CN102573203A - 用于led应用的漏电保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动LED装置的电子电路，所述电子电路包括LED、用于向LED阵列供应电流的驱动器、以及一个或两个电流检测模块，所述一个或两个电流检测模块连接至LED阵列的一端或两端，用于检测电流水平并且将所检测到关于电流水平的信号发送到驱动器，所述驱动器会根据来自一个或两个电流检测模块的反馈信号，当检测到在LED阵列的任一侧出现故障时，立即断开电路。

Description

用于LED应用的漏电保护装置
技术领域
本发明涉及一种漏电保护装置或断路器。更具体地说，本发明涉及一种用于LED应用的漏电保护装置或断路器。
背景技术
LED照明引擎近年来变得日益盛行。LED照明引擎不仅提供了更长的寿命，而且以低功耗工作，既节省能量，亦更为环保。LED可以应用在很多领域，例如包括一般照明、室内和室外的装饰性照明、安全系统、以及替换诸如荧光灯和卤素灯之类的现有光源。
为了增加在相同功率下的LED亮度(1m/W)，已经有越来越多的研究正在进行，并同时提出了许多驱动方案。然而，对LED应用的安全方面的关注相对较小。在实际使用中，除了现有一般适用的安全认证测试(这种测试必然需要复杂的集成控制器和/或感测模块或元件)外，并没有专门为LED应用而设计，简单但能够确保在任何情况下LED产品都不会对使用者造成伤害的安全测试或措施，特别是当LED产品用于替换现有基础设施中使用的产品时。一个很好的例子是使用LED管(阵列)代替荧光管。因此，现实上需要开发一种专用于LED应用的新漏电保护装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电子电路，所述电子电路包括：(a)具有两端并包括至少一个LED的LED阵列；(b)用于向所述LED阵列供应电流的驱动器；(c)连接至所述两端中的一端的第一电流检测模块，所述第一电流检测模块用于检测电流水平并且将所检测到的基于所述电流水平之信号发送至所述驱动器。
根据一个实施方式，所述驱动器包括逻辑单元，所述逻辑单元在从所述第一电流检测模块接收到一定信号时会停止电能供应。
根据一个实施方式，所述电子电路还包括连接至所述两端中的另一端之第二电流检测模块，所述第二电流检测模块能够检测电流水平并且能够将检测到的基于所述电流水平的信号发送到所述驱动器。
根据一个实施方式，所述驱动器根据分别从所述第一电流检测模块和所述第二电流检测模块接收的信号决定是否停止电能供应。
在一个实施方式中，所述电子电路是降压拓扑结构。
在一个实施方式中，所述电子电路是反激拓扑结构。
在一个实施方式中，所述电子电路是正激变换器拓扑结构。
在一个实施方式中，所述驱动器是开关型的。
在一个实施方式中，所述驱动器是非开关型的。
在一个实施方式中，所述驱动器是线性驱动器。
在一个实施方式中，所述LED阵列与电力网隔离。
在一个实施方式中，所述LED阵列不与电力网隔离。
在所附权利要求中具体阐明表征本发明的各种新颖性特征，这些权利要求形成该公开的一部分。为了更好地理解本发明、本发明的操作优点以及通过使用本发明所达到的具体目的，将参照附图和如下说明，其中附图和如下说明图示描述了本发明的优选实施方式。
附图说明
图1描绘出了利用本发明的断路器保护的LED阵列的一般结构，所述断路器具有单点电流检测配置。
图2描绘出了本发明的具有两点电流检测配置之断路器。
图3描绘出了驱动LED的示例性升压(增压)电路拓扑结构，所述电路拓扑结构采用了本发明的具有两点电流检测配置的断路器。
图4描绘出了以LED阵列替换荧光管时所使用的，具有本发明的断路器之电路。
图5描绘出了表示在发生漏电时触发保护的波形，Ch1是LED电流，Ch2是APFC IC U1的VCC电压。
具体实施方式
