具有用于检测接触带电电压的人体存在的电路的基于发光二极管LED的照明设备的制作方法

具有用于检测接触带电电压的人体存在的电路的基于发光二极管led的照明设备
技术领域
1.本公开涉及具有用于检测人体存在的电路的基于led的照明设备，并且更具体地涉及在功率环路中检测人体存在。


背景技术：

2.荧光tl管是固有安全的，因为在管的两端部之间存在导电路径之前，管内的气体首先必须被点燃。当管被安装到夹具中，同时灯座通电时，这种安全性是必要的。在这种情况下，例如，当管的一个端部被插入插座并通电而另一端部未通电时，自由端部上的引脚不应具有危险的带电电压。
3.对于充气荧光管，这不是问题。然而，当使用改装的发光二极管led管tled时，在管的两个端部之间存在导电路径。当引脚被人触摸时，内部led驱动器趋向于传导电流并开始操作，这通常超过安全限制并引起电击危险。
4.例如，问题可以通过将tled的一侧与市电隔离来解决。但是在这样的解决方案中，管的辉光启动器必须由短路代替，以使得灯工作。这样的问题的另一已知解决方案是对tled采用单端输入方案。然而，这样的管与tled被安装的方向相关，并且安装tled的人应知道这一点。此外，单端tled仅在世界的某些地区流行。单端tled可以被转换为双端tled，但是需要增加附加的电路或元件，这增加了tled的复杂性和成本。这是不期望的。
5.另一市场上可售的tled是双端tled，其中tled可以以任何物理取向被安装。当安装管的人在安装期间与一个引脚接触时，这样的配置使得安装者面临由漏电流引起的电击的危险。一种已知的解决方案是在tled内部安装附加的电安全开关，从而防止在tled被正确安装之前电流的流动。这样的解决方案还涉及附加元件，并且因此增加了tled的成本。
6.因此，需要确保安全同时不增加设备成本的解决方案。


技术实现要素：

7.实现基于发光二极管led的照明设备将是有利的，基于发光二极管led的照明设备被布置用于在功率环路中检测人体的存在。
8.为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本公开的第一方面中，提供了基于发光二极管(led)的照明设备，该基于发光二极管(led)的照明设备被布置用于连接到交流(ac)市电源，该照明设备包括：
[0009]-过零检测模块，被布置用于检测由所述ac市电源所供应的ac电压中的过零；
[0010]-检测脉冲模块，被布置用于基于所检测的所述过零来提供检测脉冲；
[0011]-人体检测模块，被布置用于确定：在所提供的所述检测脉冲期间从所述ac市电源汲取的电流，并且用于基于所确定的所述电流来确定人体的存在，
[0012]
其中所述检测脉冲模块被布置用于在所检测的所述过零之后提供所述检测脉冲。
[0013]
检测脉冲模块因此可以被布置用于在经整流的ac电压的正上升边沿期间提供检
测脉冲。优选地，检测脉冲在过零被检测的同时开始。
[0014]
上述原理涉及基于led的照明设备，并且更具体地涉及基于双端led的照明设备。此处，可能需要在基于led的照明设备实际被导通之前执行人体模型检测。这确保了基于led的照明设备的安装可以被安全地执行。
[0015]
这样的功能可以被体现在引脚安全检测电路中，引脚安全检测电路证明在ac市电源被施加之后人体的存在。在市电被检测并且没有人体存在被检测到的情况下，基于led的照明设备中的驱动器被使能来将基于led的照明设备导通。
[0016]
功率环路中人体的存在可以通过测量市电阻抗来检测。当市电电压达到某一阈值时，电流从市电源汲取。基于市电电流的峰值，可以推断是否存在人体。即，如果峰值远低于预期，则人体可能出现在功率环路中。这样的检测证明可以在将驱动器使能之前执行一次或若干次。
[0017]
本公开的优点之一在于，其使得大量基于led的照明设备能够连接到一个断路器，并且仍然能够成功地执行人体检测。这将参考附图更详细地解释。
[0018]
本发明的一个方面是在检测脉冲期间测量电流。检测脉冲由检测脉冲模块提供。
[0019]
在任何情况下，可以比较两种场景。第一场景涉及人体不存在时的概念。第二场景涉及人体实际存在于功率环路中的概念。显然，对于第二场景，在功率环路中感知的总阻抗较高，因为人体可以通过相对较大的阻抗来建模。
