一种多用途应急照明智能电源控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及智能照明技术领域，特别涉及一种多用途应急照明智能电源控制系统及控制方法。

背景技术

目前，应急照明，是指在非正常状况下才使用的照明设施，包括备用照明、疏散照明、安全照明，广泛用于宾馆、商场、医院、娱乐场所、及商业办公和民用建筑等场所。

现有的应急照明系统可以实现手动的应急互补控制切换，但是无法实现自动操作的应急互补切换控制，而且无法连接其它的监控设备，例如：视频监控设备、消防联动系统和二合一电路等外设通讯系统。

发明内容

本发明提供一种多用途应急照明智能电源控制系统及控制方法，用以解决上述技术方案中的情况。

本发明涉及一种多用途应急照明智能电源控制系统，包括：

安全隔离逆变照明电路、照明二合一电路、充放电电路及控制单元、锂电池组、温度检测单元、均衡及电压控制单元、主控制器和灯具色温分路器；其中，

安全隔离逆变照明电路与电网输入端电连接，用于对电网输入电流进行整流为供电电压；

安全隔离逆变照明电路与照明二合一电路电连接，并对供电电压进行升压，得到升压电压；

照明二合一电路与灯具色温分路器电连接，对色温灯具供电；

充放电电路和控制单元与锂电池组电连接，锂电池组与照明二合一电路电连接，并在应急时，通过照明二合一电路对应急LED灯供电；

温度检测单元和均衡及电压控制单元和主控制器与锂电池组电连接，并通过主控制器接收手动控制指令/自动控制指令。

作为本发明的一种实施例：所述主控制器包括：MCU、显示屏和报警单元；其中，

所述MCU分别与显示屏和报警单元电连接；

MCU通过线长总线分别和照明二合一电路、充放电电路、控制单元、锂电池组、温度检测单元、均衡及电压控制单元电连接。

作为本发明的一种实施例：所述均衡及电压控制单元包括电池均衡调节驱动器和网络数据采集器；其中，

电池均衡调节驱动器用于控制不同锂电池组之间的电压自动均衡；

每个电池均衡调节驱动器至少驱动2个锂电池。

作为本发明的一种实施例：所述温度检测单元包括温度变送器测温模块；其中，

温度变送器测温模块固定在锂电池组上；

温度变送器测温模块包括三个接线端连接到锂电池组外部；

温度变送器测温模块通过限流电阻与锂电池组中目标锂电池电连接，并通过目标锂电池为温度变送器测温模块供电。

作为本发明的一种实施例：所述安全隔离逆变照明电路包括：气体放电管、整流桥、第一MOS管、第二MOS管、照明驱动芯片和变压排组；其中，

变压排组由第一变压端、第二变压端、第三变压端和第四变压端构成；

整流桥用于将市电电源的交流电转换为直流电，气体放电管并联于整流桥的输入端，对整流桥进行过压保护；

第一MOS管的栅极与照明驱动芯片输出控制端电连接，第一MOS管的漏极与第一变压端电连接，第一MOS管导通时，照明二合一电路进行逆变应急供电；

第二MOS管的栅极与照明驱动芯片供电端电连接，第二MOS管的漏极通过分压电阻连接直流端，第二MOS管导通时，照明驱动芯片启动。

作为本发明的一种实施例：所述变压排组的第二变压端和第四变压端设置有隔离电容；第四变压端与照明调光电路电连接；

第一变压端和第二变压端用于将整流后的电压降压为28V。

作为本发明的一种实施例：所述充放电电路包括：

储能电池充电电路、第一防储能电池过放保护电路和储能连接电路；其中，

储能电池充电电路配置有降压控制器，并通过降压控制器对安全隔离逆变照明电路整流后的电压进行降压；

防储能电池过放保护电路与储能电池充电电路的升压端连接，第一防储能电池过放保护电路配置有第三MOS管，第三MOS管用于加速储能充电电路启动，并与储能电池端子电连接，进行应急照明。

作为本发明的一种实施例：所述照明二合一电路包括第二防储能电池过放保护电路、第一三极管、第四MOS管、升压控制器、恒功率调整电路和拨码色温分路输出电路；其中，

第二防储能电池过放保护电路的输入端用于连接充放电电路；第二防储能电池过放保护电路，的输出端连接第一三极管的集电极，第一三极管的集电极连接升压控制器，第二防储能电池过放保护电路的输出端还连接第四MOS管的漏极，第四MOS管的栅极连接升压控制器；

