CN104078919A - Led灯具及其电子断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了LED灯具及其电子断路器,电子断路器串联连接在电源输入端和LED灯具之间，包括：一采样电阻，所述采样电阻的一端耦接所述LED灯具；一场效应晶体管，所述场效应晶体管的源极耦接所述电源输入端，栅极耦接所述采样电阻的另一端；一电流检测芯片，所述电流检测芯片包括：一电流检测放大器和一电压比较器，所述电流检测放大器的两根检测引脚分别耦接所述采样电阻的两端，所述电流检测放大器的输出引脚耦接一LED电流AD转换端口并且通过一电阻分压网络接地，所述电压比较器的闭锁输出引脚耦接所述场效应晶体管的漏极；本发明对LED灯具上的电流进行限制，当过流时及时断开电源和负载的连接，并能检测LED的实时工作电流。
Description
技术领域
本发明涉及电子断路器领域，特别是LED灯具及其电子断路器。
背景技术
传统的机械式热断路器在响应时间、精确度等方面都远远不能适用于保护LED。故本发明设计了一种适用于LED灯具的电子断路器，同时此断路器又能实时提供LED的电流参数。
中国专利公开号：CN201726097U公开了一种具有电流变化检测及控制功能的断路器。它是在绝缘外壳中,电流互感器、整流滤波器、MPU单片机、交流接触器、声光报警装置、断路电流值设定装置、电流增加断路值设定装置相连接。可以设定断路器的断路电流及电流增加值的大小。当电路中电流及电流增加值的大小超过设定的值时,可以对电路实施断路控制。
有鉴于此，发明人提供了LED灯具及其电子断路器。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的提供了LED灯具及其电子断路器，克服了现有技术的困难，对LED灯具上的电流进行限制，当过流时及时断开电源和负载的连接，同时又能检测LED的实时工作电流。
根据本发明的一个方面，提供一种适用于LED灯具的电子断路器，串联连接在电源输入端和LED灯具之间，包括：一采样电阻，所述采样电阻的一端耦接所述LED灯具；一场效应晶体管，所述场效应晶体管的源极耦接所述电源输入端，栅极耦接所述采样电阻的另一端；一电流检测芯片，所述电流检测芯片包括：一电流检测放大器和一电压比较器，所述电流检测放大器的两根检测引脚分别耦接所述采样电阻的两端，所述电流检测放大器的输出引脚耦接一LED电流AD转换端口并且通过一电阻分压网络接地，所述电压比较器的闭锁输出引脚耦接所述场效应晶体管的漏极；当所述电流检测放大器检测并放大所述采样电阻的电流后，通过所述电阻分压网络进入所述电压比较器，当所述采样电阻的电流超过预设值时，所述电压比较器的闭锁输出引脚从低电平变为高电平，所述场效应晶体管被截止。
优选地，还包括一个三极管，所述三极管的集电极耦接所述场效应晶体管的漏极，所述三极管的发射极耦接所述电压比较器的闭锁输出引脚，所述三极管的基极接地。
优选地，所述电压比较器的闭锁输出引脚与所述三极管的发射极之间串联一个第三电阻。
优选地，所述三极管的基极串联一个第四电阻后接地。
优选地，所述三极管是NPN型晶体管。
优选地，所述电阻分压网络包括两个电阻，所述电流检测放大器的输出引脚串联一个第一电阻后耦接所述电压比较器的同相输入端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地。
优选地，所述电压比较器耦接一接地的复位开关。
优选地，所述采样电阻的阻值小于等于1欧姆。
优选地，所述采样电阻的阻值是0.1欧姆。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种包括上述的电子断路器的LED灯具。
背景技术中的对比文件（中国专利公开号：CN201726097U）主要是通过多个集成电路、单片机，进行***工作来实现的，并通过电流接触器来实现电源线路的断开；而本申请则是通过高精度电阻和经典电流检测芯片来实现该功能，并通过晶体管来是是实现电源线路的断开。本申请与对比文件相比，两者的实施方式不同，本申请使用的芯片更少，集成度更高，实现的成本更低。
与现有技术相比，由于使用了以上技术，本发明的LED灯具及其电子断路器对LED灯具上的电流进行限制，当过流时及时断开电源和负载的连接，同时又能检测LED的实时工作电流。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的，本发明的适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器的电路原理图；以及
图2示出根据本发明的一个具体实施方式的，本发明的适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器的电路图。
附图标记
1 电流检测芯片
101 电流检测放大器
102 电压比较器
2 采样电阻
3 三极管
