CN105072766A - 多功能应急灯电源装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

发明提供了一种多功能应急灯电源装置，包括开关电源电路、电池模块电路、控制电路和升压恒流电路。本发明将应急灯与正常照明灯整合在一起，同时兼顾应急灯和一般照明灯的双重功能，设计的应急工作状态、正常工作状态和故障错误状态这三种工作状态使LED灯实现不同电流的工作状态，更能适应各种外部环境条件。

Description

多功能应急灯电源装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种应急灯及控制方法，尤其涉及一种多功能应急灯电源装置及其控制方法，该控制方法适用于各种应急驱动电源、充电装置或发光装置等。

背景技术

应急驱动电源的用途非常广泛，现在应急电源大部分采用简单机械开关方式，断电的情况下需要手动开关。市场也有不需要手动开关，但其灯光不能调节，电池电能消耗较快，需要电池容量比较大，还有平时不亮，只有断电的情况下才亮。类似这些应急灯驱动电源电路功能单一，没有整合，不能针对各种环境状态进行控制，使用起来不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种多功能应急灯电源装置，包括开关电源电路、电池模块电路、控制电路和升压恒流电路；所述开关电源电路中采用原边反馈IC1，其包括整流滤波电路、DC-DC变换电路和直流稳压电路，所述整流滤波电路的输入端接入市电，整流滤波电路的输出端与DC-DC变换电路的输入端连接，所述直流稳压电路的输入端与DC-DC变换电路的输出端连接，所述电池模块电路的输入端与直流稳压电路的输出端连接，所述DC-DC变换电路、直流稳压电路、，所述电池模块电路的输出端与升压恒流电路的输入端连接，所述升压恒流电路的输出端连接有LED灯，整流滤波电路的输出端连接分压电阻后与控制电路输入端连接，所述控制电路包括比较器IC2和检测电路，所述检测电路连接市电的L、N两端并提供一基准电压值，所述控制电路中采用的比较器IC2对该基准电压值进行比较后提供一比较电压值，所述升压恒流电路中采用的调光IC3根据该比较电压值向LED灯输出对应的电流值。

进一步的，所述整流滤波电路包括安全电容CX1、共模电感LF1和电阻R1、R2组成的EMI滤波电路和整流桥BD1，所述DC-DC变换电路包括IC1、二极管D8以及电解电容EC6、共模电感LF2和电解电容EC7组成的滤波电路，所述直流稳压电路包括IC1、电阻R5、R6、R7和变压器；所述市电L端接保险丝F1后，经过EMI滤波电路到整流桥BD1进行整流将交流输入转为直流输出，再经电解电容EC1、EC2和二极管D1、D2、D3构成的填谷电路滤波得到高功率因数直流输出；IC1控制变压器初级绕组TR1上产生变换的交流能量并耦合到次级绕组TR3上，次级绕组TR3再经过二极管D8整流成直流，经过电解电容EC6、共模电感LF2、电解电容EC7组成的滤波电路后得到稳定的直流电压，二极管D4、电阻R3、电阻R4和电容C2组成RCD钳位吸收电路；电阻R5、R6、R7一端连接IC1的FB脚，电阻R5的另一端接变压器辅助绕组TR2，根据辅助绕组TR2和次级绕组TR3的匝比以及IC1内部FB脚为2.0V基准电压关系，提供了次级绕组TR3和初级绕组TR1的负反馈信号，使得次级绕组TR3向电池模块电路输出一个稳定的电压；电阻R9连接IC1的CS脚根据电阻R9上的电压值进行过载保护。

进一步的，所述控制电路包括电阻R23，该电阻R23的一端连接稳压二极管U1，另一端连接IC2的VCC脚，该电阻R23通过电阻R26接比较器IC2的同相端，整流桥BD1正极通过分压电阻R12、R13、R14接地，分压电阻R14另一端通过电阻R24接到比较器IC2的反相端；VCC脚连接光耦PH，并连接电阻R18和三极管Q1，三极管Q1的集电极通过电阻R20连接到电阻R14。

进一步的，所述检测电路包括L、N两端接有电容C7、电阻R22和整流桥BR2，并得到一个小电流的直流电压，通过电解电容EC5滤波和电阻R21限流接到光耦PH2，光耦PH2连接三极管Q2，三极管Q2的集电极连接调光IC3的DIM脚。

进一步的，所述直流稳压电路包括电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2，电池模块电路输出端电压V+通过电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2后得到稳定电压V1，该稳定电压V1=(2.5*R33)/R34。

进一步的，所述升压恒流电路包括电感L2、调光IC3、二极管D12和电解电容EC10，电池模块电路输出端电压V₊经电解电容EC9滤波再经由电感L2、调光IC3和二极管D12得到电压V_EC10；调光IC3的输出端与LED灯之间接有电阻R42，电阻R42两端分别连接调光IC3的ISP脚和ISN脚，电压V_EC10=V_R42+V_LED，LED灯电流I_LED=（V_ISP-V_ISN）/R₄₂；所述调光IC3的DIM脚接有电阻R39、R40，检测电压V_DIM=(V₁*R40)/(R39+R40)；电池模块电路输出端V₊通过电阻R36、R37、R38、光耦PH1和二极管D11接到调光IC3的DIM脚。

一种多功能应急灯电源装置的控制方法，包括应急工作状态、正常工作状态和故障错误状态的三个工作状态；应急灯的工作状态可通过控制调光IC3的DIM脚的检测电压V_DIM进行相应的控制；当L、N端输入电压的小于基准电压，电压V_R14<2.5V时，比较器IC2的VCC端输出高电平，光耦PH1截止；当L、N端输入电压的达到基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端翻转输出低电平，光耦PH1导通；当L、N端电压大于基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端输出低电平，使光耦PH1导通时，三极管Q1导通；光耦PH1的导通和截止电压形成防误判回差；所述基准电压V_ac=176V。

进一步的，所述LED灯为小电流工作状态时，所述应急工作状态分为两种情况，

1、L、N端输入电压小于176V且L端处于ON状态，这种状态属于电网低电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2导通，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态；

2、L、N输入电压小于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于电网无电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2截止，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM电压落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态。

进一步的，当L、N端输入电压高于176V且L端处于ON状态，这种状态属于正常工作状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当L、N端输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2导通，三极管Q2的基极电压Vb=0V，三极管Q2截止；通过调节电阻R38阻值可使V_DIM远大于2.4V，调光IC3的V_ISP与V_ISN间的钳位电压为200mv，LED灯的输出电流I_led=200mV/R42，从而实现LED灯的大电流工作状态。

进一步的，当L、N端输入电压高于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于故障错误状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2截止，三极管Q2的基级与发射级间电压V_be>0.7V，三极管Q2导通，V_DIM=0V，调光IC3不工作，LED灯不工作。

本发明的有益效果使将应急灯与正常照明灯整合在一起，同时兼顾应急灯和一般照明灯的双重功能，设计的应急工作状态、正常工作状态和故障错误状态这三种工作状态使LED灯实现不同电流的工作状态，更能适应各种外部环境条件。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的多功能应急灯电源装置的电路模块示意图；

图2是本发明的多功能应急灯电源装置的电路原理示意图；

图3是本发明的V_DIM与V_ISP-V_ISN的电压关系图。

具体实施方式

请参阅图1，是作为本发明的最佳实施例的一种多功能应急灯电源装置，包括开关电源电路、电池模块电路、控制电路和升压恒流电路；所述开关电源电路中采用原边反馈IC1，其包括整流滤波电路、DC-DC变换电路和直流稳压电路，所述整流滤波电路的输入端接入市电，整流滤波电路的输出端与DC-DC变换电路的输入端连接，所述直流稳压电路的输入端与DC-DC变换电路的输出端连接，所述电池模块电路的输入端与直流稳压电路的输出端连接，所述DC-DC变换电路、直流稳压电路、，所述电池模块电路的输出端与升压恒流电路的输入端连接，所述升压恒流电路的输出端连接有LED灯，整流滤波电路的输出端连接分压电阻后与控制电路输入端连接，所述控制电路包括比较器IC2和检测电路，所述检测电路连接市电的L、N两端并提供一基准电压值，所述控制电路中采用的比较器IC2对该基准电压值进行比较后提供一比较电压值，所述升压恒流电路中采用的调光IC3根据该比较电压值向LED灯输出对应的电流值。

请参阅图2，所述IC1采用PN8360原边反馈设计，IC2为LM385比较器，IC3为采用JW1130进行设计，U1和U2为TL431。所述整流滤波电路包括安全电容CX1、共模电感LF1和电阻R1、R2组成的EMI滤波电路和整流桥BD1，所述DC-DC变换电路包括IC1、二极管D8以及电解电容EC6、共模电感LF2和电解电容EC7组成的滤波电路，所述直流稳压电路包括IC1、电阻R5、R6、R7和变压器；所述市电L端接保险丝F1后，经过EMI滤波电路到整流桥BD1进行整流将交流输入转为直流输出，再经电解电容EC1、EC2和二极管D1、D2、D3构成的填谷电路滤波得到高功率因数直流输出；IC1控制变压器初级绕组TR1上产生变换的交流能量并耦合到次级绕组TR3上，次级绕组TR3再经过二极管D8整流成直流，经过电解电容EC6、共模电感LF2、电解电容EC7组成的滤波电路后得到稳定的直流电压，二极管D4、电阻R3、电阻R4和电容C2组成RCD钳位吸收电路，吸收变压器因漏感产生的尖峰电压，防止IC1内置MOS管击穿；电阻R5、R6、R7一端连接IC1的FB脚，电阻R5的另一端接变压器辅助绕组TR2，根据辅助绕组TR2和次级绕组TR3的匝比以及IC1内部FB脚为2.0V基准电压关系，提供了次级绕组TR3和初级绕组TR1的负反馈信号，使得次级绕组TR3向电池模块电路输出一个稳定的电压；电阻R9、R10和R11并联并连接IC1的CS脚，用来检测峰值电流。根据电阻R9上的电压值进行过载保护，当R9上的电压超过0.5V时IC1便会关断输出，产生保护，防止过载输出。

所述控制电路包括电阻R23，该电阻R23的一端连接稳压二极管U1，另一端连接IC2的VCC脚，该电阻R23通过电阻R26接比较器IC2的同相端，整流桥BD1正极通过分压电阻R12、R13、R14接地，分压电阻R14另一端通过电阻R24接到比较器IC2的反相端；VCC脚连接光耦PH，并连接电阻R18和三极管Q1，三极管Q1的集电极通过电阻R20连接到电阻R14。

所述检测电路包括L、N两端接有电容C7、电阻R22和整流桥BR2，并得到一个小电流的直流电压，通过电解电容EC5滤波和电阻R21限流接到光耦PH2，光耦PH2连接三极管Q2，三极管Q2的集电极连接调光IC3的DIM脚。

所述直流稳压电路包括电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2，电池模块电路输出端电压V+通过电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2后得到稳定电压V1，该稳定电压V1=(2.5*R33)/R34。

所述电池模块电路中的电池采用12V镍镉电池，LED灯为30V恒流输出，那么需要将12V电压升压为30V恒流输出。升压恒流电路的调光IC3的8pinEN/DIM脚可用于模拟调光，EN/DIM脚电压为V_DIM。电池模块电路中V₊为固定的电压，V_battery为电池电压，那么R31的电压为V₊-V_battery，充电电流为(V₊-V_battery)/R31。其中二极管D9为起隔离作用，防止电池倒充；二极管D10作用为当AC无交流电输入，V₊为0V，电池经D10给LED灯供电。所述升压恒流电路包括电感L2、调光IC3、二极管D12和电解电容EC10，电池模块电路输出端电压V₊经电解电容EC9滤波再经由电感L2、调光IC3和二极管D12得到电压V_EC10；调光IC3的输出端与LED灯之间接有电阻R42，电阻R42两端分别连接调光IC3的ISP脚和ISN脚，电压V_EC10=V_R42+V_LED，LED灯电流I_LED=（V_ISP-V_ISN）/R₄₂；所述调光IC3的DIM脚接有电阻R39、R40，检测电压V_DIM=(V₁*R40)/(R39+R40)；电池模块电路输出端V₊通过电阻R36、R37、R38、光耦PH1和二极管D11接到调光IC3的DIM脚。

图2中CY1和CY2为安全电容，其他未说明的电阻元件为常规设置，故不进一步阐述。

请参阅图3，当V_DIM电压范围在1.2-2.4V时，调光IC3的V_ISP-V_ISN感应电压为0-200mv，并且V_ISP-V_ISN随V_DIM增大而增大；V_DIM<1.2V时，V_ISP-V_ISN感应电压为0V；V_DIM>2.4V时，V_ISP-V_ISN感应电压为200mV。

