專利名稱：用于直流供電的吊頂系統(tǒng)中的照明器材的具有自動極性保護和應急備份的高效直流鎮(zhèn)流 ...的制作方法
用于直流供電的吊頂系統(tǒng)中的照明器材的具有自動極性保護和應急備份的高效直流鎮(zhèn)流器結構
背景技術：
建筑結構中的傳統(tǒng)吊頂或懸頂系統(tǒng)包括網(wǎng)格框架，框架組件在天花板平面內沿縱向和橫向延伸而相互正交，并且交叉處構成多個通常是四邊形的多邊形開口，在這些開口內插入并支撐照明器材、天花板瓷磚、風道、揚聲器等類似的天花板部件。天花板系統(tǒng)提供對建筑基礎設施及其它機械和電氣服務的視覺和聽覺屏障及其它功能，其中，建筑基礎設施是諸如噴淋管、水管、空調通道、電氣管道、電源線纜、電話線纜、計算機網(wǎng)絡線纜、線纜托架、接線盒等，天花板系統(tǒng)通常安裝在建筑結構的實際天花板和懸掛框架之間的頭頂空間內。希望對辦公環(huán)境或家庭環(huán)境中的不同電氣設備提供直流(DC)電壓以使其運轉，因而，例如在美國專利7，661，229中，在先技術已提出通過在框架組件內沿框架組件支撐 電導體或電線，而把直流電源集成在天花板系統(tǒng)中。電線連接到直流電源的正負極端子。電抽頭用于把正負極電源端子連接到電氣設備上的輸入端。還希望從上述直流供電的天花板系統(tǒng)對例如具有直流鎮(zhèn)流器的熒光照明器材的照明器材供電。照明器材安裝在所選的一個開口中，例如直接安裝在新安裝部或已有安裝部的任何所選開口中，新的照明器材可替代同一開口內的另一照明器材，或者，可把已有照明器材從一個開口重新布置到另一開口以適合不同照明需求。照明器材可以有意或無意地以不同朝向安裝在所選開口內，也就是說，照明器材可以安裝在縱向延伸的框架組件的縱向，或者可調轉九十度，并且可以安裝在橫向延伸的框架組件的橫向。然而，由于照明器材只能由一個朝向的直流電源實現(xiàn)正確供電，另一朝向的直流電源會提供錯誤供電，所以不同朝向會為直流鎮(zhèn)流器帶來直流極性問題。具體而言，鎮(zhèn)流器的一個直流輸入正極端必須連接到直流電源的正極端，而鎮(zhèn)流器的另一直流輸入負極端必須連接到直流電源的負極端。在照明器材的一個朝向可實現(xiàn)這些正確電連接，但是在照明器材的另一朝向不能實現(xiàn)。當然，具有錯誤電連接的照明器材不能正確工作，實際上，照明器材會被損壞，因而需要修理以及/或者更換。

發(fā)明內容
簡而言之，本發(fā)明的一個特征在于用于安裝在吊頂系統(tǒng)中的照明器材的鎮(zhèn)流器結構，優(yōu)選地，照明器材具有一個或多個熒光燈和鎮(zhèn)流器，吊頂系統(tǒng)具有框架組件在天花板平面內沿縱向和橫向延伸而相互交叉并且限定多個開口的網(wǎng)格框架。在如辦公環(huán)境或家庭環(huán)境中的吊頂系統(tǒng)為直流供電，具有直流(DC)電源從而為諸如照明器材等的電氣設備供電。照明器材安裝在所選的一個開口內，而且在所選開口內能夠有意或無意地設置成不同朝向，也就是說，照明器材可以安裝在縱向延伸的框架組件的縱向，或者可調轉九十度，可以安裝在橫向延伸的框架組件的橫向。如上所述，由于在先技術的照明器材鎮(zhèn)流器只能由一個朝向的直流電源實現(xiàn)正確供電，另一朝向的直流電源會提供錯誤供電，所以這些不同的朝向會產(chǎn)生直流極性問題。具體而言，在先技術的鎮(zhèn)流器具有必須連接到直流電源正極端的一個直流輸入正極端，以及必須連接到直流電源負極端的另一直流輸入負極端。