恒功率调整电路包括由第一跟随器和第二跟随器组成，第一跟随器和第二跟随器的输出端与照明控制器，并向升压控制输出恒功率调整信号，其中，

第一跟随器用于接收占空比调节信号；

第二跟随器用于接收照明电压信号；

拨码色温分路输出电路通过共模电感分别连接第二防储能电池过放保护电路和恒功率调整电路的输出端。

作为本发明的一种实施例：所述照明调光电路包括调光控制集成IC；

调光控制集成IC分别和安全隔离逆变照明电路、照明二合一电路的额定供电端电连接，并输出调光信号。

作为本发明的一种实施例：所述方法包括如下步骤：

通过安全隔离逆变照明电路对电网输入端的供电电压进行逆变整流，生成照明驱动电压；

将照明驱动电压通过照明二合一电路进行升压，并将升压后的照明电压通过灯具色温分路器分枝为多个LED灯具供电；其中，

当应急时，锂电池组输出供电电压，并通过照明二合一电路升压传输至灯具色温分路器，通过灯具色温分路器为多个LED灯具供电。

本发明的b有益效果在于：

本发明通过安全隔离逆变照明电路，可以将外接电网的电压转化为低压直流电为锂电池组充电和照明供电。在进行照明供电的过程中，因为存在照明二合一电路，所以本发明可以实现逆变应急照明电路和实时的直流供电照明电路。而且本发明还存在电压均衡控制单元，控制电压的稳定性。而且可以通过色温分离管控的方式进行色温控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种多用途应急照明智能电源控制系统的系统组成图；

图2为本发明实施例中一种多用途应急照明智能电源控制系统的系统的无直流分路器输出组成图；

图3为本发明实施例中主控制器的组成连接图；

图4为本发明实施例中均衡及电压检测单元的组成图；

图5为本发明实施例中锂电池组的组成图；

图6为本发明实施例中均衡控制电路的组成图；

图7为本发明实施例中照明控制电路的组成图；

图8为本发明实施例中锂电池组的组成图；

图9为本发明实施例中变压隔离电路的组成图；

图10为本发明实施例中照明二合一电路的组成图；

图11为本发明实施例中照明调光电路的组成图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及一种多用途应急照明智能电源控制系统，包括：

安全隔离逆变照明电路、照明二合一电路、充放电控制电路及控制单元、锂电池组、温度检测单元、均衡及电压均衡控制单元单元、主控制器和灯具色温分路器；其中，

安全隔离逆变照明电路与电网输入端电连接，用于对电网输入电流进行整流为供电电压；

安全隔离逆变照明电路与照明二合一电路电连接，并对供电电压进行升压，得到升压电压；

照明二合一电路与灯具色温分路器电连接，对色温灯具进行色温调节供电；

充放电电路和控制单元与锂电池组电连接，锂电池组与照明二合一电路电连接，并在应急时，通过照明二合一电路对应急LED灯供电；

温度检测单元和均衡及电压控制单元电连接，和主控制器与锂电池组电连接，并通过主控制器接收手动控制指令/自动控制指令。

上述技术方案的原理在于：如附图1和附图2所示，本发明是一种用于应急照明，能够实现储能应急供电和外接市电的双用型电源控制系统。本发明在使用时，电网输入端可接N个一体化供电加储能应急功能电源(DM+EM)用于正常照明使用、同时检测电网停电状态,进行及时应急照明其开启与关闭均由主控制器或墙开关控制。本发明为一体化供电加储能应急功能电源对应的电源控制系统。包括二相电检测电路、安全隔离变照明供电电路、日常照明和应急照明二合一电路、充放电及控制单元、锂电池组、温度检测单元、均衡及电压检测单元、主控制器、电网检测/日常照明控制、电网隔离器、灯具色温分路器电网输入端输入，经过安全隔离变照明供电电路进行AC-DC逆变，二极管整流输出28Vdc,经过日常照明和应急照明二合一电路升压，D6整流输出30-230V电压供给LED灯具使用,灯具色温分路器可以将一路输出分枝出两组不同色温灯具使用，28Vdc一路经充放电电路及控制单元与锂电池组连接，另一路经二相电检测电路与电网隔离器连接；应急时,锂电池组一路依次经接触器Q6、二极管D25、经过日常照明和应急照明二合一电路升压输出30-230V电压供给LED灯具使用；所述的温度检测单元、均衡及电压检测单元分别与锂电池组连接；在具体实施时，本发明的二相电检测电路如附图6所示，本发明为DM+EM部分。本发明也可以通过直流分路器输出，给多路灯具使用具体如附图2所示。

