CN104006323A - 一种开关电源驱动的led防爆灯 - Google Patents

Abstract

一种开关电源驱动的LED防爆灯，属于防爆照明灯具。其特征在于包括主光源支架，主光源支架底部为圆盘结构、上部为圆柱环结构，主光源支架的圆柱环通孔中配合设置圆柱体辅助光源支架，主光源支架的圆柱环表面配合设置主光源铝基板灯条，主光源LED串封装在透镜A中并安装在主光源铝基板灯条上；辅助光源支架的圆柱体表面配合设置辅助光源铝基板灯条，辅助光源LED串封装在透镜B中并安装在辅助光源铝基板灯条上；主光源支架底部的圆盘与隔爆腔配合连接，隔爆腔内安装电路板。上述一种开关电源驱动的LED防爆灯，提高了LED防爆灯可靠性的同时降低了生产成本，减小了平均故障间隔时间，维护方便。

Description

一种开关电源驱动的LED防爆灯

技术领域

本发明属于防爆照明灯具，具体为一种开关电源驱动的LED防爆灯。

背景技术

防爆电器产品主要应用在煤矿井下、石化生产车间等众多场所，其工作环境存在大量可燃介质如甲烷、煤尘、粉尘等，引起爆炸的因素很多，但主要是电气设备在运行过程中产生的火花和温度。为了防止这些火花和温度引起周围可燃性介质爆炸，就要求防爆产品必须确保内部电气线路上产生的火花和高温不传到周围介质中去，即外壳必须能承受内部爆炸压力，或者使火花熄灭、温度下降，即使传到周围介质中，也绝对不会引起爆炸。

传统的以热辐射或者气体放电型光源一般多有玻璃罩，不适合振动性强的车间，而且，相比新一代光源LED，其光效也低。LED光源是利用半导体芯片作为发光材料，封装在具有一定强度的透明材料中，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。LED发光的强弱与电流有关，能精确控制光型及发光角度，具有耐震、耐冲击不易破碎特性，而且废弃物可以回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，轻便、超薄、微型、照明产品用作光源组件，便于安装和维护。以LED 光源制作成的灯具可用于爆炸性气体环境危险区域场所中，所以LED 光源应用在防爆灯具上完全可以展示其独特一面。

LED采用直流驱动，因此对于交流供电的LED防爆灯，在交直流转换模块后还需要一个直流驱动电路中；又由于开关型直流驱动电路比线性电源电路效率高，目前LED驱动大多采用开关型的驱动电路。在开关型驱动电路中，电感作为换能元件进行储能和放电，但是，一旦其放电电路出现断路时，储存在电感中的电能将激发出很高的电动势，从而造成在电路触点或者端口上产生电火花的危险。在防爆应用中，这种电火花必须能够避免或者隔绝其与爆炸性气体或粉尘的接触。

发明内容

针对现有技术中存在上述问题，本发明的目的在于设计提供一种开关电源驱动的LED防爆灯的技术方案，正常工作时主光源LED串串发光，一旦因外部恶劣条件等原因导致LED串失效或断开时，换能电感能在产生危险高压之前切换为通过辅助光源LED串串泄流，防止危险高压引起电火花的危险。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于包括主光源支架，主光源支架底部为圆盘结构、上部为圆柱环结构，主光源支架的圆柱环通孔中配合设置圆柱体辅助光源支架，辅助光源支架底部安装在主光源支架的圆盘中间，主光源支架的圆柱环表面配合设置主光源铝基板灯条，主光源LED串封装在透镜A中并安装在主光源铝基板灯条上；辅助光源支架的圆柱体表面配合设置辅助光源铝基板灯条，辅助光源LED串封装在透镜B中并安装在辅助光源铝基板灯条上；主光源支架的圆柱环中设置主光源导线槽，辅助光源支架的圆柱环中设置辅助光源导线槽；主光源支架底部的圆盘与隔爆腔配合连接，隔爆腔内安装电路板，电路板的导线穿过主光源导线槽与主光源LED串电路连接，电路板的导线穿过辅助光源导线槽与辅助光源LED串电路连接，电路板上设置穿出隔爆腔的交流电源输入接头、交流电源输出接口。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于还包括提手支架，提手支架通过转轴连接在主光源支架底部的圆盘上，提手支架侧面设置三个安装孔。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于电路板上设置驱动电路，驱动电路包括交直流变换模块、开关管K、控制逻辑电路、电感L、电容C、续流二极管D1、续流二极管D2、电阻R、双向开关SW、电压放大器、泄流控制电路、电流检测电路；所述开关管K的控制极与控制逻辑电路的输出端相连，开关管K另外两端则串联在交直流变换模块直流正端与电感L的第一端之间，电感L的第二端与交直流变换模块直流地端之间接有电容C，与所述电容C相并联的是由双向开关SW主触点对和电阻R的串联电路，电阻R的高端同时还连接到控制逻辑电路的输入端和电压放大器的输入端；双向开关SW的第一辅助触点对与主光源LED串2连接，其第二辅助触点对与辅助光源LED串13连接；泄流控制电路一端连接到电感L的第二端，另一端与电压放大器输出端相连；辅助光源LED串13的正端还与泄流控制电路的另一端相连，其负端还与续流二极管D2的正端相连；续流二极管D2的负端与电感L的第一端之间串联有一个电流检测电路，电流检测电路的输出端连接到控制逻辑电路的输入端，续流二极管D1的正端和负端分别连接到电阻R的低端和电感L的第一端。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于主光源支架的圆盘中心有一个螺纹通孔，辅助光源支架的圆柱体底部有外螺纹并通过所述螺纹通孔与主光源支架螺接配合。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于主光源支架的圆柱环、辅助光源支架的圆柱体外部均设置高度为1-3厘米的V型散热槽。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的主光源支架、辅助光源支架、隔爆腔采用导热性好的金属材料制成。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的隔爆腔为一个圆柱体或长方体状的密闭腔体结构；所述的提手支架为金属材料制成的C形框式结构。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的泄流控制电路由可控硅T构成，可控硅T的阳极和门极均连接到电感L的第二端，其阴极与电压放大器输出端相连；辅助光源LED串的正端还与可控硅T的阴极相连。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的泄流控制电路包括光耦G1、限流电阻RX，光耦G1内部发光器正端和负端分别连接到电感L的第二端和限流电阻RX的一端，限流电阻RX的另一端连接到电压放大器输出端；光耦G1内部受光器的两端分别连接到电感L的第二端和电压放大器输出端。

所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述主光源LED串、辅助光源LED串均为串并联结构，且每颗LED都反向并联有一个二极管DR和正向并联有一个门极受启动电压检测电路控制的可控硅TC。

上述交直流变换模块、电压放大器可以从市场上直接购得，上述控制逻辑电路、电流检测电路的具体电路结构为现有技术，在此不再赘述。

上述一种开关电源驱动的LED防爆灯,具有以下优点：

1.本发明可更换灯条的直管LED灯通过泄流通道能有效克服电感蓄能造成的危险高压，消除了电火花危险，因而有效降低了对LED光源模块的防爆要求，提高了LED防爆灯可靠性的同时降低了生产成本；

2.本发明可更换灯条的直管LED灯通过辅助光源模块实现了当主光源模块失效时的暂时性照明，减小了平均故障间隔时间；

3.本发明可更换灯条的直管LED灯采用模块式结构，维护方便，且同时适合固定照明和移动照明应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明驱动电路原理电路图；

图3为本发明LED串中单颗LED连接电路图；

图4为本发明另一实施例的局部电路原理电路图； 

图中：1-透镜A、2-主光源LED串、3-主光源铝基板灯条、4-主光源支架、5-主光源导线槽、6-转轴、7-隔爆腔、8-电路板、8a-交流电源输出接口、8b-交流电源输入接头、9-提手支架、9a-安装孔、10-辅助光源支架、11-辅助光源导线槽、12-透镜B、13-辅助光源LED串、14-辅助光源铝基板灯条、15-控制逻辑电路、16-电压放大器、17-电流检测电路、18-交直流变换模块、19-泄流控制电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。