根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器結構具有連接到一對直流輸入端的自動極性保護電路，用于不管器材安裝成任何朝向都提供極性恒定的輸出直流電壓。因而，無論直流電源的正極端或負極端連接到鎮(zhèn)流器結構的哪個輸入端，產(chǎn)生的輸出直流電壓一直具有相同極性，例如為正極性。因而，照明器材在所選開口內的位置不像在先技術中那般重要。在優(yōu)選實施例中，保護電路是高效直流-直流電橋并包括第一支路和第二支路，第一支路具有類型相反的第一對金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，第二支路具有類型相反的第二對M0SFET，兩個支路在第一對MOSFET和第二對MOSFET之間橋接在一起。保護電路還包括多個齊納二極管，用于保持MOSFET的柵極偏置電壓為穩(wěn)定值。由于MOSFET的插入損耗低，因此來自保護電路的輸出直流電壓和來自直流電源的供電直流電壓的差小于十分之一伏特。這與基于二極管的傳統(tǒng)電橋相比是有利的，基于二極管的傳統(tǒng)電橋插入損耗高得多因而效率較低。 鎮(zhèn)流器結構包括主直流鎮(zhèn)流器電路，其包括由保護電路的輸出直流電壓供電的主直流鎮(zhèn)流器，用以在正常工作期間使器材中的燈被點亮；以及應急備份直流鎮(zhèn)流器電路，用以在直流電源出現(xiàn)故障的應急工作期間使器材中的燈被點亮。感測電路有益地感測直流電源故障，并在感測到該故障時啟動應急備份直流鎮(zhèn)流器電路。應急備份直流鎮(zhèn)流器電路包括電池，用于在正常工作期間被輸出直流電壓充電到充電直流電壓；以及應急直流鎮(zhèn)流器，由來自電池的充電直流電壓供電，以在應急工作期間使器材中的燈被點亮。鎮(zhèn)流器結構還包括在保護電路和應急備份直流鎮(zhèn)流器電路之間的高效直流-直流轉換器，用于轉換并把輸出直流電壓減小到減小后的直流電壓，以為鎮(zhèn)流器電路供電。直流-直流轉換器具有有源集成電路控制器芯片和低插入損耗。這和具有諸如電阻等的插入損耗高得多因而效率較低的無源元件的傳統(tǒng)轉換器相比是有利的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過如下操作執(zhí)行安裝和操作照明器材的方法，其中該照明器材可以以不同朝向安裝在由具有直流電源的直流供電的吊頂系統(tǒng)的網(wǎng)格框架的框架組件所限定的所選開口中，所述操作包括將一對直流輸入端連接到直流電源，該對直流輸入端在器材的一個朝向的情況下具有預定極性、而在器材的另一朝向的情況下具有相反極性；連接自動極性保護電路和直流輸入端，從而不管器材安裝成哪個朝向都提供極性恒定的輸出直流電壓；在正常工作期間，用來自保護電路的輸出直流電壓為包括主直流鎮(zhèn)流器的主直流鎮(zhèn)流器電路供電，以使器材中的燈被點亮；以及，在直流電源出現(xiàn)故障時，由應急備份直流鎮(zhèn)流器電路在應急工作期間使器材中的燈被點亮，該步驟包括在正常工作期間用輸出直流電壓把電池充電到充電直流電壓，并且在應急工作期間用來自電池的充電直流電壓為應急直流鎮(zhèn)流器供電以使器材中的燈被點亮。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器結構的示意電路圖。