图1描绘出了利用本发明所制作的断路器保护之LED阵列的基本结构。该断路器包括电流检测元件和驱动器。在该实施例中，交流输入电压通过桥式整流器之后转变为直流，然后再通过驱动器电路。驱动器将电能输送至通常采用恒流配置的LED阵列。流过LED的电流通过从电流检测元件/模块接收控制信号来控制。所述电流检测元件/模块连续不断地监测LED电流并通常与LED阵列串联布置。如果驱动器根据来自电流检测模块的信号确定系统处于故障条件下，其将停止电能输送并将电路断开。所使用的驱动器和电流检测元件或模块都是传统设计，并且对本领域技术人员来说是已知的。而选择适当的驱动器和电流检测模块来适应本发明的具体应用亦是在本领域的普通技术人员能力之内。
图2显示了本发明的另一个实施方式，其中断路器具有两点电流检测配置。在一些现实生活环境中，例如当替换LED管时，图1中所示的实施方式可能不够用，因为其仅仅检测阵列的一点之故障条件，但是用户替换LED管时可能会接触管的任何一端。如果在阵列的另一端发生故障，驱动器可能不知道这种情况而继续电能供应，从而对电路和/或用户造成损害。因此，本发明的特征为两点电流检测配置的实施方式之设计，可用于克服诸如上述之类的情况下所遇到的困难。在LED阵列的两端使用了两个形式或电路结构相同或不同的电流检测模块。驱动器内的逻辑单元从两个检测模块接收信号，并且仅在两个检测器都传回反映正常操作条件的信号时才允许电能供应。这样能确保当LED阵列的任一侧处于故障条件时电能供应都将停止，以保护LED装置和用户。同样，所使用的驱动器和电流检测元件或模块都是传统的设计，并且对本领域技术人员来说是公知的。而选择适当的驱动器和电流检测模块来适应本发明的具体应用在本领域的普通技术人员的能力之内。
图3是一个用于驱动LED阵列的典型升压(增压)电路，该电路采用本发明的两点电流检测断路器作为安全措施。该电路拓扑结构可以广泛地应用在大量串联连接的LED阵列，以致其总正向电压高于输入电压的情形。因而输入电压必须增压至更高电压以点亮LED。LED电流被感测并被反馈至PWM(脉宽调制)控制器，从而保持电流恒定。PWM控制器还从交流电压接收信息以达致功率因数校正。电流检测模块A和B监测流入和流出LED阵列的电流，将电流信息反馈给PWM控制器，该PWM控制器在检测到故障条件时立即停止电能传输，即切断电路的电能供应。在这种情况下，PWM控制器的作用亦变成包括本发明的断路器之逻辑单元。
图4描绘出了在用LED阵列替换荧光管时使用本发明的实际实施方式。该LED阵列包含140个LED，典型总正向电压为460V。“LH”和“LT”是在现实生活中用户可能触摸，可能发生漏电流而对用户造成伤害的地方。PWM控制器U1是在市场上能够轻易买到的有源功率因数校正(APFC)IC，诸如ST L6562。增压电路由元件T1、Q2和D3组成。T1是电感器。Q2是N沟道MOSFET，D3是超快恢复二极管或碳化硅二极管。所有这些元件或同等和替代料都可以容易地在市场上买到。Q2由APFC IC U1控制开启和关闭(开关)。交流输入电压被转换成相对恒定的直流电压，并由电容器C2和C3维持。
当C2和C3上的输出电压大于LED阵列的总正向电压时，LED将被点亮。由于LED的特性，该电压将被保持为相对恒定。流过LED的电流由电阻器R12监测，并且由APFC IC U1利用反馈网络电阻器R10和R11以及电容器C4进行调节。在该实施例中，LED电流保持在50mA。电阻器R1、R2、R3、NPN三极管Q1和齐纳二极管ZD1形成了启动模块，向APFC IC U1的电压VCC提供电能，从而启动电路。之后，APFC IC U1由电源模块供应，所述电源模块由电阻器R7、R8、二极管D1、D2和电容器C1组成。在该实施例中，APFC IC U1的VCC电压相对恒定地保持在15V。电阻器R4、R5、R6向APFC IC U1提供了必要的交流电压信息，以令有源功率因数校正正常操作。
第一电流检测模块由电阻器R9、PD1和PD2形成。PD1和PD2是光耦合器的一部分。在该实施例中，所述光耦合器是PC817。如果在点“LH”发生漏电，则电流将流过PD1并因而开启PD2。如果电流正确地流过LED以及还流过R12，则在该实施例中为MMBT2222A的NPN三极管Q3将被开启。如果在点“LT”发生漏电，Q3将被切断。因此，PD1-PD2-Q3形成了逻辑“与”电路，以确保只有当在两个检测点都没有发生漏电时，点“VS”的电压才为低。U2是比较器IC，在该实施例中，该比较器IC是TS321，在发生故障条件的情况下，U2的输出电压将是逻辑高，因而电压Vb将大于2.5V。当电压Vb大于2.5V时，APFC IC U1被禁止，因此不会有任何电能会从输入端传输至LED侧。