[0020]
以上的效果在于，从ac市电源汲取的电流在两种场景下可以不同。在第一场景下汲取的电流可能高于第二场景下的电流。两种场景中的电流之间的比率可以说是与可以检测到人体存在的准确度有关。
[0021]
本发明人的理解之一是，当检测脉冲是在ac市电电压的过零之后时，这是有益的。在检测脉冲是在过零之后的情况下，上述两个测量电流之间的比率可以被改进。
[0022]
在一个实例中，基于led的照明设备还包括：
[0023]-市电峰值检测模块，被布置用于检测所述ac电压的峰值电压，
[0024]
并且其中所述检测模块还被布置用于基于所检测的所述峰值电压来确定所述检测脉冲的持续时间。
[0025]
发明人已发现，为了改进检测过程的精度，检测脉冲可以根据所施加的ac市电(例如，277vac或120vac)来调节。
[0026]
在一个示例中，人体检测模块被布置用于基于以下各项来确定所述人体的存在：
[0027]-所确定的所述电流和预定电流之间的比率。
[0028]
预定电流可以是当功率环路中不存在人体时从ac市电源汲取的电流。这因此可以形成某种校准电流。如果所确定的电流比校准电流低得多，则可以推断在功率环路中存在人体。这样，所确定的电流和预定电流之间的比率可以形成用于确定人体是否存在的输入。
[0029]
在另一示例中，基于led的照明设备还包括：
[0030]-限流器，被布置用于确保：在所提供的所述检测脉冲期间从所述ac市电源汲取的恒定电流。
[0031]
在检测脉冲的持续时间期间，从ac市电源汲取的电流可以变化。在检测脉冲的持续时间期间，从ac市电源汲取的电流量可能增加。这使得检测人体的过程更不准确。限流器可以确保在检测脉冲期间汲取的电流保持恒定，使得精度可以被改进。
[0032]
在又一示例中，检测脉冲模块被布置用于提供校准脉冲，其中所述校准脉冲的结束和所述检测脉冲的开始两者均对应于所检测的所述过零。
[0033]
其中所述人体检测模块还被布置用于确定：在所提供的所述校准脉冲期间从所述ac市电源汲取的电流，并且其中所述限流器还被布置用于确保：在所提供的所述校准脉冲期间，没有从所述ac市电源汲取电流。
[0034]
在另一示例中，所述人体检测模块还被布置为在所述校准脉冲开始时，测量所述ac市电的电压，并且基于所测量的所述电压来确定人体的存在。
[0035]
上述示例可以总结如下。为了消除或减少在市电和基于led的照明设备之间存在的电缆线路的串联电感的影响，并且甚至还伴随em镇流器的大电感，可能需要确保在测量期间的电流是恒定的。这通过使用如上所述的限流器来实现。
[0036]
还发现，为了准确地测量整个链的电阻，即，电缆的电阻和人体(如果存在)的电阻，正弦波在没有限流器导通的情况下从触发电压到零伏(因此在该特定时间期间没有电流流动)所花费的时间的半个周期的下降斜率可以被测量。在上升斜率处，即，刚好在零伏检测之后，限流器可以被再次导通。
[0037]
然后，可以确定空载市电和负载市电的差。通过限流器的电流也是已知的。电流是稳定的，并且等于特定设定的电流，使得串联电感两端的电压等于零。然后可以确定电流环路的电阻。
[0038]
在另一示例中，校准脉冲具有与所述检测脉冲相同的持续时间。
[0039]
在本公开的第二方面，提供了通过根据以上提供的任何示例的基于发光二极管led的照明设备来确定人体存在的方法。
[0040]
方法包括以下步骤：
[0041]-通过所述过零检测模块来检测由所述ac市电供应的所述ac电压的过零；
[0042]-通过所述检测脉冲模块基于所检测的所述过零来提供所述检测脉冲；
[0043]-通过所述人体检测模块来确定在所提供的所述检测脉冲期间从所述ac市电源汲取的所述电流，并且基于所确定的所述电流来确定所述人体的存在；
[0044]
其中所述检测脉冲模块被布置用于在所检测的所述过零之后提供所述检测脉冲。
[0045]
注意，关于本发明的第一方面的实施例所公开的优点和定义也对应于本发明的第二方面的实施例，即，确定在功率环路中存在人体的方法。
[0046]
在一个示例中，基于led的照明设备还包括市电峰值检测模块，该市电峰值检测模块被布置用于检测所述ac电压的峰值电压，并且其中所述方法还包括以下步骤：
[0047]-通过所述检测模块，基于所检测的所述峰值电压来确定所述检测脉冲的持续时间。
[0048]
在另一示例中，人体检测模块被布置用于基于以下各项来确定所述人体的存在：
[0049]-所确定的所述电流和预定电流之间的比率。
[0050]
在另一示例中，基于led的照明设备还包括：
[0051]-限流器，被布置用于确保：在所提供的所述检测脉冲期间从所述ac市电源汲取的恒定电流。
[0052]
在又一示例中，检测脉冲模块被布置用于提供校准脉冲，其中所述校准脉冲的结束和所述检测脉冲的开始两者均对应于所检测的所述过零。
[0053]
其中所述人体检测模块还被布置用于确定：在所提供的所述校准脉冲期间从所述ac市电源汲取的电流，并且其中所述限流器还被布置用于确保：在所提供的所述校准脉冲期间，没有从所述ac市电源汲取电流。
[0054]
在另一示例中，方法还包括以下步骤：
[0055]-通过所述人体检测模块，在所述校准脉冲开始时，测量所述ac市电的电压，并且基于所测量的所述电压来确定人体的存在。
[0056]
在一个示例中，校准脉冲具有与所述检测脉冲相同的持续时间。
[0057]
在本公开的第三方面中，提供了计算机程序产品，计算机程序产品包括其上存储有指令的计算机可读介质，指令在由基于发光二极管led的照明设备执行时，使得所述基于led的照明设备实现根据以上提供的任何示例的方法。
[0058]
参考以下描述的(多个)实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见。
附图说明
[0059]
图1示出了根据现有技术的基于led的照明设备；
[0060]
图2示出了根据现有技术的另一基于led的照明设备，其中所述基于led的照明设备包括引脚安全电路；
[0061]
图3示出了具有多个并联级联的基于led的照明设备的市电电源系统；
[0062]
图4示出了图示本公开的概念的模拟电路；
[0063]
图5示出了被布置用于执行根据本公开的方法的集成电路ic的构建块；
[0064]
图6示出了利用校准脉冲和检测脉冲的曲线图；
[0065]
图7示出了利用校准脉冲和检测脉冲的另一曲线图。
具体实施方式
[0066]
图1示出了根据现有技术的基于led的照明设备1。
[0067]
图1图示了在安装不同类型的管期间的可能场景。如附图标记1所示，荧光tl管是固有安全的，因为在管的两个端部之间存在导电路径之前，管6内侧的气体首先必须被点燃。管6被连接到交流ac市电电压电源4，诸如在家庭建筑物中常见的电源。管6或安装管6的夹具可以包括附加元件，诸如镇流器5和跳线或启动元件9。
[0068]
当管6被安装到夹具中而灯座被通电(即，存在市电电压)时，这种安全性是必要的。当管的一个端部被插入插座并通电而另一端部未通电时，自由端部的引脚不应带电。
[0069]
对于充气荧光管，诸如6，这不是问题，但是当使用led照明设备7时，在管的两端部之间存在如附图标记2所示的导电路径。当引脚被人10触摸时，即，在电源环路中存在人体时，内部led驱动器倾向于传导电流，这通常超过安全限制并引起电击危险。
[0070]
该问题的已知解决方案是仅在管的一侧施加如附图标记3所示的市电输入。另一侧因此与市电4电隔离。在这种情况下，在管的两侧之间没有导电路径，但是辉光启动器必须由短路9代替来使得灯8工作。
[0071]
图2示意性地图示了根据现有技术已知的单端管20和双端管21。由于tled具有四个输入端子，因此市场上有两种主要的输入方案：单端20和双端21。除非在灯内部采取引脚安全措施，否则双端输入方案是不安全的。单端管20包括两组端子22、25。诸如驱动器23和
发光二极管led阵列24的内部组件仅被连接到一组端子22。
[0072]
因此，单端输入的缺点是安装者需要注意两组端子22、25中的哪一组应被连接到市电4，然后相应地安装灯。如果灯被错误地安装，则灯将不会点亮。
[0073]
为了解决该问题，可以通过添加跳线(未示出)来使得单端输入管与取向无关。以这种方式，灯将仅以任一安装方式工作。然而，添加跳线增加了成本。
[0074]
从附图标记21可以明显看出，由于两组端子26、29在内部被短路并且被连接到诸如驱动器27和led阵列28的内部组件，所以双端管可以不考虑其安装的取向而工作。然而，在安装期间，例如，如果端子26被首先插入，则与端子29接触的人(即，人体)处于受到电击的危险中，因为另一端部29不与第一端部26电绝缘。
[0075]
本公开涉及引脚安全电路的引入，引脚安全电路被布置为基于所测量的阻抗来检测功率环路中人体的存在。当市电源电压达到某个阈值时，电流可以从市电源电压4汲取。基于电流的峰值，可以推断人体是否存在。换言之，如果峰值电流远小于预期值，则可以推断人体存在于功率环路中。
[0076]
本公开的优点之一涉及系统31，其中如图3所示，单个市电源34被布置为向多个并联级联的基于led的照明设备32、33供电。
[0077]
通过同时导通多个基于led的照明设备，可以减小所接收的电流的斜升。市电源可以感知大的电感器，即，模拟多个基于led的照明设备的聚合式电感器(ac源电感乘以并联灯的数量)。这可能导致每个基于led的照明设备错误地检测人体。换言之，每个基于led的照明设备可以检测这种减小的电流，该减小的电流可以类似于存在于功率环路中的人体。然而，在该特定场景中，减小的电流由并联级联的基于led的照明设备引起，而不是由功率环路中人体的存在而引起。
[0078]
以上也在图4中指示，图4示出了图示了本公开的概念的模拟电路41。图4因此示出了当利用多个并联级联的基于led的照明设备时的等效电路。
[0079]
此处，市电电压利用附图标记46来指示，人体利用附图标记45来指示，并且基于led的照明设备利用附图标记42来指示。
[0080]
阻抗44和电感器43被提供，该阻抗44和电感器43模拟ac源阻抗和多个基于led的照明设备的存在。换言之，阻抗44的值可以对应于市电源的输出电阻的n倍，其中n涉及基于led的照明设备的数量。电感器43的值可以对应于市电源的输出电感的n倍，其中n涉及基于led的照明设备的数量。
[0081]
根据上述内容，可以清楚的是，基于led的照明设备42所接收的电流(即，斜升)也与系统中基于led的照明设备的数量相关。
[0082]
根据本公开，基于led的照明设备42包括：
[0083]-过零检测模块，被布置用于检测由所述ac市电源供应的ac电压中的过零；
[0084]-检测脉冲模块，被布置用于基于所检测的所述过零来提供检测脉冲；
[0085]-人体检测模块，被布置用于确定：在所提供的所述检测脉冲期间从所述ac市电源汲取的电流，并且用于基于所确定的所述电流来确定人体的存在，
[0086]
其中所述检测脉冲模块被布置用于在所检测的所述过零之后提供所述检测脉冲。
[0087]
本发明人已发现，检测人体在系统的功率环路中的存在应当在所检测的过零之后，例如在所接收的ac市电源电压的上升正边沿处来执行。这增加了确定人体存在的准确
性。
[0088]
图5示出了被布置用于执行根据本公开的方法的集成电路ic 51的构建块；
[0089]
ic可以具有过零检测模块52，其被布置用于检测由ac市电源提供的ac电压中的过零。
[0090]
ic还可以包括电压发生电路55，用于生成ic正常操作所需的功率。
[0091]
此外，市电峰值检测和脉冲宽度计时器可以被提供为利用附图标记54和53来指示。
[0092]
发现ac市电源电压的电压电平，例如277v或120v，可能对检测脉冲的宽度有影响。因此，市电峰值检测电路54可以确定所接收的ac市电源电压的电压，并且随后可以命令脉冲宽度计时器53为检测脉冲设置特定的脉冲宽度。
[0093]
脉冲宽度计时器随后可以基于所检测的过零来向人体检测模块56提供检测脉冲。
[0094]
图6示出了使用校准脉冲和检测脉冲的曲线图。
[0095]
图6公开了上述检测方法的进一步改进。hbm的电阻可以被更精确地测量，使得即使在高的大串联电感的情况下(如在em镇流器中存在高的大串联电感)也可以获得精确的结果。
[0096]
它进一步改进了将更长的电缆和非常大量的基于led的照明设备并联放置，并且它仍然可以成功地执行人体存在检测。
[0097]
b型tled灯(例如，在两个端部处具有市电连接)，可能需要在导通之前执行市电检测来保证安全安装。
