本发明一般地涉及用于驱动大电流负载的直流电源，并且更具体 地涉及包括可以充电的后备电池的电源。

自动门以多种多样的构造实现，诸如推拉门、旋转格板门、折叠 门和十字形旋转门。为了安全和防火的目的经常需要自动门。例如， 包括一个或多个折叠型门的自动门系统可以用作安全和/或防火门。这 些自动门配置成基于触发器诸如安全或防火指示器自动地打开或关 闭。结果，自动门包括控制电子器件和一个或多个电动机以控制门的 移动。该电动机和附带的控制电子器件必须由电源驱动。许多自动门 包括耦合到传统交流(AC)电源的常规电源，所述传统交流电源将 AC电源转换成适合电动机和控制电子器件使用的直流(DC)电源。
但是，在许多紧急情况下可能得不到可靠的AC电源。为了提供 可靠的电力，许多自动门包括与后备电池连接的常规AC/DC转换器 电源，当AC电源被损害时就切换到后备电池。此外，在有些情况下， 用于自动门的电源可以包括用于通过AC/DC转换器电源使电池保持 在充满状态的电池充电器。
为了向自动门的电动机和附带的控制电子器件提供电力，需要提 供一种可以从常规AC电源和后备电池提供电力的、更可靠和效率更 高的电源。

本发明提供在控制和推动自动门时有用的、用于提供电池充电且 同时提供以电池为后备的电力的装置和方法。本发明还提供用于提供 电池的高效率现场充电以及AC/DC电源转换器的高效率现场测试的 装置和方法。
本发明的一个实施例是一种提供以电池为后备的电力的方法。该 方法包括提供用于从交流(AC)输入产生直流(DC)输出的电力变 换器(power converter)。可以选择性地使DC输出与启用的(enabled) DC输出去耦合从而可以为了可接受的现场操作而监测DC输出。可以 选择性地把启用的DC输出耦合到电池的电池输出端。该方法还包括 通过控制启用的DC输出与电池输出的选择性耦合，检测启用的DC 输出与电池输出之间的充电电流以用脉宽调制操作控制电池的充电。 在逻辑或构造中把启用的DC输出与电池输出耦合以产生电源输出， 其提供在启用的DC输出启用时来自该启用的DC输出以及来自电池 的电流。
在本发明的另一个实施例中，有后备电池的电源包括具有交流 (AC)输入和直流(DC)输出的电力变换器。第一二极管以正向偏 置构造可操作地耦合在DC输出和偏置DC输出之间。电源开关配置 成用于选择性地把偏置DC输出耦合到电源输出使得可以为了可接受 的电力变换器现场操作而监测DC输出。电池开关配置成用于选择性 地把电源输出耦合到电池充电信号，且电池可操作地耦合在地和电池 输出之间。电流传感器可操作地串联耦合在电池充电信号和电池输出 之间。第二二极管可操作地耦合在电池输出和电源输出之间。控制器 配置成用于通过用脉宽调制操作控制电池开关来对电池充电，并用于 控制电源开关以引起在偏置DC输出与电源输出之间选择性的耦合。
在本发明的另一个实施例中，可移动隔断系统包括有后备电池的 电源、以及可操作地耦合到电源输出且包括配置用于打开和关闭可移 动隔断的电动机的可移动隔断控制器。取决于例如电动机的所期望的 应用，可移动隔断系统可以包括其它部件。例如，在一个实施例中电 动机可以可操作地耦合到可移动隔断的一部分以便展开和缩回或者移 动隔断。这样的隔断可以包括例如具有多个铰链连接的格板的折叠型 门。在一个具体例子中，该隔断可以配置成防火屏障。当然，正像本 领域普通技术人员将会认识到的那样，该系统可以包括其它部件和构 造用于其它应用。
附图说明
在说明本发明的实施例的附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的可移动隔断的正视图；
图2是图1所示的可移动隔断的平面图；
图3是图1和2所示的可移动隔断的立体图；
图4是根据本发明的实施例的有后备电池的电源的框图；
图5是说明用于根据本发明的实施例对电池充电的脉宽调制操作 的流程图；以及
图6是说明用于根据本发明的实施例对有后备电池的电源的不同 方面进行操作的整体流程的例子的流程图。

