CN104682334A - 一种安全栅电路及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明属于安全栅技术领域，特别涉及一种安全栅电路及灯具。本发明所提供的安全栅电路包括正极开关模块、负极开关模块以及控制模块，其中，正极开关模块与负极开关模块在直流电的电压与电流正常的情况下均保持导通状态，即安全栅电路保持导通状态；控制模块实时检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在直流电出现过流或过压的情况时向正极开关模块与负极开关模块输出相应的信号，以使正极开关模块与负极开关模块进入断开状态，进而使整个安全栅电路进入断开状态。由于采用了断开连接的方式实现安全栅电路两端的设备的隔离，本发明所提供的安全栅电路无需继续消耗电能，具有节能环保的优点。

Description

一种安全栅电路及灯具

技术领域

本发明属于安全栅技术领域，特别涉及一种安全栅电路及灯具。

背景技术

对于煤矿之类的危险场合，其所使用的灯具的安全性具有严格的要求，而防爆就是其中一项非常重要的要求。灯具的防爆的方式有很多种，有隔爆型、增安型、本质安全型（以下简称本安型）、正压型、充油型、充沙型等。

其中，本安型灯具由GB3836.4-2010国家标准定义和规范。本安型灯具的核心思想是限制点火源的能量，具体可以从三个方面进行设计：一是限制电路能量，二是控制温度，三是可靠隔离。

对于可靠隔离，就是本安型灯具与非本安型灯具的可靠隔离，以使非限能电路输出的不正常的能量不对限能电路产生不利的影响，即在非本安型电路故障时的能量不能蹿入本安型电路。在这类灯具中，就需要使用安全栅电路。

目前在普遍使用的安全栅电路是齐纳式安全栅电路，该电路中采用快速熔断器、限流电阻及稳压二极管对输入的电能量进行限制，从而保证输出到危险区的能量不超出阈值，具有原理简单、价格低廉的优点。

然而，由于齐纳式安全栅采用电阻进行限流，以达到降低电路中的电流大小的目的，其在对本安型灯具进行保护的过程中还需要消耗电能，不符合环保需求。

因此，现有的本安型灯具存在安全栅电路耗能的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全栅电路，旨在解决现有的本安型灯具存在安全栅电路耗能的问题。

本发明是这样实现的，一种安全栅电路，正输入端与负输入端接入直流电，正输出端与负输出端连接用电器，包括：

正极开关模块，输入端与输出端分别是所述正输入端与正输出端，具有接收正极控制信号的受控端，用于根据所述正极控制信号实现通断；

负极开关模块，输入端是所述负输出端，电源端连接所述正输入端，具有接收负极控制信号的受控端，用于根据所述负极控制信号实现通断；

控制模块，电压检测端连接所述正输出端，正控制端连接所述正极开关模块的受控端，负控制端连接所述负极开关模块的受控端，输入端连接所述负极开关模块的输出端，输出端是所述负输入端，用于检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在所述直流电出现过流或过压的情况时输出所述正极控制信号与所述负极控制信号。

本发明的另一目的还在于提供一种灯具，包括壳体与驱动电路，所述驱动电路包括上述安全栅电路。

本发明所提供的安全栅电路包括正极开关模块、负极开关模块以及控制模块，其中，正极开关模块与负极开关模块在直流电的电压与电流正常的情况下均保持导通状态，即安全栅电路保持导通状态；控制模块实时检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在直流电出现过流或过压的情况时向正极开关模块与负极开关模块输出相应的信号，以使正极开关模块与负极开关模块进入断开状态，进而使整个安全栅电路进入断开状态。由于采用了断开连接的方式实现安全栅电路两端的设备的隔离，本发明所提供的安全栅电路无需继续消耗电能，具有节能环保的优点。

附图说明

图1是本发明一实施例所提供的安全栅电路的模块结构图；

图2是本发明一实施例所提供的控制模块的模块结构图；

图3是本发明一实施例所提供的子控制模块303的模块结构图；

图4是本发明一实施例所提供的安全栅电路的示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种包括正极开关模块、负极开关模块以及控制模块的安全栅电路，解决现有的本安型灯具存在安全栅电路耗能的问题。

图1示出了本发明实施例所提供的安全栅电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例所提供的安全栅电路，正输入端与负输入端接入直流电，正输出端与负输出端连接用电器。