4 场效应晶体管4
5 复位开关
6 LED驱动模块
7 LED灯具
8 第一电阻
9 第二电阻
10 LED电流AD转换端口
11 第三电阻
12 第四电阻
13 第五电阻
VIN 电源输入端
具体实施方式
本领域技术人员理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的，本发明的适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器的电路原理图。如图1所示，本发明提供了一种适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器，串联连接在电源输入端VIN和LED灯具7之间，包括一电流检测芯片1、一场效应晶体管4、电阻分压网络以及一采样电阻2。场效应晶体管4的源极耦接电源输入端VIN，栅极耦接采样电阻2的一端，采样电阻2的另一端耦接LED灯具7。电流检测芯片1中包括一个电流检测放大器101和一个电压比较器102，电流检测放大器101的两根检测引脚分别耦接采样电阻2的两端，电流检测放大器101的输出引脚通过一电阻分压网络耦接电压比较器102的同相输入端，电压比较器102的闭锁输出引脚耦接场效应晶体管4的漏极。当电流检测放大器101检测并放大采样电阻2的电流后，通过电阻分压网络进入电压比较器102，当采样电阻2的电流超过预设值时，电压比较器102的闭锁输出引脚从低电平变为高电平，场效应晶体管4被截止，从而实现电子断路器的功能。而且，电流检测放大器101的输出引脚耦接一LED电流AD转换端口10，从而兼具实现电流检测功能。电阻分压网络包括两个电阻，电流检测放大器101的输出引脚串联一个第一电阻8后耦接电压比较器102的同相输入端，电压比较器102的同相输入端还耦接一个接地的第二电阻9。电压比较器102耦接一接地的复位开关5。
实际使用中，在保证采样输出不至于太小的前提下，采样电阻2的阻值越小，测量结果越精确。所以，采样电阻2的阻值小于等于1欧姆。最优选地，采样电阻2的阻值是0.1欧姆。
图2示出根据本发明的一个具体实施方式的，本发明的适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器的电路图。如图2所示，本实施例中，采用的电流检测芯片1为电流检测比较芯片。
本实施例中，电流检测比较芯片中相应的引脚应用关系如下：
电流检测比较芯片中的RS+引脚和RS-引脚为电流检测放大器101的两根检测引脚,用以共同检测采样电阻2的电流。
电流检测比较芯片中的COUT引脚为电压比较器102的闭锁输出引脚。
电流检测比较芯片中的VCC引脚为芯片供电引脚，VCC引脚通过一第五电阻13连接电源输入端VIN。在另一个实施例中，VCC引脚也可以直接通过一个直流电源而接地。VCC引脚的工作电压范围是2.7至28V。
电流检测比较芯片中的RESET引脚为电压比较器102的复位引脚。
电流检测比较芯片中的OUT引脚为电流检测放大器101的输出引脚。
电流检测比较芯片中的CIN引脚为电压比较器102的同相输入端。
本实施例中，假设驱动模块输出是28V DC，需要设定的电流门限为1A。由于电流检测比较芯片中COUT引脚输出最高只有5V，所以本发明的电子断路器还包括一个扩展电压的三极管3，三极管3的集电极耦接场效应晶体管4的漏极，三极管3的发射极耦接电压比较器102的闭锁输出引脚，三极管3的基极接地。电压比较器102的闭锁输出引脚与三极管3的发射极之间串联一个第三电阻11。三极管3的基极串联一个第四电阻12后接地。同时，由于电流检测比较芯片中CIN引脚的输入门限为600mV,可以通过电阻分压网络自行设置电流门限。
本实施例中的适用于LED灯具的兼有电流检测功能的电子断路器的运行原理如下：
请同时参考图1和图2，电流检测比较芯片中包含了电流检测放大器101和电压比较器102。第一电阻8的阻值是27千欧。第二电阻9的阻值是12千欧。第三电阻11的阻值是10千欧。第四电阻12的阻值是100千欧。三极管3是NPN型三极管。
本发明采用一个电流检测芯片为核心搭建电路。巧妙地设计外部电路，实现检测LED电流兼过流保护的功能，相当于一个电子断路器。为了能检测到可能出现的驱动模块异常，电路模块必须接在驱动与灯具之间。电流检测放大器101外接一个高精度的采样电阻2，采样电阻2与LED灯具7串联，则流过采样电阻2的电流与LED电流相同。通过外部采样电阻2对LED电流进行采样，通过芯片内部的运算，与内部基准电压比较后判断LED电流是否超出电流门限。若是超出电流门限，芯片通过一个闭锁输出引脚，输出一个高电平，此时通过外部的场效应晶体管4，即可将电源线路断开，保护LED灯具7不受损害。在检查出错误之后，可以重置电子断路器，使灯具恢复正常工作。