具體實施例方式圖I是用于照明器材的示意電路圖，優(yōu)選地，照明器材具有一個或多個熒光燈，所述照明器材被安裝并支撐在由如美國專利7，661，229所述的一類直流供電的吊頂或懸頂系統(tǒng)的網(wǎng)格框架的框架組件所限定的所選開口內，框架組件在天花板平面內沿縱向和橫向延伸而相互正交并且交叉處形成通常是四邊形的多邊形開口，因而，在此通過引用并入上述美國專利的全部公開內容。通過在框架組件內沿框架組件支撐電導體或電線，把直流電源集成在天花板系統(tǒng)中。電線連接到直流電源的正極端和負極端。照明器材的輪廓和其支撐開口的輪廓互補。優(yōu)選地，開口的形狀是正方形，通常大小為2英尺X2英尺或者4英尺X4英尺。照明器材可以有意或無意地以不同朝向安裝在所選開口內，也就是說，照明器材可以安裝在縱向延伸的框架組件的縱向，或者可調轉九十度而安裝在橫向延伸的框架組件的橫向。優(yōu)選地，每個框架組件由一塊金屬板折疊并沖模而形成。每個框架組件具有大致水平的凸緣部以及垂直網(wǎng)狀部，在框架組件的水平凸緣部上沿照明器材的外圍支撐照明器材。在各個開口中還可以支撐除了照明器材以外的天花板構件，如風道、揚聲器等。用螺紋桿或天花板線使天花板系統(tǒng)相對于建筑結構的實際天花板懸掛。如上所述，由于在先技術的照明器材鎮(zhèn)流器只能由一個朝向的直流電源實現(xiàn)正確 供電，另一朝向的直流電源會提供錯誤供電，所以照明器材的這些不同朝向產(chǎn)生直流極性問題。具體而言，在先技術的鎮(zhèn)流器具有必須連接到直流電源正極端的一個直流輸入正極端，以及必須連接到直流電源負極端的另一直流輸入負極端。當然，具有錯誤電連接的照明器材不能正確工作。根據(jù)本發(fā)明的一方面，鎮(zhèn)流器結構具有連接到如24V直流的直流電源的正極端和負極端的一對直流輸入端12、14(參看圖I)，在照明器材的一個朝向下為預定極性，在照明器材的另一朝向下為相反極性。自動極性保護電路20連接到直流輸入端12、14，從而無論在器材安裝成哪個朝向的情況下都提供具有恒定極性的直流輸出電壓。因而，無論是直流電源的正極端還是負極端連接到鎮(zhèn)流器結構的輸入端12或輸入端14，輸出16所產(chǎn)生的輸出直流電壓總是具有相同極性。例如，如果向輸入端12或輸入端14施加正電壓或負電壓，那么輸出直流電壓將一直是正電壓。因而，照明器材在所選開口內的定位不像在先技術那般重要。在優(yōu)選實施例中，保護電路20是高效直流-直流電橋，包括第一支路和第二支路，第一支路具有分別為相反的P型及η型的第一對金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)QU Q3，第二支路具有分別為相反的P型及η型的第二對MOSFET Q2、Q4，這兩個支路在第一對MOSFET Ql、Q3和第二對MOSFET Q2、Q4之間橋接在一起。保護電路還包括多個齊納二極管Zl、Ζ2、Ζ3、Ζ4，用于將MOSFET Ql、Q2、Q3、Q4的柵極偏置電壓保持為穩(wěn)定值。由于MOSFET Q1、Q2、Q3、Q4的低插入損耗，在保護電路20的輸出16處的輸出直流電壓和來自直流電壓源的例如24V直流的電源直流電壓相差小于十分之一伏特。這與插入損耗高得多因而效率較低的基于二極管的傳統(tǒng)電橋相比是有利的。在工作時，如果向輸入端12施加正直流電壓，那么Ql截止、Q2導通、Q3導通、Q4截止，輸出16上的輸出直流電壓為正。如果在輸入端12施加負直流電壓，那么Ql導通、Q2截止、Q3導通、Q4截止，輸出16上的輸出直流電壓仍然為正。鎮(zhèn)流器結構還包括連接到保護電路20的直流-直流轉換器30，用于轉換輸出16處的輸出直流電壓，并且在輸出18上將該電壓減小為例如約5伏直流的減小后的直流電壓。