本发明提供在控制和推动自动门时有用的、用于提供电池充电且 同时提供以电池为后备的电力的装置和方法。本发明还提供用于提供 电池的高效率现场充电以及AC/DC电源转换器的高效率现场测试的 装置和方法。
在下面的描述中，电路和功能可能以框图形式示出以避免因不必 要的细节而曲解本发明。反过来讲，在此除非特别指出，示出和描述 的具体电路方案仅是例子，并不应理解为是实现本发明的唯一方式。 对于多数部分，有关定时考虑等的细节被省略，因为这些细节对于完 整地理解本发明不是必需的，而且它们也在相关领域普通技术人员的 能力范围之内。
为了更清楚地展示和描述，有些附图可能把信号说明成是单个信 号。本领域普通技术人员会理解，该信号可能代表总线上的所有信号， 其中该总线可能具有各种位宽度，并且本发明可以基于任意数目的数 据信号(包括单个数据信号)进行实现。
参照图1～3，分别示出了可移动隔断100的正视图、平面图和立 体图。应当注意，为了更清楚和简单地示出所述实施例的各个方面， 把某些结构或部件的各个部分进行部分地分割。在图1～3所示的例子 中，可移动隔断100可以是折叠门的形式。在某些实施例中，隔断100 可以用作例如安全门、防火门或兼作二者。在另一些实施例中，该隔 断不必用作防火门或安全门，而是可以用于简单地把较大的空间划分 成较小房间或区域。
隔断100可以形成为具有多个格板102，这些格板102通过铰链 或其它类似铰链的结构104以格板102和铰链结构104相交替的方式 相互连接起来。各单个格板102的铰链连接使得格板能相对于彼此以 折叠或折扇方式折叠起来，使得当隔断处于缩回或折叠状态时隔断100 可以被紧凑地贮存到诸如在建筑物的第一壁108A中形成的匣腔106 中。
当在展开状态下时，隔断100可以从第一壁108A延伸到第二壁 108B以用作屏障(例如，防火或安全屏障)或把一个区域或房间分割 成多个房间110A和110B。当需要把隔断100从收藏状态展开到延伸 位置时，例如为了在火灾中保护一片区域，隔断100可以沿跨过该空 间的悬架轨道(overhead track)112(见图3)被推动以提供适当的 屏障。当在展开或延伸状态下时，隔断100的前缘(图示为凸导柱114) 可以与侧柱或门柱116互补或匹配地接合起来，该侧柱或门柱116可 以形成在建筑物的第二壁108B内。
在图2中可以最清楚地看出，隔断100可以包括第一屏障或结构 118A和第二屏障或结构118B，它们都包括多个格板102，这些格板 102通过铰链或类似铰链的结构104相互耦合。第二结构118B在横向 上与第一结构118A分隔开来。这样的构造可以用作防火门，其中一 个结构(例如，结构118A)用作主要防火防烟屏障，两个结构118A 和118B之间的空间120用作绝缘或缓冲区，且另一个结构(例如， 结构118B)用作次要防火防烟屏障。为了在隔断用于把一个较大空间 划分成多个较小房间时提供声屏障，这样的构造也是有用的。
可以用各种手段把隔断100从收藏状态移动到展开状态以及从展 开状态移动到收藏状态。在一个实施例中，可以用适当的致动器移动 隔断100。例如，驱动器可以包括与皮带轮或齿轮123耦合的电动机 122，皮带轮或齿轮123配置成驱动传送构件如皮带或链条124。
皮带或链条124的一部分可以耦合到配置成沿轨道112行进的滑 接轮125上。滑接轮125可以耦合到隔断100的一个部件诸如导柱114 上。由此，电动机122和皮带或链条124在第一方向上的致动导致滑 接轮125和导柱114的移动，从而可以展开隔断。电动机122和皮带 或链条124在第二方向上的致动导致滑接轮125和导柱114的移动， 从而可以缩回隔断。