上述技术方案的有益效果在于：

本发明通过安全隔离逆变照明电路，可以将外接电网的电压转化为低压直流电为锂电池组充电和照明供电。在进行照明供电的过程中，因为存在照明二合一电路，所以本发明可以实现逆变应急照明电路和实时的直流供电照明电路。而且本发明还存在电压均衡控制单元，控制电压的稳定性。而且可以通过色温分离管控的方式进行色温控制。

优选的，所述主控制器包括：MCU、显示屏和报警单元；其中，

所述MCU分别与显示屏和报警单元电连接；

MCU通过线长总线分别和照明二合一电路、充放电电路、控制单元、锂电池组、温度检测单元、均衡及电压控制单元电连接。

上述技术方案的原理在于：本发明的MCU作为主控制器的芯片，可以实现应急照明智能电源的多功能控制，在这个过程中，显示屏可以显示实时的控制数据，照明灯的实时照明/关闭状态，报警单元通过温度监测单元的温度监测数据和锂电池组的实时锂电池数据，进而实现对电路的异常监控。

上述技术方案的有益效果在于：

本发明可以控制应急供电得直流供电和逆变供电，管理锂电池组得充放电，实现应急供电和直流供电，并且可以监测电路温度，判断是否存在电路异常，从而实现电路得异常报警。

主控制器包括MCU、显示、报警单元、所述的MCU分别与显示屏、报警单元、连接，MCU通过Profibus-DP和Modbus现场总线分别与充放电及控制单元、温度检测单元、均衡及电压检测单元、一体化日常照明和应急照明二合一电路连接。主控制器可由手动或自动操作，视频监视控制系统、消防联动系统等外设系统通讯。

优选的，所述均衡及电压控制单元包括电池均衡调节驱动器和网络数据采集器；其中，

电池均衡调节驱动器用于控制不同锂电池组之间的电压自动均衡；

每个电池均衡调节驱动器至少驱动2个锂电池组。

上述技术方案的原理在于：本发明的均衡控制单元主要是电池供电和充电的均衡性控制，以及通过网络数据采集器采集电池的实时电力参数，包括实时供电参数、实时剩余电量和实时充电电量。

上述技术方案得有益效果在于：本发明在供电的时候，可以对不同锂电池组进行均衡性管控，还可以实现对锂电池组的电力数据进行实时采集。

优选的，所述温度检测单元包括温度变送器测温模块；其中，

温度变送器测温模块固定在锂电池组上；

温度变送器测温模块包括三个接线端，三个接线端分别连接锂电池组外部；

温度变送器测温模块通过限流电阻与锂电池组中目标锂电池电连接，并通过目标锂电池为温度变送器测温模块供电。

上述技术方案的原理在于：

如图5-图6均衡及电压检测单元包括电池均衡调节驱动器及网络数据采集器，实现各组锂电池之间的电压的自动均衡,避免由于各组锂电池的电压不同引起的内部放电现象，每个电池均衡调节驱动器可驱动2个锂电池,电池均衡调节驱动器也与主控制器进行通讯。温度检测单元包括温度变送器TR-B2D测温模块固定在电池组上，三个接线端伸到锂电池外部,温度变送器TR-B2D测温模块相连接，所述的温度变送器TR-B2D经限流电阻R由锂电池组中的一个锂电池供电，所述的电池检测信息发送到主控制器，并进行汇总、处理。

上述技术方案的有益效果在于：本发明可以同各国温度监测，确定锂电池组的实时温度，本发明采用了三个接线端，所以可以实现三元监测，通过三元监测的方式实时获取锂电池的实时温度，从而确定锂电池是不是处于异常状态。

作为本发明的一种实施例：

安全隔离逆变照明电路包括：气体放电管GDT、整流桥RB1、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、照明驱动芯片和变压排组；其中，