直流-直流轉換器30具有有源集成電路控制器芯片22，并且直流-直流轉換器30的輸入損耗低。這和具有諸如電阻等插入損耗高得多、因而效率較低的無源元件的傳統(tǒng)轉換器相比是有利的。鎮(zhèn)流器結構還包括主直流鎮(zhèn)流器電路，該電路包括經(jīng)由繼電器(RE1)26由來自直流-直流轉換器30的減小后的直流電壓供電的主直流鎮(zhèn)流器24，以在正常工作時點亮照明器材中的燈。在輸出18處的減小后的直流電壓給繼電器26中的線圈28通電，線圈28把繼電器26從常閉(Normally Closed, NC)狀態(tài)切換到常開(Normally Open, NO)狀態(tài)，其中在常開狀態(tài)中，端子12、14上的直流電源電壓被施加到主直流鎮(zhèn)流器24的輸入引線，從而在正常工作時使燈被點亮。鎮(zhèn)流器結構還包括用于如下所述地感測直流電源故障的感測電路32和應急備份直流鎮(zhèn)流器電路，應急備份直流鎮(zhèn)流器電路用以在感測電路32感測到直流電源故障的應急工作期間點亮照明器材中的燈。應急備份直流鎮(zhèn)流器電路包括可再充電電池40和應急直流鎮(zhèn)流器，在正常工作時，電池40通過輸出18處的減小后的直流電壓經(jīng)過線圈28到電 池40的端子34而充電到充電直流電壓，在應急工作期間，應急直流鎮(zhèn)流器由電池端子34處的充電直流電壓供電，以使器材中的燈被點亮。應急直流鎮(zhèn)流器包括推挽振蕩器，推挽振蕩器具有一對設置成在20kHz到60kHz之間的諧振頻率振蕩的晶體管Q5、Q6。振蕩器連接在變壓器Tl的第一初級線圈42之間。變壓器T I的次級線圈44連接在燈50上。電池端子34處的充電直流電壓連接到初級線圈42的中心抽頭，從而給變壓器Tl供電并使燈50在應急工作期間被點亮。在裝運時將兩個使能連接器36、38彼此分開，但是，在安裝鎮(zhèn)流器結構時，使能連接器36、38互連，從而使得在正常工作時、在輸出18處的減小后的直流電壓能夠經(jīng)過線圈28以及互連的連接器36、38到達晶體管Q7的發(fā)射極。晶體管Q7的基極經(jīng)由感測電路32連接到輸出16處的輸出直流正電壓。晶體管Q7的集電極連接到變壓器Tl的第二初級線圈43的中心抽頭。第二初級線圈43及其端子45、47在圖I中示出兩次，以簡化該圖中的電連接。在正常工作期間，Q7偏置截止，從而防止推挽振蕩器振蕩。然而，在緊急情況下，直流電源故障，并且在輸出16處不再有輸出直流電壓。感測電路32檢測到該緊急情況，并且在該時刻Q7偏置導通，推挽振蕩器現(xiàn)在開始振蕩并激勵變壓器的第二初級線圈43，第二初級線圈43進而激勵次級線圈44。提供繼電器(RE2)46和繼電器(RE3)48以防止鎮(zhèn)流器結構在瞬間啟動模式或快速啟動模式時被損壞。每個繼電器46、48從常閉(NC)狀態(tài)切換到常開(NO)狀態(tài)，在常開狀態(tài)，鎮(zhèn)流器的一個或兩個輸出引線斷開。本發(fā)明的鎮(zhèn)流器結構實現(xiàn)的效率的量級大于90%。這和效率量級為60%到70%的在先技術鎮(zhèn)流器結構形成了對比。在所附權利要求書中提出了被認為是新穎的并且期望得到專利保護的內容。
權利要求