采样电阻2的作用如下：电流检测芯片需要外接一个采样电阻2，接在RS+和RS-引脚之间。采样电阻2必须是高精度的，以保证采样的精度。另外，电阻阻值应该尽可能低，因为它直接串联在供电回路，阻值过大会产生很大功耗，功耗过大电阻会发热从而使阻值产生较大变化。阻值一般在1欧以下，此处选用0.1欧。
电流检测输出：芯片对采样电阻2上的压降有一个几十倍到上百倍的增益，然后在OUT引脚输出。其计算公式如下：
ILED=VOUT/(Gain·RSENSE)
其中，VOUT为OUT引脚的输出电压值，Gain为芯片增益倍数，此处我们选用的增益为20伏/伏，RSENSE为检流电阻的阻值，ILED为LED灯具7上的电流值，即采样电阻2上的电流值。所以当ILED到达极限值1安时,VOUT为
VOUT=ILED·Gain·RSENSE=2V
同时，OUT引脚可以接AD转换端口，提供LED的实时电流，可以监测LED的工作状态。
电流门限的设置：本实施例中的电压比较器102的基准电压为600毫伏，由电压比较器102中的内部电路作为标准源，则芯片CIN引脚的输入门限为600毫伏，通过OUT和CIN上的第一电阻8、第二电阻9组成的分压网络，可以根据实际需要自行设置电流门限。本实施例中的，分压网络满足第一电阻8的阻值/第二电阻9的阻值=2.3即可使电流门限为1安，此处第一电阻8、第二电阻9分别为27千欧、12千欧。
断路控制电压范围的扩展：根据芯片数据资料显示，COUT的输出最高只有5伏，并不适用于28伏供电的电路。所以本发明使用一个通用的NPN晶体管，将电压范围扩展到28伏。
断路控制：当电流超过门限的时候，COUT引脚会由低电平变为高电平，可以让COUT控制一个场效应晶体管4从而控制线路的通和断。当电路工作正常时，COUT输出为低电平，NPN导通，场效应晶体管4也随着导通。而当电流超过门限的时候，COUT输出高电平（并一直维持高电平），NPN截止，场效应晶体管4也随着截止，供电线路被截断，LED灯具7被保护。
断路器的重置：若线路故障排除，用低电平触发RESET引脚可以使断路器重置，COUT重新输出低电平，线路导通。
当然，将本发明中的电流检测比较芯片换为其它型号的带有电流检测放大器和电压比较器的芯片和/或在本发明的电路中增减电阻、调整阻值等改造均落在本发明的保护范围之内。
综上可知，本发明的LED灯具及其电子断路器对LED灯具上的电流进行限制，当过流时及时断开电源和负载的连接，同时又能检测LED的实时工作电流。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种适用于LED灯具的电子断路器，串联连接在电源输入端（VIN）和LED灯具（7）之间，其特征在于包括：
一采样电阻（2），所述采样电阻（2）的一端耦接所述LED灯具（7）；
一场效应晶体管（4），所述场效应晶体管（4）的源极耦接所述电源输入端（VIN），栅极耦接所述采样电阻（2）的另一端；
一电流检测芯片（1），所述电流检测芯片（1）包括：一电流检测放大器（101）和一电压比较器（102），所述电流检测放大器（101）的两根检测引脚分别耦接所述采样电阻（2）的两端，所述电流检测放大器（101）的输出引脚耦接一LED电流AD转换端口（10）并且通过一电阻分压网络接地，所述电压比较器（102）的闭锁输出引脚耦接所述场效应晶体管（4）的漏极；
当所述电流检测放大器（101）检测并放大所述采样电阻（2）的电流后，通过所述电阻分压网络进入所述电压比较器（102），当所述采样电阻（2）的电流超过预设值时，所述电压比较器（102）的闭锁输出引脚从低电平变为高电平，所述场效应晶体管（4）被截止。
2.如权利要求1所述的电子断路器，其特征在于：还包括一个三极管（3），所述三极管（3）的集电极耦接所述场效应晶体管（4）的漏极，所述三极管（3）的发射极耦接所述电压比较器（102）的闭锁输出引脚，所述三极管（3）的基极接地。
3.如权利要求2所述的电子断路器，其特征在于：所述电压比较器（102）的闭锁输出引脚与所述三极管（3）的发射极之间串联一个第三电阻（11）。
4.如权利要求2所述的电子断路器，其特征在于：所述三极管（3）的基极串联一个第四电阻（12）后接地。
5.如权利要求2所述的电子断路器，其特征在于：所述三极管（3）是NPN型晶体管。
6.如权利要求1所述的电子断路器，其特征在于：所述电阻分压网络包括两个电阻，所述电流检测放大器（101）的输出引脚串联一个第一电阻（8）后耦接所述电压比较器（102）的同相输入端和第二电阻（9）的一端，第二电阻（9）的另一端接地。
7.如权利要求1所述的电子断路器，其特征在于：所述电压比较器（102）耦接一接地的复位开关（5）。
8.如权利要求1所述的电子断路器，其特征在于：所述采样电阻（2）的阻值小于等于1欧姆。
9.如权利要求8所述的电子断路器，其特征在于：所述采样电阻（2）的阻值是0.1欧姆。
10.一种包括权利要求1至9中任一项所述的电子断路器的LED灯具。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |