一种基于积温判定的智能电源调度技术

技术领域

本发明涉及LED灯的开关电源控制、LED灯的智能电源调度控制技术，特别是涉及一种基于积温判定的智能电源调度技术。该技术的特点在于，通过合理的智能控制算法设计，来均衡分配LED灯电源的工作负载，使得LED灯电源能在长时间内保持合理的工作温度，避免电源因为长时间的集中负荷而温度过高，导致电源的寿命缩短，失效率增加。该智能控制算法用到了滑动窗口平均滤波算法、最小二乘法等计算步骤。采用了该智能电源调度技术设计后，LED灯的电源使用寿命得到了有效的延长，从而提高了整个LED灯使用寿命与电源效率的稳定，降低了维护的工作量，具有较好的应用价值。

背景技术

LED灯具有发光效率高，节能环保的巨大优势，因而在照明领域得到了广泛的应用。在额定的温度下，LED的寿命可以达到10万小时以上。但是，一些因素会导致LED灯的发光效率出现衰减，包括：LED芯片本身品质问题、生产工艺存在缺陷、驱动LED灯的电源失效。

LED灯的电源常用开关电源，是一种高频电能转换装置，其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。工作在不同的场所的开关电源，它本身也存在一定的寿命期限，一些因素会导致开关电源的失效。一个因素是电源本身品质问题：采用的电容等器件不合格；生产工艺存在缺陷等。另一个因素是使用条件问题：长时间使用中电源温度过高，工作条件恶劣等因素使电源失效概率提高。

由于在实际使用中，LED灯电源也存在自身的使用寿命，一般在5年左右。为了提高LED的有效使用寿命，需要从均衡散热和降低LED灯电源工作温度来着手。如果在设计LED灯的时候，对LED灯电源进行合理的冗余备份设计，在使用过程中，动态调度LED灯电源的互相切换，就能够有效的降低每个独立电源的整体工作负荷，降低累计热量导致的温度上升，达到稳定效率，大幅度延长电源使用寿命的效果。

发明内容

本发明的目标是，在具备冗余电源模块的LED灯中，通过温度传感器连续测量电源模块的温度，然后设计一种算法，根据温度数据来做出电源调度决策计算，动态调度LED灯电源的互相切换，从而有效的降低每个独立电源的整体工作负荷，降低累计热量导致的温度上升，稳定效率，大幅度延长电源使用寿命。

本发明设计的LED灯具有冗余的电源模块设计，冗余的电源模块与主体电源模块是完全相同的，两者的地位和状态可以互相切换。冗余的电源模块与主体电源模块通过特殊电路进行开关控制，每个电源模块都可以给LED灯供电。

本发明设计的LED灯具有一个内部的LED控制器，LED控制器上的传感器用来实时获取LED的所有工作数据，包括环境温度、主体电源模块温度、备用电源模块温度、LED灯温度、LED灯实时功率。LED控制器还能够记录每次数据采样的时间。LED控制器能够根据工作数据和工作时间等参数，根据内置的程序的控制规则，来动态调度主体电源模块和备用电源模块的工作。

首先，需要对电源的不同负荷工况下，电源温度随时间上升的情况进行测量。由于测量的速度是比较快的，为了避免引入随机噪声误差，测量到数据以后，采用了滑动窗口滤波算法对数据进行平滑处理。然后按照一定的时间间隔将平滑后的采样数据存储到数据缓冲区内，作为温升计算公式的参数计算的输入数据集。

接下来，需要确定电源的温升计算公式。具体的温升计算公式为f(x，y，z，p)＝(1-e

接下来，用[0008]测量到的数据集，代入到[0009]的温升计算公式中，采用最小二乘法，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，来计算得到参数(a，b，c，d)的值(a

接下来，将[0010]获得参数值(a

接下来，将公式T＝f(x，y，z，p)用程序代码编写实现，并将该子程序运行在[0007]所述的LED控制器中，子程序名称记作CalcTemperature(x，y，z，p)。

接下来，在投入使用的LED灯产品中，LED控制器会进行实时的数据采样，然后将每N个采样点的数据进行滑动窗口滤波算法对数据进行平滑处理，然后用滤波后的数据输入到计算公式的子程序CalcTemperature(x，y，z，p)中，计算得到预期的温升数据。

最后，将计算得到预期的温升数据输入到决策函数，来判断是否需要进行电源调度切换。如果需要进行电源调度切换，则启动备用电源投入工作，同时关闭当前的工作电源，完成备用电源和工作电源的切换。

本发明通过前述[0006]到[0014]的计算步骤，实现了基于积温判定的智能电源调度技术。该技术计算出预期的温升数据，根据预定的调度算法切换备用电源和工作电源，动态调度LED灯电源的互相切换，从而控制各个电源单元均衡负载，能够有效的降低每个独立电源的整体工作负荷，降低累计热量导致的温度上升，稳定效率，达到大幅度延长LED灯的电源使用寿命的目标。

附图说明

图【1】基于积温判定的智能电源调度的单元结构图

●互为备份的两个电源模块

●MOSFET开关电路连接两个电源模块和两个光源模块

●LED控制器控制电源模块的切换，和光源模块的调光功能

图【2】基于积温判定的智能电源调度的计算逻辑图

●LED控制器通过传感器电路测量电源模块和环境的温度数据和运行功率

●用滑动窗口滤波算法对数据进行平滑处理

●用平滑数据和最小二乘法进行计算公式f(x，y，z，p)的拟合参数计算

●计算到的参数代到计算公式f(x，y，z，p)中，得到计算方法，将该方法程序化

●运行中LED控制器通过传感器电路测量电源模块和环境的温度数据和运行功率

●用滑动窗口滤波算法对数据进行平滑处理，代入计算程序计算到温升数据

●计算到的温升数据输入到决策程序模块，得到控制参数，进行调度决策

●根据调度决策，去执行电源模块的调度控制

具体实施方式

设计电源模块和控制器

LED灯的电源模块由两个相同的100～220V输入、直流输出的电源模块构成。另外还有一个独立的低功率单元，用来给LED控制器供电。

本发明采用内置LED控制器和相应开关电路来管理和控制电源模块的工作。开关电路采用大功率低内阻的MOSFET开关管来控制供电的开和关。LED控制器上的传感器用来实时获取LED的所有工作数据，包括环境温度、主体电源模块温度、备用电源模块温度、LED灯温度、LED灯实时功率，同时还记录采样数据的时间。

进行计算公式的参数拟合

LED灯的控制器通过程序实现采用滑动窗口滤波算法，对采样数据进行滤波处理。然后按照一定的时间间隔将平滑后的采样数据存储到数据缓冲区内，作为温升计算公式的参数计算的输入数据集。

使用[0020]的输入数据集通过最小二乘法进行计算公式f(x，y，z，p)的拟合参数计算。计算到的参数(a

计算公式程序化

接下来，在LED控制器中实时的对数据进行采样，将每N个采样点的数据进行滑动窗口滤波算法对数据进行滤波处理。将计算公式T＝f(x，y，z，p)用程序代码编写实现，并在LED控制器中调用该程序，用滤波后的数据输入到该程序中，计算得到预期的温升数据。

调度和控制

最后，将计算得到预期的温升数据输入到决策函数，来判断是否需要进行电源调度切换。如果需要进行电源调度切换，则启动备用电源投入工作，同时关闭当前的工作电源，完成备用电源和工作电源的切换。