类型的总线结构中的任一个中的一个或多个，包括：存储器总线或存储器控制器、外围设备总线、加速图形端口，以及使用各种总线架构中的任一个总线架构的处理器或本地总线。总线2517包括有线总线和/或无线总线。
存储器/存储部件2519表示一个或多个计算机存储介质。存储器/存储部件2519包括易失性介质(诸如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性介质(诸如只读存储器(ROM)、闪存存储器、光盘、磁盘等)。存储器/存储部件2519包括固定介质(例如，RAM、ROM、固定硬盘驱动器等)以及可移除介质(例如，闪存存储器驱动器、可移除硬盘驱动器、光盘等)。
一个或多个I/O装置2516允许客户、公用事业或其他用户向计算装置 2518输入命令和信息，并且还允许将信息呈现给客户、公用事业或其他用户和/或其他部件或装置。输入装置的示例包括但不限于键盘、光标控制装置(例如，鼠标)、麦克风、触摸屏和扫描仪。输出装置的示例包括但不限于显示装置(例如，监测器或投影仪)、扬声器、到照明网络(例如，DMX卡)的输出、打印机和网卡。
本文在软件或程序模块的一般性语境中描述了各种技术。通常，软件包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。这些模块和技术的实现存储在某种形式的计算机可读介质上或在这些介质之间传输。计算机可读介质是可由计算装置访问的任何可用的一个非暂态介质或多个非暂态介质。以举例的方式而非限制，计算机可读介质包括“计算机存储介质”。
“计算机存储介质”和“计算机可读介质”包括在用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术中实现的易失性介质和非易失性介质、可移除介质和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于：计算机可记录介质，诸如：RAM、ROM、 EEPROM、闪存存储器或其他存储器技术、CD-ROM、数字通用光盘(DVD) 或其他光学存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储装置，或用于存储所需信息以及可由计算机访问的任何其他介质。
根据一些示例性实施方案，计算机装置2518经由网络接口连接(未示出)连接到网络(未示出)(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)诸如互联网、云或任何其他类似类型的网络)。本领域的技术人员将理解，存在许多不同类型的计算机系统(例如，台式计算机、膝上型计算机、个人媒体装置、移动装置诸如蜂窝电话或个人数字助理，或能够执行计算机可读指令的任何其他计算系统)，并且前述输入和输出装置在其他示例性实施方案中采取现在已知或以后开发的其他形式。一般来讲，计算机系统2518至少包括实践一个或多个实施方案所必需的最小处理、输入和/或输出装置。
此外，本领域的技术人员将理解，在某些示例性实施方案中，前述计算机装置2518的一个或多个元件位于远程位置并且通过网络连接到其他元件。此外，一个或多个实施方案在具有一个或多个节点的分布式系统上实现，其中实现的每个部分(例如，控制引擎2406)位于分布式系统内的不同节点上。在一个或多个实施方案中，节点对应于计算机系统。另选地，在一些示例性实施方案中，节点对应于具有相关物理存储器的处理器。在一些示例性实施方案中，节点另选地对应于具有共享存储器和/或资源的处理器。
包括本文所述示例性实施方案的装置(例如，灯具)，可包括为发光二极管的至少一个光源。通过一些示例性实施方案，包括示例性实施方案的装置可接收标称功率介于120VAC和480VAC之间的输入功率。通过一些示例性实施方案，包括示例性实施方案的装置可具有为场效应晶体管的至少一个开关。通过一些示例性实施方案，包括示例性实施方案的装置可以是灯具。通过一些示例性实施方案，包括示例性实施方案的装置可包括灯荷载，其中灯荷载的功率因数为至少0.9。
本文所述的示例性实施方案可提供使用光源的灯具和其他装置的改进可靠性和性能。示例性实施方案可降低某些部件的操作温度，从而延长其使用寿命。示例性实施方案可测量和追踪与多个部件相关联的数据，从而识别部件失效的时间。示例性实施方案还可以识别部件发生故障的时间。在任一种情况下，示例性实施方案可避免使用失效的部件或限制失效部件的使用，以提高灯具或其他装置的可靠性。通过使用较低功率因数，示例性实施方案可实现这些效率，且不会导致光输出明显降低。
虽然本文所述的实施方案参考示例性实施方案进行，但是本领域的技术人员应当理解，各种修改完全在本公开的范围和实质内。本领域的技术人员将会理解，本文所述的示例性实施方案不限于任何具体讨论的应用，并且本文所述的实施方案为例示性的而非限制性的。根据示例性实施方案的描述，其中所示元件的等效物对本领域的技术人员来说不言自明，并且使用本公开构建其他实施方案的方式对本领域的从业人员来说不言自明。因此，示例性实施方案的范围不限于此。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
多个灯荷载，其中所述多个灯荷载中的每个灯荷载包括至少一个光源；
多个开关，所述多个开关联接到所述多个灯荷载；和
控制器，所述控制器联接到所述多个开关，其中所述控制器被配置为执行算法，所述算法包括在循环内多次主动操作所述多个开关，以控制向所述多个灯荷载传输电力，其中，所述循环为正弦AC电压波形，
其中所述多个开关的主动操作由所述控制器采用动态调度方式实施，其中所述动态调度基于多个环境条件，其中所述控制器在主动操作所述多个开关时使用所述多个灯荷载的至少一个的正向电压旁通灯荷载以操作所述多个灯荷载的至少一个，其中，所述多个开关的前半部分在所述循环的前半部分操作，以及所述多个开关的后半部分在所述循环的后半部分操作，以及其中，所述控制器在第一个开第一个关的基础上控制所述多个开关。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
至少一个附加开关，所述至少一个附加开关联接到所述控制器并且与所述多个灯荷载中的至少一个灯荷载并联设置，其中所述控制器操作所述至少一个附加开关以进一步控制向所述多个灯荷载中的所述至少一个灯荷载传输所述电力。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括：
至少一个储能装置，所述至少一个储能装置联接到所述多个灯荷载中的至少一个灯荷载，其中当所述多个开关阻止所述电力传输至所述至少一个灯荷载时所述至少一个储能装置向所述至少一个灯荷载提供储备电力。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括：
至少一个传感器，所述至少一个传感器联接到所述控制器，其中所述至少一个传感器测量所述多个环境条件，其中至少一个参数对应于所述多个环境条件，其中所述控制器至少部分基于由所述至少一个传感器做出的测量主动操作所述多个开关。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述多个环境条件包括选自由电流和电压组成的组中的至少一者，其中所述控制器确定所述多个灯荷载中的灯荷载是否故障，其中所述控制器隔离已有故障的所述灯荷载。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述多个环境条件包括选自由电流和电压组成的组中的至少一者，其中所述控制器确定所述多个灯荷载中的灯荷载是否开始出现故障，其中所述控制器减少开始出现故障的所述灯荷载的利用。
7.根据权利要求4所述的装置，其中所述多个环境条件包括选自由电流和电压组成的组中的至少一者，其中所述控制器识别所述多个灯荷载中的至少一个灯荷载中的短路，其中所述控制器与所述短路隔离至少一个灯荷载。
8.根据权利要求4所述的装置，其中所述多个环境条件包括选自由电流和电压组成的组中的至少一者，其中所述控制器识别所述多个灯荷载中的至少一个灯荷载中的开路，其中所述控制器与所述开路隔离至少一个灯荷载。
9.根据权利要求4所述的装置，其中所述多个环境条件包括温度，其中所述控制器确定所述多个灯荷载中的灯荷载是否具有超过第一阈值的温度，其中所述控制器减少对所述灯荷载的利用。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述控制器确定所述多个灯荷载中的灯荷载是否具有超过第二阈值的温度，其中所述第二阈值大于所述第一阈值，其中所述控制器隔离所述灯荷载。
11.一种用于动态调节照明系统功率的方法，所述方法包括：
接收由多个传感器测量的多个环境条件；
基于所述多个环境条件，在循环内第一时间操作多个开关中的至少一个第一开关，其中操作所述至少一个第一开关允许第一电流流过灯荷载的第一子集，并防止所述第一电流流过灯荷载的第一剩余部分，其中所述灯荷载的第一剩余部分从储能装置的第一剩余部分接收电力；以及
基于所述多个环境条件，在所述循环内的第二时间操作所述多个开关中的至少一个第二开关，其中操作所述至少一个第二开关允许第二电流流过灯荷载的第二子集，并防止所述第二电流流过灯荷载的第二剩余部分，其中所述灯荷载的第二剩余部分从储能装置的第二剩余部分接收电力，其中，所述多个开关的前半部分在所述循环的前半部分操作，以及所述多个开关的后半部分在所述循环的后半部分操作，其中所述循环为正弦AC电压波形，以及其中，控制器在第一个开第一个关的基础上控制所述多个开关。
12.根据权利要求11所述的方法，其中进一步基于由所述多个传感器测量的额外多个环境条件，在所述循环内的所述第二时间操作所述至少一个第二开关。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电流进一步流过储能装置的第一子集，以对储能装置的所述第一子集充电。
14.根据权利要求11所述的方法，其中灯荷载的所述第一子集和灯荷载的所述第二子集基于所述多个环境条件随时间推移发生变化。
15.根据权利要求11所述的方法，其中灯荷载的所述第一子集和灯荷载的所述第二子集基于多个灯荷载中的每个灯荷载的操作历史随时间推移发生变化。
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