1.一種用于能夠以不同朝向安裝在具有直流電源的吊頂系統(tǒng)中的照明器材的鎮(zhèn)流器結構，所述鎮(zhèn)流器結構包括 主直流鎮(zhèn)流器電路，用以在正常工作期間使所述器材中的燈被點亮； 應急備份直流鎮(zhèn)流器電路，用以在所述直流電源出現(xiàn)故障的應急工作期間使所述器材中的燈被點亮；以及 連接到所述直流電源的一對直流輸入端，所述直流輸入端在所述器材的一個朝向下具有預定極性、而在所述器材的另一朝向下具有相反極性， 其中，所述直流輸入端連接有自動極性保護電路，用于不管所述器材安裝成任何朝向都提供極性恒定的輸出直流電壓； 所述主直流振蕩器電路包括由來自所述保護電路的輸出直流電壓供電的主直流振蕩器，以在正常工作期間使所述器材中的燈被點亮；以及 所述應急備份直流鎮(zhèn)流器電路包括 電池，在正常工作期間，通過所述輸出直流電壓使所述電池充電到充電直流電壓；以及 應急直流鎮(zhèn)流器，由來自所述電池的充電直流電壓供電，以在應急工作期間使所述器材中的燈被點亮。
2.根據(jù)權利要求I所述的鎮(zhèn)流器結構，其中，所述保護電路是高效直流-直流電橋并且包括第一支路和第二支路，所述第一支路具有彼此類型相反的第一對金屬氧化物半導體場效應晶體管即MOSFET，所述第二支路具有彼此類型相反的第二對MOSFET，所述第一支路和所述第二支路在所述第一對MOSFET和所述第二對MOSFET之間橋接在一起。
3.根據(jù)權利要求2所述的鎮(zhèn)流器結構，其中，所述保護電路包括多個齊納二極管，所述齊納二極管用于將MOSFET的柵極偏置電壓保持為穩(wěn)定值。
4.根據(jù)權利要求2所述的鎮(zhèn)流器結構，其中，由于所述高效直流-直流電橋的MOSFET的插入損耗低，所述保護電路的輸出直流電壓和來自所述直流電源的供電直流電壓的差小于十分之一伏特。
5.根據(jù)權利要求I所述的鎮(zhèn)流器結構，還包括在所述保護電路和所述應急備份直流鎮(zhèn)流器電路之間的高效直流-直流轉換器，所述轉換器用于轉換輸出直流電壓并把所述輸出直流電壓減小為減小后的直流電壓，從而為鎮(zhèn)流器電路供電。
6.根據(jù)權利要求5所述的鎮(zhèn)流器結構，其中，所述直流-直流轉換器具有有源集成電路控制器芯片和低插入損耗。
7.根據(jù)權利要求I所述的鎮(zhèn)流器結構，還包括感測電路，所述感測電路用于感測直流電源故障并在感測到該故障時啟動所述應急備份直流鎮(zhèn)流器電路。
8.根據(jù)權利要求I所述的鎮(zhèn)流器結構，還包括外殼，所述外殼用于將所述鎮(zhèn)流器結構以任何朝向支撐在所述吊頂系統(tǒng)的框架的開口中。
9.根據(jù)權利要求I所述的鎮(zhèn)流器結構，其中，所述燈是熒光燈，而且所述熒光燈器材能夠以不同朝向安裝在由所述吊頂系統(tǒng)的網(wǎng)格框架的框架組件所限定的開口中。
全文摘要
用于照明器材的高效鎮(zhèn)流器結構，所述鎮(zhèn)流器結構具有自動極性保護電路，用于不管器材在具有直流電源的直流供電的吊頂系統(tǒng)中安裝成任何朝向都提供極性恒定的輸出直流電壓。主直流鎮(zhèn)流器電路包括由來自保護電路的輸出直流電壓供電的主直流振蕩器，以在正常工作期間使器材中的燈被點亮。應急備份直流鎮(zhèn)流器電路包括電池，在正常工作期間被輸出直流電壓充電到充電直流電壓；以及應急直流鎮(zhèn)流器，由來自所述電池的充電直流電壓供電，以在應急工作期間使器材中的燈被點亮。
文檔編號H02H3/26GK102884694SQ201180022771
公開日2013年1月16日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權日2010年5月6日
發(fā)明者A·曼蓋拉希納 申請人:Nextek電力系統(tǒng)公司