在本发明实施例中，正输入端的电位约等于正输出端的电位，负输出端的电位约等于负输入端的电位，负输入端所连接的是所接入直流电的电源地。

具体的，该安全栅电路包括：

正极开关模块10，输入端与输出端分别是正输入端与正输出端，具有接收正极控制信号的受控端，用于根据正极控制信号实现通断。

负极开关模块20，输入端是负输出端，电源端连接正输入端，具有接收负极控制信号的受控端，用于根据负极控制信号实现通断。

控制模块30，电压检测端连接正输出端，正控制端连接正极开关模块10的受控端，负控制端连接负极开关模块20的受控端，输入端连接负极开关模块20的输出端，输出端是负输入端，用于检测直流电的电流大小与电压大小，并在直流电出现过流或过压的情况时输出正极控制信号与负极控制信号。

在本发明实施例中，正极开关模块10与负极开关模块20在直流电的电压与电流正常的情况下均保持导通状态，即安全栅电路保持导通状态；控制模块30实时检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在直流电出现过流或过压的情况时向正极开关模块10与负极开关模块20输出相应的信号，以使正极开关模块10与负极开关模块20进入断开状态，进而使整个安全栅电路进入断开状态。

作为本发明一实施例，如图2所示，控制模块30可以包括正极控制模块301与负极控制模块302；

正极控制模块301的电流输入端是控制模块30的输入端，正极控制模块301的电流输出端连接负极控制模块302的电流输入端，负极控制模块302的电流输出端是控制模块30的输出端，正极控制模块301的电压检测端与负极控制模块302的电压检测端共接形成控制模块30的电压检测端，正极控制模块301的控制端是控制模块30的正控制端，负极控制模块302的控制端是控制模块30的负控制端。

在本发明实施例中，采用正极控制模块301与负极控制模块302分别检测直流电的情况，并分别控制正极开关模块10与负极开关模块20，可以避免单个控制模块30出现故障而导致安全栅电路失灵的情况，大大提高了本发明实施例所提供的安全栅电路的可靠性。

进一步的，正极控制模块301与负极控制模块302可以是相同的子控制模块303。

在本发明实施例中，如图3所示，子控制模块303可以包括：

电流检测模块3031、电压检测模块3032以及开关模块3033；

电流检测模块3031的输入端是子控制模块303的电流输入端，电流检测模块3031的输出端是子控制模块303的电流输出端，电压检测模块3032的输入端是子控制模块303的电压检测端，电流检测模块3031的信号输出端与电压检测模块3032的信号输出端共接于开关模块3033的受控端，开关模块3033的输入端是子控制模块303的信号输出端，开关模块3033的输出端与电压检测模块3032的输出端共接于电流检测模块3031的输出端。

在本发明实施例中，每个子控制模块303都包括了独立的电流检测模块3031、电压检测模块3032，避免了信号串扰。

图4示出了本发明实施例所提供的安全栅电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，正极开关模块10可以包括：

第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一PMOS管Q1以及第二PMOS管Q2；

第一电阻R1的第一端、第六电阻R6的第一端、第四电阻R4的第一端、第二PMOS管Q2的源极以及第一PMOS管Q1的源极共接形成正极开关模块10的输入端，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端共接于第一PMOS管Q1的栅极，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端共接于第二PMOS管Q2的漏极，第二PMOS管Q2的栅极与第四电阻R4的第二端共接于第五电阻R5的第一端，第六电阻R6的第二端与第五电阻R5的第二端共接形成正极开关模块10的受控端，第三电阻R3的第二端第一端接地，第一PMOS管Q1的漏极是正极开关模块10的输出端。

在本发明实施例中，定义负极开关模块20的输出端为地，即等电势位，，由于其通过控制模块30连接到安全栅电路的负输入端，其电位约等于所输入端直流电的电源地电位。

作为本发明一实施例，负极开关模块20可以包括：

第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及NMOS管Q3；

第七电阻R7的第一端与NMOS管Q3的源极共接形成负极开关模块20的输出端，第七电阻R7的第二端与第八电阻R8的第一端共接于NMOS管Q3的栅极，第八电阻R8的第二端与所述第九电阻R9的第一端共接形成负极开关模块20的受控端，第九电阻R9的第二端是负极开关模块20的电源端，NMOS管Q3的漏极是负极开关模块20的输入端，第七电阻R7的第一端连接地。

作为本发明一实施例，电流检测模块3031可以包括：

第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第十四电阻R14；

第十电阻R10的第一端、第十一电阻R11的第一端、第十二电阻R12的第一端、第十三电阻R13的第一端以及第十四电阻R14的第一端共接形成电流检测模块3031的输入端，第十电阻R10的第二端、第十一电阻R11的第二端、第十二电阻R12的第二端以及第十三电阻R13的第二端共接形成电流检测模块3031的输出端，第十四电阻R14的第二端是电流检测模块3031的信号输出端。

在本发明实施例中，通过并联多个电阻获得低阻值、耐受大功率电流检测网络，可以灵敏地对电流变化进行反应。

作为本发明一实施例，电压检测模块3032可以包括：

第十五电阻R15、TVS管TVS1以及二极管D1；

TVS管TVS1的阴极是电压检测模块3032的输入端，TVS管TVS1的阳极与第十五电阻R15的第一端共接于二极管D1的阳极，二极管D1的阴极是电压检测模块3032的信号输出端，第十五电阻R15的第二端是电压检测模块3032的输出端。

采用TVS管，即瞬态电压抑制器，进行电压检测，具有能对特定电压值准确反应的优点。

作为本发明一实施例，开关模块3033可以包括：

第十六电阻R16、第一电容C1以及晶闸管Q4；

第十六电阻R16的第一端、第一电容C1的第一端以及晶闸管Q4的受控端共接形成开关模块3033的受控端，第十六电阻R16的第二端、第一电容C1的第二端以及晶闸管Q4的输出端共接形成开关模块3033的输出端，晶闸管Q4的输入端是开关模块3033的输入端。

在本发明实施例中，晶闸管Q4即为单向可控硅，其在导通后即使受控端电压为零，仍可以保持导通状态。

作为本发明一实施例，如图4所示，安全栅电路还可以包括：

串联连接于控制模块30的电压检测端与正输出端的第十七电阻R17，以及第一端连接控制模块30的电压检测端，第二端接地的第二电容C2。

通过增加第十七电阻R17与第二电容C2，使得电压检测端所获取的信号更准确。

作为本发明一实施例，如图4所示，安全栅电路还可以包括正极连接所述正输入端，负极接地的电解电容C3，对输入的直流电做进一步滤波处理。

以下结合图1至图4对本发明实施例所提供的安全栅电路的工作原理做进一步说明。

安全栅电路的正输入端与负输入端通过与恒流源连接，从而接入直流电。在电路正常工作的时候，开关模块3033内的晶闸管处于截止状态。正极开关模块10内的第六电阻R6从其输入端获取高电平信号至第二PMOS管Q2的栅极，第二PMOS管Q2截止。第三电阻R3通过连接地与两个过流检测模块获取所接入直流电的低电平信号至第一PMOS管Q1的栅极，第一PMOS管Q1导通。负极开关模块20内的第九电阻R9从正输入端获取高电平至NMOS管Q3的栅极，NMOS管Q3导通。由于正极开关模块10与负极开关模块20均处于导通状态，整个安全栅电路处于导通状态。

输出过压保护：输出过压保护由两个子控制模块303中的TVS管进行两路探测。以其中一个子控制模块303为例，当输出电压超过TVS管TVS1的钳位电压时，TVS管TVS1产生电流雪崩效应，流过的电流急剧增大。使第十五电阻R15上的电压增大，从而使得二极管D1的阴极电压增大，驱动晶闸管Q4导通。由于晶闸管Q4的导通，第五电阻R5接收到低电平信号至第二PMOS管Q2的栅极，第二PMOS管Q2导通。此时第二电阻R2获取高电平信号至第一PMOS管Q1，从而使第一PMOS管Q1截止。同理，负极开关模块20中的第八电阻R8将接收到的低电平信号输出至NMOS管Q3，从而是NMOS管截止。由于正极开关模块10与负极开关模块20均处于截止状态，整个安全栅电路处于断开状态，可以有效隔离其两边的电路。

输出过流保护：当直流电出现过流的情况时，第十电阻R10上的电压变高，第十四电阻R14将该高电平信号输出至晶闸管Q4，使得晶闸管Q4进入导通状态，从而输出低电平信号至正极开关模块10使其截止；同理，负极开关模块20在接收到低电平信号后也进入截止状态。由于正极开关模块10与负极开关模块20均处于截止状态，整个安全栅电路处于断开状态，可以有效隔离其两边的电路。

此外，由于晶闸管Q4的单向可控硅特性，其在导通后即使受控端电压为零，仍可以保持导通状态。所以在进入保护状态后，其状态一直维持不变，需将输入电源关掉，待与其连接的电容上的电能放完后再通电才能重新启动工作，可以有效防止安全栅电路再次导通。