为了适合爆炸性气体和粉尘等危险场所的要求，LED需要在结构上做防爆处理。首先，将LED防爆灯设计为光源和电源两大模块，且将有最大电火花危险的电源部分封装在单独的隔爆腔中。其次，为了降低LED防爆灯表面温度，使其不致于升温到危险高温，要处理好灯具的散热问题，为LED发出的热量设计良好的散热通道，因此，将LED分布排列，并以导热性能好的金属作为灯具基体。

如图所示，该LED防爆灯包括主光源支架4，主光源支架4底部为圆盘结构、上部为圆柱环结构，主光源支架4的圆柱环通孔中配合设置圆柱体辅助光源支架10，辅助光源支架10底部安装在主光源支架4的圆盘中间，主光源支架4的圆柱环表面配合设置主光源铝基板灯条3，一颗或几颗主光源LED串2封装在碗状玻璃或PMMA透镜A1中并安装在主光源铝基板灯条3上；辅助光源支架10的圆柱体表面配合设置辅助光源铝基板灯条14，一颗或几颗辅助光源LED串13封装在碗状玻璃或PMMA透镜B12中并安装在辅助光源铝基板灯条14上；主光源支架4的圆柱环中设置主光源导线槽5，辅助光源支架10的圆柱环中设置辅助光源导线槽11；主光源支架4底部的圆盘与隔爆腔7配合连接，隔爆腔7内安装电路板8，电路板8上设置穿出隔爆腔7的交流电源输入接头8b、交流电源输出接口8a；还包括提手支架9，提手支架9通过转轴6连接在主光源支架4底部的圆盘上，提手支架9侧面设置三个安装孔9a。主光源支架4的圆盘中心有一个螺纹通孔，辅助光源支架10的圆柱体底部有外螺纹并通过所述螺纹通孔与主光源支架4螺接配合；主光源支架4的圆柱环、辅助光源支架10的圆柱体外部均设置高度为1-3厘米的V型散热槽；所述的主光源支架4、辅助光源支架10、隔爆腔7采用导热性好的金属材料制成，作为优选，可以是铝或铝合金。所述的隔爆腔7为一个圆柱体或长方体状的密闭腔体结构，仅在顶部有开口且开口处通过盖板和螺钉密闭，所述开口方便用来进行驱动电路的放置，其他部分为一次铸造成型而成，以提高其隔爆性能并减小结合面尺寸，在隔爆腔7底部均匀分布有四到六个螺纹盲孔，通过螺柱和密实垫片与主光源支架4圆盘对应位置上的螺纹通孔连接。所述的提手支架9为金属材料制成的C形框式结构，与圆盘接近的两条平行支架上包有塑料护套，塑料护套上有刻纹，方便使用人员手提式使用；安装孔9a则方便将本发明LED防爆灯安装在墙壁等支撑物上；由于提手支架9可转动，且将转轴6做成阻尼型，因此，可以通过转轴6调整LED防爆灯的照射角度。

电路板8上设置驱动电路，驱动电路包括交直流变换模块18、开关管K、控制逻辑电路15、电感L、电容C、续流二极管D1、续流二极管D2、电阻R、双向开关SW、电压放大器16、泄流控制电路19、电流检测电路17；所述开关管K的控制极与控制逻辑电路15的输出端相连，开关管K另外两端则串联在交直流变换模块直流正端与电感L的第一端之间，电感L的第二端与交直流变换模块18直流地端之间接有电容C，与所述电容C相并联的是由双向开关SW主触点对和电阻R的串联电路，电阻R的高端同时还连接到控制逻辑电路15的输入端和电压放大器16的输入端；双向开关SW的第一辅助触点对与主光源LED串2连接，其第二辅助触点对与辅助光源LED串13连接；泄流控制电路19一端连接到电感L的第二端，另一端与电压放大器16输出端相连；辅助光源LED串13的正端还与泄流控制电路19的另一端相连，其负端还与续流二极管D2的正端相连；续流二极管D2的负端与电感L的第一端之间串联有一个电流检测电路17，电流检测电路17的输出端连接到控制逻辑电路15的输入端，续流二极管D1的正端和负端分别连接到电阻R的低端和电感L的第一端。

所述的泄流控制电路19由可控硅T构成，可控硅T的阳极和门极均连接到电感L的第二端，其阴极与电压放大器16输出端相连；辅助光源LED串13的正端还与可控硅T的阴极相连；所述主光源LED串2、辅助光源LED串13均为串并联结构，且每颗LED都反向并联有一个二极管DR和正向并联有一个门极受启动电压检测电路控制的可控硅TC。

交直流变换模块18将从外部输入的交流电转换为直流电，并其后的驱动电路供电。开关型驱动电路完成直流直流电压变换，为负载提供适当电压或电流，常见的一种方式为BUCK降压型恒压或恒流驱动电路，其包括一个开关管K及控制其通断的控制逻辑电路15，一个换能元件是电感L，一个电容C为负载提供稳压滤波，负载主光源LED串2与电容C并联连接，与其串联的是一个采样电阻R，另外还有一个续流二极管D1，其作用是当开关管K关断时，由电感L通过其对负载继续供电。电路中有一个双向开关SW，正常工作时将其切换到主光源LED串2方向，即用主光源LED串2作为工作负载。控制逻辑电路15内部包括基准电压源、比较器、高频脉冲发生器、触发器等，其输入端接收到采样电阻上获取的采样电压并将其与基准电压源进行比较后通过其他组成部分生成控制信号，其控制输出端连接到开关管K的控制端，通过发出高频开关信号对开关管K的通断进行控制L充电、放电，从而使得电阻R的高端电位保持在某个常数值附近波动，即实现负载主光源LED串2的近似恒流驱动。以电感为换能元件的开关型直流驱动电路，在负载出现断路时将在电感上激发很高的感生电动势。为了防止LED串因外部恶劣条件而损坏失效或因个体原因失效而造成开关电源中电感两端出现危险高压，从而容易在电气通路的接口或尖锐处引起放电，从而触发火花而造成失爆的情况，设计了一个危险高压泄流通道。该通道主要由可控硅T、辅助光源LED串13、续流二极管D2组成。当电感蓄能在失效的主光源LED串2两端产生的高压上升一定数值但还不足以造成危险时，在可控硅T的门极和阴极间的电压差触发可控硅T的导通，从而使得电感L可以从所述泄流通道上泄放蓄能而消除了产生电火花的危险，保证了LED防爆灯的不失爆。泄流通道的D2后串联一个电流检测电路17，目的是为了使得当其检测到泄流通道有电流通过时发出控制信号给控制逻辑电路15并通过其将开关管K关断，从而让LED防爆灯停止工作。为了让泄流通道在LED防爆灯正常工作时不工作，将可控硅T的阴极连接到一个正常工作时与其门极相等的电位上，因此，将采样电阻R高端经过一个电压放大器后连接到可控硅T的阴极，电压放大器的倍数为正常工作时主光源LED串2上电压降与电阻R上电压降的比值加一。双向开关SW放置在辅助光源模块的通槽中，当主光源模块因主光源LED串2失效不工作时，电感L通过辅助光源LED串13泄流，经过一段时间，泄流完成后，此时可将辅助光源模块从主光源模块上卸下，并将双向开关SW切换到辅助光源LED串13方向，用辅助光源LED串13作为工作负载，从而能在维修或更换LED防爆灯光源前继续提供暂时性照明。电源模块的驱动电路通过一根交流电源输入导线和接头从外部获取交流电，并且还设置有一个交流电源输出接口8a，当本发明用作移动光源时，可以通过所述接头盒输出接口进行串接，从而省却了普通灯具照明需要的额外电源接线。电源模块的驱动电路与外部相连导线通过隔爆腔壁时，需要在腔壁上开孔，而孔洞有将外部爆炸性气体或粉尘引入隔爆腔内部的危险，为此，在这些开孔部位的导线均采用IP67防护等级接头。

如图4所示，所述的泄流控制电路19还可以采用光耦G1、限流电阻RX构成，光耦G1内部发光器正端和负端分别连接到电感L的第二端和限流电阻RX的一端，限流电阻RX的另一端连接到电压放大器16输出端；光耦G1内部受光器的两端分别连接到电感L的第二端和电压放大器16输出端；在LED串1正常工作时光耦G1不导通，而在LED串1失效不通时为电感L提供泄流通道。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对该可更换灯条的直管LED灯的详细描述是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于包括主光源支架（4），主光源支架（4）底部为圆盘结构、上部为圆柱环结构，主光源支架（4）的圆柱环通孔中配合设置圆柱体辅助光源支架（10），辅助光源支架（10）底部安装在主光源支架（4）的圆盘中间，主光源支架（4）的圆柱环表面配合设置主光源铝基板灯条（3），主光源LED串（2）封装在透镜A（1）中并安装在主光源铝基板灯条（3）上；辅助光源支架（10）的圆柱体表面配合设置辅助光源铝基板灯条（14），辅助光源LED串（13）封装在透镜B（12）中并安装在辅助光源铝基板灯条（14）上；主光源支架（4）的圆柱环中设置主光源导线槽（5），辅助光源支架（10）的圆柱环中设置辅助光源导线槽（11）；主光源支架（4）底部的圆盘与隔爆腔（7）配合连接，隔爆腔（7）内安装电路板（8），电路板（8）的导线穿过主光源导线槽（5）与主光源LED串（2）电路连接，电路板（8）的导线穿过辅助光源导线槽（11）与辅助光源LED串（13）电路连接，电路板（8）上设置穿出隔爆腔（7）的交流电源输入接头（8b）、交流电源输出接口（8a）。

2. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于还包括提手支架（9），提手支架（9）通过转轴（6）连接在主光源支架（4）底部的圆盘上，提手支架（9）侧面设置三个安装孔（9a）。

3. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于电路板（8）上设置驱动电路，驱动电路包括交直流变换模块（18）、开关管K、控制逻辑电路（15）、电感L、电容C、续流二极管D1、续流二极管D2、电阻R、双向开关SW、电压放大器（16）、泄流控制电路（19）、电流检测电路（17）；所述开关管K的控制极与控制逻辑电路（15）的输出端相连，开关管K另外两端则串联在交直流变换模块直流正端与电感L的第一端之间，电感L的第二端与交直流变换模块（18）直流地端之间接有电容C，与所述电容C相并联的是由双向开关SW主触点对和电阻R的串联电路，电阻R的高端同时还连接到控制逻辑电路（15）的输入端和电压放大器（16）的输入端；双向开关SW的第一辅助触点对与主光源LED串（2）连接，其第二辅助触点对与辅助光源LED串（13）连接；泄流控制电路（19）一端连接到电感L的第二端，另一端与电压放大器（16）输出端相连；辅助光源LED串（13）的正端还与泄流控制电路（19）的另一端相连，其负端还与续流二极管D2的正端相连；续流二极管D2的负端与电感L的第一端之间串联有一个电流检测电路（17），电流检测电路（17）的输出端连接到控制逻辑电路（15）的输入端，续流二极管D1的正端和负端分别连接到电阻R的低端和电感L的第一端。

4. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于主光源支架（4）的圆盘中心有一个螺纹通孔，辅助光源支架（10）的圆柱体底部有外螺纹并通过所述螺纹通孔与主光源支架（4）螺接配合。

5. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于主光源支架（4）的圆柱环、辅助光源支架（10）的圆柱体外部均设置高度为1-3厘米的V型散热槽。

6. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的主光源支架（4）、辅助光源支架（10）、隔爆腔（7）采用导热性好的金属材料制成。

7. 如权利要求1所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的隔爆腔（7）为一个圆柱体或长方体状的密闭腔体结构；所述的提手支架（9）为金属材料制成的C形框式结构。

8. 如权利要求3所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的泄流控制电路（19）由可控硅T构成，可控硅T的阳极和门极均连接到电感L的第二端，其阴极与电压放大器（16）输出端相连；辅助光源LED串（13）的正端还与可控硅T的阴极相连。

9. 如权利要求3所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述的泄流控制电路（19）包括光耦G1、限流电阻RX，光耦G1内部发光器正端和负端分别连接到电感L的第二端和限流电阻RX的一端，限流电阻RX的另一端连接到电压放大器（16）输出端；光耦G1内部受光器的两端分别连接到电感L的第二端和电压放大器（16）输出端。

10. 如权利要求8所述的一种开关电源驱动的LED防爆灯，其特征在于所述主光源LED串（2）、辅助光源LED串（13）均为串并联结构，且每颗LED都反向并联有一个二极管DR和正向并联有一个门极受启动电压检测电路控制的可控硅TC。