在如果任何一个LED变成开路的情况下，输出电压将不能自动地保持恒定并且连续地上升。为了不给用户造成伤害，输出电压由电阻R13、R14和R15监测。如果输出电压超过预定值(在该实施例中，该预定值为500V)，齐纳二极管ZD2将触发晶闸管X，并且导致APFC IC U1的VCC电压变成零。这将使APFC IC U1停止工作。只要输出电压高于预定值，电路就保持断开。
图5描绘出了表示在发生漏电时触发保护的波形。在漏电之前，LED电流(Ch1)适当恒定地保持在50mA，而APFC IC U1的VCC电压保持在15V(Ch2)。通过根据安全标准(例如UL 935)的测试程序引导，在电路操作时将500欧姆的电阻器连接至点“LH”来模拟漏电。在漏电之后，LED电流和APFC ICU1的VCC电压均变成零。电能传输立即停止。
本领域技术人员应理解，如以上实施的电路保护装置可应用于其他电路拓扑结构，诸如降压变换器、反激变换器、正激变换器等。LED阵列与电力网隔离或不隔离都可应用。另外，所述驱动器不必是开关型的，诸如线性驱动器之类的其他类型也能够采用该保护断路器。
尽管已经描述了并阐明了本发明的适用于其优选实施方式的基本新颖特征，应理解的是，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以对图示实施方式的形式和细节进行各种省略、替换和改变。本发明并不受上述实施方式的限制，这些实施方式仅仅是作为示例提供的，并且在所附权利要求限定的保护范围内可以以各种方式进行修改。

Claims (12)

1.一种电子电路，所述电子电路包括：
(a)具有两端并包括至少一个LED的LED阵列；
(b)用于向所述LED阵列供应电流的驱动器；
(c)连接至所述两端中的一端的第一电流检测模块，所述第一电流检测模块用于检测电流水平并且将所检测到的基于所述电流水平之信号发送至所述驱动器。
2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述驱动器包括逻辑单元，所述逻辑单元在从所述第一电流检测模块接收到一定信号时会停止电能供应。
3.根据权利要求1所述的电子电路，所述电子电路还包括连接至所述两端中的另一端之第二电流检测模块，所述第二电流检测模块能够检测电流水平并且能够将检测到的基于所述电流水平的信号发送到所述驱动器。
4.根据权利要求3所述的电子电路，其中所述驱动器根据分别从所述第一电流检测模块和所述第二电流检测模块接收的信号决定是否停止电能供应。
5.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路是降压拓扑结构。
6.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路是反激拓扑结构。
7.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述电子电路是正激变换器拓扑结构。
8.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述驱动器是开关型的。
9.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述驱动器是非开关型的。
10.根据权利要求9所述的电子电路，其中所述驱动器是线性驱动器。
11.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述LED阵列与电力网隔离。
12.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述LED阵列不与电力网隔离。
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