变压排组由第一变压端T1、第二变压端T2、第三变压端T3和第四变压端T4构成；

整流桥RB1用于将市电电源的交流电转换为直流电，气体放电管GDT并联于整流桥RB1的输入端，对整流桥RB1进行过压保护；

第一MOS管Q1的栅极与照明驱动芯片输出控制端电连接，第一MOS管Q1的漏极与第一变压端T1电连接，第一MOS管Q1导通时，照明二合一电路进行逆变应急供电；

第二MOS管Q2的栅极与照明驱动芯片供电端电连接，第二MOS管Q2的漏极通过分压电阻连接直流端，第二MOS管Q2导通时，照明驱动芯片启动。

上述技术方案的原理在于：

如附图7所示，本发明通过接线器CON1的连接外部电源，火线通过熔断器连接和电感连接整流桥RB1的正向输入端；零线通过供电显示电路和电感连接整流桥RB1的反向输入端。供电显示电路由分压电阻和发光二极管CP1构成，零线和火线上还并联有滑动电阻进行供电分压。整流桥RB1上气体放电管GDT，防止瞬态电压烧毁整流桥。整流桥RB1整流后的电流通过滤波调理传输到第一变压端T1进行变压供电，第一变压端T1连接第一MOS管Q1的漏极，用于接收驱动正常照明芯片的控制信号，第一MOS管Q1导通后，执行逆变供电。第二MOS管Q2的栅极与照片驱动芯片供电端，且在第二MOS管Q2导通后通过第三变压端T3进行直流供电，在具有直流供电之后照明驱动芯片启动。

上述技术方案的有益效果在于：本发明的安全隔离逆变照明电路具有整流作用，将市电转换为直流电，然后通过变压排实现降压功能，将市电电压降低为LED灯的供电电压。而且通过照明驱动芯片控制第一MOS管Q1实现逆变控制，此时，电压排由锂电池组进行供电，实现逆变照明。

在一个可选实施例中，照明驱动芯片如下控制步骤：

照明驱动芯片接收常规供电信号时，基于电路的信号偏差值，生成PID控制函数：

ΔP1(S)＝B[c(S)-c(S-1)]+bc(S)

+b[c(S)-2c(S-1)+c(S-2)]

其中，ΔP1(S)表示照明驱动芯片的PID控制函数，确定第一MOS管和第二MOS管的输出电压，即照明驱动芯片的输出参数；S表示第一MOS管的信号参数；B表示照明驱动芯片的积分比例系数。c(S)表示照明驱动芯片的信号偏差函数；

照明驱动芯片接收应急供电信号时，基于电路的信号偏差值，生成PID控制函数：

ΔP2(k)＝B[c(k)-c(S-1)]+bc(k)

+b[c(k)-2c(k-1)+c(k-2)]

k表示应急供电信号的信号参数，即锂电池组的输出参数。ΔP2(k)表示照明驱动芯片的PID控制函数，确定第四MOS管和第四MOS管的输出电压。

当ΔP1(S)＞ΔP2(k)，表示进行常规照明控制；

当ΔP1(S)＜ΔP2(k)，表示进行应急照明控制。

通过上述方式可以在应急供电和常规供电的时候，始终使得供电电压处于稳定的自动调控状态，本发明虽然也是一种PID的控制方式，但是，相对于现有技术本发明虽然采用了PID的控制方案，但是属于首次应用在应急供电的照明设备中，现有技术中，PID只能稳定控制电路的稳定性，但是本发明可以通过PID控制实现常规照明和应急照明的自动切换，在自动切换之后，实现不同的PID控制。本发明不是单纯的PID控制，为单纯的PID控制，赋予了照明选择功能，首先会减少在应急照明和常规照明时的切换时间，不需要人工控制，事后也不需要人工调整，其次，节能作用，降低电能消耗，最后还减少了整个电路的硬件成本。让电源控制系统更加的智能化。

作为本发明的一种实施例：

所述变压排组的第二变压端T2和第四变压端T4设置有隔离电容GC；第四变压端T4与照明调光电路电连接；

第一变压端T1和第二变压端T2用于将整流后的电压降压为28V。

上述技术方案的原理在于：本发明可以通过第二变压端T2和第四变压端T4之间的隔离电容，实现逆变控制和直流控制的两种供电控制方式。同时可以将整流后的电压降压为28V。

上述技术方案的有益效果在于：本发明可以实现整流供电控制和逆变供电控制的两种控制方式结合，同时将电压降压为28V的照明电压。

作为本发明的一种实施例：所述充放电电路包括：

储能电池充电电路、第一防储能电池过放保护电路和储能连接电路；其中，

储能电池充电电路配置有降压控制器U1，并通过降压控制器U1对安全隔离逆变照明电路整流后的电压进行升压；

防储能电池过放保护电路与储能电池充电电路的升压端连接，第一防储能电池过放保护电路配置有第三MOS管Q3，第三MOS管Q3用于加速储能充电电路启动，并与储能电池端子CON2电连接，进行应急照明。

上述技术方案的原理在于：

如附图9所示，本发明的充放电电路包括储能电池充电电路，储能电池充电电路设置的降压控制器U1的输入端连接安全隔离逆变照明电路的直流电输入端。然后对直流电进行降压，降压后储存在电池组中。储能电池端子CON2连接电池组，并在应急供电时通过储能电池端子CON2将电池组的第一防储能电池过放保护电路和第一供电MOS管Z1传输至第二供电MOS管Z2，第一供电MOS管Z1导通的时候，进行电池组应急供电。当第一供电MOS管Z1不导通的时候通过储能电池充电电路进行照明供电。

上述技术方案的有益效果在于：

本发明在供电管控过程中，可以在对锂电池进行充电的时候，将充电电压转化为28V的低压进行充电。通过第三MOS管Q3可以加速储能充电电路的启动，从而防止应急供电的时候保障锂电池输入电压的稳定性。

在本发明的一种实施例中：

所述照明二合一电路包括第二防储能电池过放保护电路、第一三极管H1、第四MOS管Q4、升压控制器U2、恒功率调整电路和拨码色温分路输出电路；其中，

第二防储能电池过放保护电路的输入端用于连接充放电电路；第二防储能电池过放保护电路，的输出端连接第一三极管H1的集电极，第一三极管H1的集电极连接升压控制器U2，第二防储能电池过放保护电路的输出端还连接第四MOS管Q4的漏极，第四MOS管Q4的栅极连接照明控制器U2；

恒功率调整电路包括由第一跟随器UB-A和第二跟随器UB-B组成，第一跟随器UB-A和第二跟随器UB-B的输出端与升压控制器U2，并向升压控制器U2输出恒功率调整信号，其中，

第一跟随器UB-A用于接收占空比调节信号；

第二跟随器UB-B用于接收照明电压信号；

拨码色温分路输出电路通过共模电感分别连接第二防储能电池过放保护电路和恒功率调整电路的输出端。

上述技术方案的原理在于：

如附图10所示，第二防储能电池过放保护电路和储能电池充电电路的输出端电连接，输出28V的电压。然后通过第四MOS管Q4的导通，储能电池充电电路的直流电进入逆变环节，然后通过第一三极管H1和第四MOS管Q4构成的逆变电路进行逆变转换，将28V的供电电压逆变升压为50V的照明输出电压，并由升压控制器U2进行升压控制。恒功率调整电路的第一跟随器UB-A和第二跟随器UB-B，分别连接有积分电路，第一跟随器UB-A的节分电路接收PWM控制信号确定照明控制的电压。第二跟随器UB-B接收储能电池充电电路的供电电压生成供电电压，并通过升压控制器U2进行电压升压管控。拨码色温分路输出电路通过共模电感和照明二合一电路的输出端连接，从而控制照明二合一电路的色温。

上述技术方案的有益效果在于：本发明可以通过照明二合一电路，实现应急供电和直接供电两种功能，在平时使用的时候，可以通过整流后的电压进行直接为灯具供电。而在应急供电的时候，锂电池组可以的电流可以进行逆变，从而实现应急供电。

如附图11所示，本发明还包括照明调光电路，其包括调光控制集成ICU3；

调光控制集成ICU3分别和安全隔离逆变照明电路、照明二合一电路的额定供电端电连接，并输出调光信号。上述技术方案的原理在于：本发明的照明调光电路上设置有调光控制集成ICU3，进行调光控制，调光控制集成ICU3由安全隔离逆变照明电路进行供电，并接收用户的调光信号。

上述技术方案的有益效果在于：本发明可以通过照明调光电路，在进行供电的时候，调降照明的亮度和色温。

所述方法包括如下步骤：

通过安全隔离逆变照明电路对电网输入端的供电电压进行逆变整流，生成照明驱动电压；

将照明驱动电压通过照明二合一电路进行升压，并将升压后的照明电压通过灯具色温分路器分枝为多个LED灯具供电；其中，

当应急时，锂电池组输出供电电压，并通过照明二合一电路升压传输至灯具色温分路器，通过灯具色温分路器为多个LED灯具供电。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。