该多功能应急灯电源装置的控制方法，包括应急工作状态、正常工作状态和故障错误状态的三个工作状态；应急灯的工作状态可通过控制调光IC3的DIM脚的检测电压V_DIM进行相应的控制；当L、N端输入电压的小于基准电压，电压V_R14<2.5V时，比较器IC2的VCC端输出高电平，光耦PH1截止；当L、N端输入电压的达到基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端翻转输出低电平，光耦PH1导通；当L、N端电压大于基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端输出低电平，使光耦PH1导通时，三极管Q1导通；光耦PH1的导通和截止电压形成防误判回差；所述基准电压V_ac=176V。

所述LED灯为小电流工作状态时，所述应急工作状态分为两种情况，

1、L、N端输入电压小于176V且L端处于ON状态，这种状态属于电网低电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2导通，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态；

2、L、N输入电压小于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于电网无电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2截止，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM电压落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态。

当L、N端输入电压高于176V且L端处于ON状态，这种状态属于正常工作状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当L、N端输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2导通，三极管Q2的基极电压Vb=0V，三极管Q2截止；通过调节电阻R38阻值可使V_DIM远大于2.4V，调光IC3的V_ISP与V_ISN间的钳位电压为200mv，LED灯的输出电流I_led=200mV/R42，从而实现LED灯的大电流工作状态。

当L、N端输入电压高于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于故障错误状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2截止，三极管Q2的基级与发射级间电压V_be>0.7V，三极管Q2导通，V_DIM=0V，调光IC3不工作，LED灯不工作。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能应急灯电源装置，其特征在于，包括开关电源电路、电池模块电路、控制电路和升压恒流电路；所述开关电源电路中采用原边反馈IC1，其包括整流滤波电路、DC-DC变换电路和直流稳压电路，所述整流滤波电路的输入端接入市电，整流滤波电路的输出端与DC-DC变换电路的输入端连接，所述直流稳压电路的输入端与DC-DC变换电路的输出端连接，所述电池模块电路的输入端与直流稳压电路的输出端连接，所述DC-DC变换电路、直流稳压电路、，所述电池模块电路的输出端与升压恒流电路的输入端连接，所述升压恒流电路的输出端连接有LED灯，整流滤波电路的输出端连接分压电阻后与控制电路输入端连接，所述控制电路包括比较器IC2和检测电路，所述检测电路连接市电的L、N两端并提供一基准电压值，所述控制电路中采用的比较器IC2对该基准电压值进行比较后提供一比较电压值，所述升压恒流电路中采用的调光IC3根据该比较电压值向LED灯输出对应的电流值。

2.根据权利要求1所述的多功能应急灯电源装置，其特征在于，所述整流滤波电路包括安全电容CX1、共模电感LF1和电阻R1、R2组成的EMI滤波电路和整流桥BD1，所述DC-DC变换电路包括IC1、二极管D8以及电解电容EC6、共模电感LF2和电解电容EC7组成的滤波电路，所述直流稳压电路包括IC1、电阻R5、R6、R7和变压器；所述市电L端接保险丝F1后，经过EMI滤波电路到整流桥BD1进行整流将交流输入转为直流输出，再经电解电容EC1、EC2和二极管D1、D2、D3构成的填谷电路滤波得到高功率因数直流输出；IC1控制变压器初级绕组TR1上产生变换的交流能量并耦合到次级绕组TR3上，次级绕组TR3再经过二极管D8整流成直流，经过电解电容EC6、共模电感LF2、电解电容EC7组成的滤波电路后得到稳定的直流电压，二极管D4、电阻R3、电阻R4和电容C2组成RCD钳位吸收电路；电阻R5、R6、R7一端连接IC1的FB脚，电阻R5的另一端接变压器辅助绕组TR2，根据辅助绕组TR2和次级绕组TR3的匝比以及IC1内部FB脚为2.0V基准电压关系，提供了次级绕组TR3和初级绕组TR1的负反馈信号，使得次级绕组TR3向电池模块电路输出一个稳定的电压；电阻R9连接IC1的CS脚根据电阻R9上的电压值进行过载保护。

3.根据权利要求1所述的多功能应急灯电源装置，其特征在于，所述控制电路包括电阻R23，该电阻R23的一端连接稳压二极管U1，另一端连接IC2的VCC脚，该电阻R23通过电阻R26接比较器IC2的同相端，整流桥BD1正极通过分压电阻R12、R13、R14接地，分压电阻R14另一端通过电阻R24接到比较器IC2的反相端；VCC脚连接光耦PH1，并连接电阻R18和三极管Q1，三极管Q1的集电极通过电阻R20连接到电阻R14。

4.根据权利要求3所述的多功能应急灯电源装置，其特征在于，所述检测电路包括L、N两端接有电容C7、电阻R22和整流桥BR2，并得到一个小电流的直流电压，通过电解电容EC5滤波和电阻R21限流接到光耦PH2，光耦PH2连接三极管Q2，三极管Q2的集电极连接调光IC3的DIM脚。

5.根据权利要求4所述的多功能应急灯电源装置，其特征在于，所述直流稳压电路包括电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2，电池模块电路输出端电压V₊通过电阻R32、R33、R34和稳压二极管U2后得到稳定电压V₁，该稳定电压V₁=(2.5*R33)/R34。

6.根据权利要求5所述的多功能应急灯电源装置，其特征在于，所述升压恒流电路包括电感L2、调光IC3、二极管D12和电解电容EC10，电池模块电路输出端电压V₊经电解电容EC9滤波再经由电感L2、调光IC3和二极管D12得到电压V_EC10；调光IC3的输出端与LED灯之间接有电阻R42，电阻R42两端分别连接调光IC3的ISP脚和ISN脚，电压V_EC10=V_R42+V_LED，LED灯电流I_LED=（V_ISP-V_ISN）/R₄₂；所述调光IC3的DIM脚接有电阻R39、R40，检测电压V_DIM=(V₁*R40)/(R39+R40)；电池模块电路输出端V₊通过电阻R36、R37、R38、光耦PH1和二极管D11接到调光IC3的DIM脚。

7.根据权利要求6所述的多功能应急灯电源装置的控制方法，其特征在于，包括应急工作状态、正常工作状态和故障错误状态的三个工作状态；应急灯的工作状态可通过控制调光IC3的DIM脚的检测电压V_DIM进行相应的控制；当L、N端输入电压的小于基准电压，电压V_R14<2.5V时，比较器IC2的VCC端输出高电平，光耦PH1截止；当L、N端输入电压的达到基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端翻转输出低电平，光耦PH1导通；当L、N端电压大于基准电压，此时电压V_R14>2.5V，比较器IC2的VCC端输出低电平，使光耦PH1导通时，三极管Q1导通；光耦PH1的导通和截止电压形成防误判回差；所述基准电压V_ac=176V。

8.根据权利要求7所述的多功能应急灯电源装置的控制方法，其特征在于，所述LED灯为小电流工作状态时，所述应急工作状态分为两种情况，

1、L、N端输入电压小于176V且L端处于ON状态，这种状态属于电网低电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2导通，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态；

2、L、N输入电压小于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于电网无电压情况，通过设置电阻R12、R13、R14阻值进行分压；当输入电压等于176V时，V_R14=2.5V；当输入电压小于176V时，电压V_R14<2.5V，光耦PH1不导通，光耦PH2截止，三极管Q2截止，通过调节电阻R39、R40的电阻比值使检测电压V_DIM电压落在1.2V-2.4V之间，实现LED灯的小电流工作状态。

9.根据权利要求7所述的多功能应急灯电源装置的控制方法，其特征在于，当L、N端输入电压高于176V且L端处于ON状态，这种状态属于正常工作状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当L、N端输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2导通，三极管Q2的基极电压Vb=0V，三极管Q2截止；通过调节电阻R38阻值可使V_DIM远大于2.4V，调光IC3的V_ISP与V_ISN间的钳位电压为200mv，LED灯的输出电流I_led=200mV/R42，从而实现LED灯的大电流工作状态。

10.根据权利要求7所述的多功能应急灯电源装置的控制方法，其特征在于，当L、N端输入电压高于176V且L端处于OFF状态，这种状态属于故障错误状态；

当输入电压等于176V时，电压V_R14=2.5V；当输入电压大于176V时，电压V_R14>2.5V，光耦PH1导通，光耦PH2截止，三极管Q2的基级与发射级间电压V_be>0.7V，三极管Q2导通，V_DIM=0V，调光IC3不工作，LED灯不工作。