[0098]
检测方法可以利用窄检测脉冲。市电电感，例如电缆、变压器，可能对检测电流的上升速率具有主要影响，并且其影响随着并联连接的灯的数量而增加。因此，可以并联连接的灯的最大数量可能受到限制。
[0099]
图6涉及所提出的方法的两个进一步的增强。
[0100]
1.当电压测量发生时，通过确保检测电流恒定，市电电缆电感和em镇流器电感的影响被消除或减少。为此，限流电路，即，限流器，可以被引入。
[0101]
2.在检测电流不被汲取以及检测电流被汲取的情况下，可以通过测量限流器两端的电压差来测量线路电阻，即，线路电阻等于(vunloaded-vloaded)/i。在没有检测电流的情况下，限流器两端的电压vunloaded等于市电。
[0102]
该电平是预定义的并且等于vtriggertrack。为了确保在市电半周期内的正确时刻测量电压vloaded，当检测电流被汲取时，可以实现双斜率原理。即，计时器被用于测量从市电跨越电平vtrigger的时刻直到过零的市电下降斜率(即，第一斜率)处的时间间隔。然后，该相同的计时器可以被用来设置检测脉冲的长度(即，第二斜率)，检测脉冲在所述市电过零之后生成。这样，检测脉冲在空载市电的上升斜率跨越vtrigger的时刻结束。电压vloaded在检测脉冲结束时被测量。如点1所述，线路电感的影响通过确保检测电流在检测脉冲结束时恒定来消除。
[0103]
注意，一旦电流变化为零，即，恒定电流，在串联电感上没有电压降，因此电压降仅是电阻性的，其等于人体电阻加上布线的串联电阻。电压降可以使用恒定电流来测量。
[0104]
优选地，从vtrigger到零伏的测量时间(即，校准脉冲)可以等于检测脉冲。这可以以多种方式来实现。
[0105]
利用模拟电路，可以使用双斜率原理，其中与从vtrigger到0v的测量时间以及上升电压相同的时间被生成，在该时隙期间，电压可以被测量，并且电压降可以利用恒定限流器来确定。
[0106]
使用数字计数器，其在上升斜率中生成与从vtrigger到0v的测量时间相同的时间，以用于探测电压。
[0107]
图7示出了使用了校准脉冲和检测脉冲的另一曲线图61。
[0108]
此处，附图标记62、63和64涉及检测脉冲的计时器。附图标记64是计时器，其一直增加到平台的端部。附图标记63将计时器从平台降低到零62。
[0109]
对应的电流利用附图标记65、66和67来指示。此处，示出了电流增加到如附图标记65所示的具有恒定电流的区域。如附图标记66所示，电压然后在检测脉冲结束时测量。如附图标记67所示，电流然后以缓慢的斜率下降，以避免高di/dt。
[0110]
在任何上述引脚安全电路或检测方法中，假定稳定的市电电压。在市电电压不稳定的情况下(例如，每个市电周期之间的电压波动超过阈值)，测量可能导致对测量结果的误解。作为预防措施，检测脉冲的检测可以被推迟，直到稳定市电的检测被建立。这可以例如通过对若干市电周期(例如，三个或更多个周期)进行采样并且比较这些周期之间的电压差来实现。当差在可接受的阈值内时，引脚安全电路或检测方法可以被激活或执行。
[0111]
除了上述引脚安全电路或检测方法中的任一个之外或作为其备选，可以引入对基于led的照明设备中存在的二极管(例如，整流器电路中的二极管)的非线性行为的补偿。代替在校准脉冲期间不从所述ac市电源汲取电流，小电流可以被汲取。该电流小于在检测脉冲期间汲取的电流。即使当小电流被汲取时，由于二极管的非线性电压-电流特性行为，二极管之上的电压降也保持相对稳定。如果更多的电流借助二极管被汲取，则电压将延迟变化，但不像在非常小的电流被汲取到没有电流被汲取的时刻那么显著。因此，二极管影响测量的非线性效应将被显著减小。
[0112]
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一(an)”或“一个(a)”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以被存储/分布在适当的介质上，诸如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。