另外，可以与这样的驱动器一起使用各种各样的传感器、开关和 控制电子器件以参与隔断100的控制。这些电子部件可以泛称和总称 为可移动隔断控制器140。虽然图示为第一壁108A上的盒子，但本领 域普通技术人员会认识到，传感器、开关和其它控制电子部件可以分 布在可移动隔断100内和周围的各个位置。作为控制电子器件的例子， 如图1所示，当用作防火门时，隔断100可以包括开关或致动器128， 通常称为“太平门闩”。致动器128的致动允许位于隔断100一侧(例 如在房间110A内)的人打开隔断100(如果它是关闭的)，或者停止 隔断100(如果它正在关闭)，以在预定时间段内提供出入由隔断100 形成的屏障的通道。
应当注意，尽管上述描述已经更多地针对包括从第一壁108A延 伸到第二壁108B的单个隔断100的实施例，但也可以使用其它的可 移动隔断。例如，正像本领域普通技术人员会认识到的那样，可以使 用双门的或两个部分的隔断构造，其中两个类似构造的隔断延伸跨过 空间并结合在一起以形成适当的屏障。
电动机122和可移动隔断控制器140需要电力来操作，该电力由 电源提供，电源可以放置在本地，例如，可能在匣腔106内的某位置 上。作为替代方案，电源也可以远离可移动隔断100放置，电源线从 有后备电池的电源连到电动机122和可移动隔断控制器140。
图4是根据本发明的实施例的有后备电池的电源200的框图。有 后备电池的电源200包括具有交流(AC)输入205和直流(DC)输 出212的电力变换器210。包括电池260，其连接在地和电池输出264 之间。电池配置成用于在电力变换器210被去除、不能操作或不能提 供足够的电压电平时向电源输出296提供电流。
电力变换器210可以是任何合适的AC到DC电源，诸如常规的 开关式电源。AC输入205通常可以是常规的60Hz标称115伏AC电 力信号。仅举例来说而不是限制，DC输出212可以是适合向可移动 隔断系统中的12伏或24伏DC电动机提供电力的、电压为诸如约15 伏或约28伏的相对高的电流输出。
电池260可以是适合输送适于驱动可移动隔断系统的电动机122 的相对高的电流的任何电池。举例来说而不是限制，合适的电池可以 包括铅酸电池和阀调节的铅酸电池，诸如凝胶电池和可溶性玻璃垫电 池。当然，虽然表示为单个电池，但本领域普通技术人员会认识到， 为了产生适当的电压和电流电平，电池260可以配置为串联、并联或 串并联组合地连接的多个电池。
第一二极管D1连接在DC输出212和偏置DC输出214之间， 且以正向偏置方向连接到DC输出212。类似地，第二二极管D2连接 在电池输出264和偏置电池输出266之间，且以正向偏置方向连接到 电池输出264。电源开关S1串联连接在偏置DC输出214和启用的 DC输出216之间。结果，当电源开关S1闭合时，偏置DC输出214 和偏置电池输出266耦合在一起，以便以逻辑或构造驱动电源输出 296。与许多常规的有后备电池的电源不同，这种构造无需用来在电源 输出和电池输出之间进行选择的转接开关。通过该有线“或”构造， 二极管(D1和D2)防止反向偏置电流流向电池260或电力变换器210， 并使电流能够从电池260和电力变换器210的组合输送出来。当然， 如果电池260的充电量低，则电池电压可能低，使得由电力变换器210 向电源输出296提供大部分或全部电流。类似地，如果电力变换器故 障、或者提供的电压不足、或者电源开关S1断开，则由电池260向电 源输出296提供大部分或全部电流。另外，该构造导致在高负载状态 下从其牵引电流的双源。
可以通过对电流传感器250进行采样和控制电池开关S2的控制 器220的组合对电池260进行充电。电流传感器250和电池开关S2 串联连接在启用的DC输出216和电池输出264之间。在电池开关S2 闭合时，产生具有用于对电池260充电的适合电压和电流电平的电池 充电信号255。下面将结合图5的讨论更详细地解释电池充电过程的 操作。
控制器220可以是任何合适的处理器、微控制器、现场可编程门 阵列(FPGA)或配置用于对与它们连接的各种信号进行控制和采样 并总体控制有后备电池的电源200的操作和电池充电过程的其它合适 的可编程器件。举例来说而不是限制，可以使用来自微芯片技术公司 (Microchip Technology Inc.)的PIC 18F2220微控制器。控制器220 在此可以被称为控制器、处理器或微控制器。
电流传感器250可以是霍尔效应电流传感器、电流表或其它适合 产生模拟或数字信号的电流传感器，其中该信号与流过电流传感器250 的电流量成比例。在一些实施例中，可以使用霍尔效应电流传感器来 最小化或基本消除可能在电流传感器250上产生的电压降。配置用于 产生模拟信号的电流传感器250可以与微控制器220的模拟到数字输 入耦合，以对该输入进行采样并把它转变成适合于在微控制器220上 的软件使用的数字值。产生数字信号的电流传感器250可以直接与微 控制器220上的串行或并行端口接口连接，以表示适合于在微控制器 220上的软件使用的数字值。
还可以在该串联路径中连接限流器257以限制在启用的DC输出 216和电池输出之间流动的电流量。限流器257可以是例如正温度系 数(PTC)器件。该PTC器件操作使得随着流过它的电流量增加它变 热。在预先设定的温度阈值处，PTC器件的阻抗增加以限制流过它的 电流量。当PTC器件冷却下来时，它又回到较低阻抗状态，允许更多 的电流从其流过。由此，限流器257可以保护电流传感器250使其避 免高电流，并保护电池使其避免可能在充电过程中产生问题的过大电 流。
本发明的实施例包括用于确定电力变换器210的存在和操作的机 构。可以使用输入监测器230来确定在电力变换器210上正施加足够 的AC输入205。可以使用电源监测器240来确定由电力变换器210 正产生可接受的DC输出212。以简单的形式，输入监测器230和电 源监测器240可以配置成分压器，该分压器配置成产生与输入电压成 比例的模拟输出电压的一对串联的电阻器。该分压器可以把其输入信 号的电压降到适合与微控制器220上的模拟到数字转换器输入连接的 电压。由此，微控制器220可以对来自输入监测器230的输入电压信 号232周期性地采样以确定正提供适当的AC输入205。类似地，微 控制器220可以对来自电源监测器240的电源电压信号242采样以确 定正产生可接受的DC输出212。下面将结合图6的讨论更详细地描 述DC输出212检测的操作。当然，本领域普通技术人员会认识到， 可以对输入监测器230和电源监测器240使用其它的电压监测器。举 例来说而不是限制，一个或多个监测器可以配置为模拟到数字转换器， 该模拟到数字转换器对模拟信号进行采样并把输入电压信号232和电 源电压信号242作为代表电压电平的数字输入来提供。
电池监测器270与电池输出264连接以监测电池输出264的电压。 与输入监测器230和电源监测器240类似，电池监测器270可以是把 电池电压信号272作为模拟电压向微控制器220提供的简单的分压器。 作为替代方案，电池监测器270可以是把电池电压信号272作为与电 池输出264的电压成比例的并行或串行数字信号向微控制器220提供 的另一合适的器件。
有后备电池的电源200还可以包括温度传感器280、风扇290和 通知元件292。温度传感器280可以基本上靠近电力变换器210定位 以监测电力变换器210的温度。由此，正像下面结合图6的讨论中更 详细地描述的那样，如果温度升得太高，微控制器220可以控制风扇 290的操作，或使其它合适的事件发生。可以由微控制器220操作通 知元件292以把在有后备电池的电源200的操作期间可能发生的某些 应关注的事件通知给使用者。举例来说而不是限制，通知元件292可 以是诸如扬声器、发光二极管(LED)、液晶显示器的元件或其它用 于把系统的状态通知给使用者的合适的元件。
为了便于说明，把开关S1和S2说明为简单的控制开关。举例来 说而不是限制，这些开关可以用双极晶体管、场效应晶体管、继电器、 微机电系统(MEMS)继电器或其它合适的元件实现。
图5和6示出可以作为在微控制器220上操作的计算机可执行指 令被执行的过程。除非有特别说明，描述过程的顺序不应该被理解为 是限制。此外，可以用任何合适的硬件、软件、固件(firmware)或 其组合实现这些过程。举例来说，用于执行软件过程的指令可以存储 到存储器件(未图示)中并被传送到与微控制器220耦合的存储器， 或可以作为固件以易失或非易失方式存储到微控制器220上的存储器 中。
当作为固件或软件执行时，用于执行过程的指令可以存储到计算 机可读介质上。计算机可读介质包括但不限于，磁存储器件和光存储 器件诸如磁盘驱动器、磁带、CD(压缩盘)、DVD(数字多用途盘或 数字视频盘)以及半导体元件诸如RAM、DRAM、ROM、EPROM 和闪存。
图5是说明用于根据本发明的一个实施例对电池充电的脉宽调制 操作的流程图。电池充电使用智能控制，以通过监测电池将接受的充 电电流和限制向电池施加的充电电流的时间长短来实现理想的充电条 件。通过使用脉宽调制电流，电池充电操作产生与电池将接受的充电 电流一样高的充电电流，但把随时间累积的平均充电电流限制到不高 于对正被充电的电池推荐的充电电流。
将参考图4和5描述电池充电操作300。一般而言，图4中的元 件编号是2XX形式，而图5中的元件编号是3XX形式。通过把DC 输出212设置在这样的电压来实现电池充电，该电压足以向电池输出 264输送至少与电池的浮充电电压一样高的电压。浮充电电压通常指 高到足以维持通过电池的内电阻的充电电流的电压。由此，当考虑到 可能在第一二极管D1、电源开关S1、电池开关S2、电流传感器250 以及限流器257(如果有限流器257的话)上产生的电压降时，DC输 出212应当处于足够高的电压。
此外，本发明的实施例利用脉宽调制(PWM)对电池充电。通 过PWM，电力变换器210可以在充电时段的一部分时间内提供电池 260将接受的尽可能多的电流，然后在该充电时段的剩余时间内不向 电池提供电流。结果，通过确定该充电时段内的平均电流且确保该平 均电流基本上接近电池正被充电的推荐的最大充电电流，系统可以以 非常高效但依然安全的方式对电池充电。
电池充电操作300可以作为周期性(诸如在定时软件循环内)进 行的与时间有关的事件被实现，或在发生定时事件时被实现。为了开 始操作，过程框302指示测量电池电压，其通过微控制器220读出由 电池监测器270产生的电池电压信号272进行，电池电压信号272代 表电池输出264的电压。
判定框304进行测试以查看电池260是否需要充电。该测试包括 确定电池输出264的电压是否低于要被充电的电池的浮充电电压。如 果结果为否，则控制前进至判定框316。
如果电池需要充电，则操作框306启用充电电流，这是通过控制 信号来闭合电池开关S2来完成的。在启用充电电流后的一个小的延时 后，操作框308测量充电电流。通过控制器220对来自电流传感器250 的信号采样来测量充电电流，该信号给出电池260正接受的电流的大 小的指示。
操作框310计算应向电池施加的充电脉冲占空比。换言之，确定 充电时段的循环时间。举例来说而不是限制，该充电时段可以定义为 6.6毫秒。基于系统中的电池，电池会有一个推荐的最大充电速率，其 通常用安培-小时表示。一般地，该推荐的最大充电速率表示为电池额 定值的百分比，诸如0.2＊C，其中C是以安培-小时为单位的电池额定 值。由此，如果电池额定值为18安培-小时，则平均充电速率应当维 持在3.6安培-小时附近或以下。通过使用脉宽调制，对于充电时段的 一部分时间内施加大的电流，然后对于该充电时段的剩余时间不施加 电流，使得按时间平均的电流在电池的最大充电电流额定值附近或以 下。
通过确定的充电脉宽占空比，确定充电脉冲持续时间，判定框312 等待充电脉冲持续时间结束。该持续时间可以以例如软件循环或定时 器的方式实现。
当充电脉冲持续时间结束时，操作框314禁用充电电流，这是通 过控制信号来打开电池开关S2来完成的。
判定框316进行测试以查看在系统中是否实际存在电池，这是通 过由控制器220对电池电压信号272采样来完成的，在没有电池存在 时该信号应该指示基本上接近零的电压。如果没有电池存在，则操作 框318设定指示无电池的标志。在微控制器上运行的其它软件例程可 以使用该标志。当然，测试电池存在与否的操作可以在充电操作之前 或之后进行。此外，本领域普通技术人员将会认识到，这些操作可以 被配置成使得可以在有电池存在时或没有电池存在时进行包括框306、 308、310、312、314的充电操作。
判定框320指示等待充电时段的持续时间(即，当充电电流截止 时充电时段的那一部分)完成的循环。用判定框320表示的该循环的 操作可以用多种方式完成。例如，如果微控制器220在接近充电时段 的总定时循环上操作，则判定框320要等待的周期接近于总循环时间 减去充电脉冲持续时间并减去执行总循环内的其它操作的时间。另一 方面，如果电池充电操作300配置成以规则安排的时间间隔(即充电 时段)来执行，则不需要判定框320，并且电池充电操作300会很简 单地退出，因为它将以下一个规则安排的时间间隔再次执行。
图6示出可以用于操作有后备电池的电源200的各个方面的总循 环。将参考图4和6描述总循环400。一般而言，图4中的元件编号 是2XX格式，而图6中的元件编号是4XX格式。总循环从电池充电 操作300开始，电池充电操作300的细节在图5中示出。已经说过， 如果总循环包括特定的定时循环，则在循环中每次执行一次电池充电 例程。在循环的何处执行电池充电例程并不十分重要。另一方面，如 果基于周期性定时器执行电池充电例程，则它在周期性定时器期满时 (例如，作为中断例程)就执行，不管在定时器期满时位于总循环的 哪个时间点。
操作框404指示可以作为总循环的一部分被执行的其它操作。在 此无须描述这些操作，因为它们与本发明的各方面并不相关。此外， 这些操作在总循环的何处发生并不十分重要。
判定框406测试可能已经在电池充电例程中设置的无电池标志。 如果设置了无电池标志，则操作在操作框424处继续。如果没有设置 无电池标志，则判定框412进行测试以查看是否存在AC电压。该动 作通过微控制器220读出由输入监测器230产生的输入电压信号232 执行，输入电压信号232代表AC输入205的电压。如果没有AC电 压存在，则控制转到操作框420。
如果存在AC电压，则操作框414断开电源，这是通过微控制器 220控制信号来断开电源开关S1来完成的。通过断开电源开关S1，可 以不受其它电路干扰甚至可能会改变DC输出212状态地适当地测试 输出电压。
操作框416测量电源，这是通过微控制器220读出由电源监测器 240产生的电源电压信号242来完成的，电源电压信号242代表DC 输出212的电压。
判定框418进行测试以查看电源是否适当地工作，例如，其可以 是一测试以查看采样的电源电压信号242是否位于在所用的电力变换 器210的设置和类型的预定界限内。如果电源没有适当地工作，则操 作框420设置一个或多个电源问题标志。例如，这些标志可以指示缺 少AC输入205、缺少DC输出212或它们的组合。如果电源适当地工 作，则操作框422通过微控制器220控制信号来闭合电源开关S1而重 新连接电源。
通过微控制器220对来自温度传感器280的信号采样，操作框424 测量电源内的温度。基于判定框426，如果温度太高，则操作框428 打开风扇。如果温度不是太高，则操作框430关掉风扇。该检测温度 的操作可以包括一些滞后。换言之，可以在温度超过第一温度阈值时 打开电扇，而在温度降到第二温度阈值以下时关掉电扇。
在通过操作框428或430控制风扇之后，总循环返回到电池充电 操作300并重复进行。
虽然结合特定的实施例描述了本发明，但本发明不限于这些实施 例。相反，本发明只由所附权利要求限定，它们在其范围内包括按照 在此描述的本发明的原理操作的等同器件和方法。