本发明实施例的另一目的还在于提供一种灯具，包括壳体与驱动电路，其中，驱动电路包括上述的安全栅电路。

本发明所提供的安全栅电路包括正极开关模块10、负极开关模块20以及控制模块30，其中，正极开关模块10与负极开关模块20在直流电的电压与电流正常的情况下均保持导通状态，即安全栅电路保持导通状态；控制模块30实时检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在直流电出现过流或过压的情况时向正极开关模块10与负极开关模块20输出相应的信号，以使正极开关模块10与负极开关模块20进入断开状态，进而使整个安全栅电路进入断开状态。由于采用了断开连接的方式实现安全栅电路两端的设备的隔离，本发明所提供的安全栅电路无需继续消耗电能，具有节能环保的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全栅电路，正输入端与负输入端接入直流电，正输出端与负输出端连接用电器，其特征在于，所述安全栅电路包括：

正极开关模块，输入端与输出端分别是所述正输入端与正输出端，具有接收正极控制信号的受控端，用于根据所述正极控制信号实现通断；

负极开关模块，输入端是所述负输出端，电源端连接所述正输入端，具有接收负极控制信号的受控端，用于根据所述负极控制信号实现通断；

控制模块，电压检测端连接所述正输出端，正控制端连接所述正极开关模块的受控端，负控制端连接所述负极开关模块的受控端，输入端连接所述负极开关模块的输出端，输出端是所述负输入端，用于检测所述直流电的电流大小与电压大小，并在所述直流电出现过流或过压的情况时输出所述正极控制信号与所述负极控制信号。

2.如权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述正极开关模块包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一PMOS管以及第二PMOS管；

所述第一电阻的第一端、所述第六电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述第二PMOS管的源极以及所述第一PMOS管的源极共接形成所述正极开关模块的输入端，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端共接于所述第一PMOS管的栅极，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端共接于所述第二PMOS管的漏极，所述第二PMOS管的栅极与所述第四电阻的第二端共接于所述第五电阻的第一端，所述第六电阻的第二端与所述第五电阻的第二端共接形成所述正极开关模块的受控端，所述第三电阻的第二端接地，所述第一PMOS管的漏极是所述正极开关模块的输出端。

3.如权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述负极开关模块包括：

第七电阻、第八电阻、第九电阻以及NMOS管；

所述第七电阻的第一端与所述NMOS管的源极共接形成所述负极开关模块的输出端，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端共接于所述NMOS管的栅极，所述第八电阻的第二端与所述第九电阻的第一端共接形成所述负极开关模块的受控端，所述第九电阻的第二端是所述负极开关模块的电源端，所述NMOS管的漏极是所述负极开关模块的输入端，所述第七电阻的第一端接地。

4.如权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述控制模块包括正极控制模块与负极控制模块；

所述正极控制模块的电流输入端是所述控制模块的输入端，所述正极控制模块的电流输出端连接所述负极控制模块的电流输入端，所述负极控制模块的电流输出端是所述控制模块的输出端，所述正极控制模块的电压检测端与所述负极控制模块的电压检测端共接形成所述控制模块的电压检测端，所述正极控制模块的控制端是所述控制模块的正控制端，所述负极控制模块的控制端是所述控制模块的负控制端。

5.如权利要求4所述的安全栅电路，其特征在于，所述正极控制模块与所述负极控制模块是相同的子控制模块；

所述子控制模块包括：电流检测模块、电压检测模块以及开关模块；

所述电流检测模块的输入端是所述子控制模块的电流输入端，所述电流检测模块的输出端是所述子控制模块的电流输出端，所述电压检测模块的输入端是所述子控制模块的电压检测端，所述电流检测模块的信号输出端与所述电压检测模块的信号输出端共接于所述开关模块的受控端，所述开关模块的输入端是所述子控制模块的信号输出端，所述开关模块的输出端与所述电压检测模块的输出端共接于所述电流检测模块的输出端。

6.如权利要求5所述的安全栅电路，其特征在于，所述电流检测模块包括：

第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻；

所述第十电阻的第一端、所述第十一电阻的第一端、所述第十二电阻的第一端、所述第十三电阻的第一端以及所述第十四电阻的第一端共接形成所述电流检测模块的输入端，所述第十电阻的第二端、所述第十一电阻的第二端、所述第十二电阻的第二端以及所述第十三电阻的第二端共接形成所述电流检测模块的输出端，所述第十四电阻的第二端是所述电流检测模块的信号输出端。

7.如权利要求5所述的安全栅电路，其特征在于，所述电压检测模块包括：

第十五电阻、TVS管以及二极管；

所述TVS管的阴极是所述电压检测模块的输入端，所述TVS管的阳极与所述第十五电阻的第一端共接于所述二极管的阳极，所述二极管的阴极是所述电压检测模块的信号输出端，所述第十五电阻的第二端是所述电压检测模块的输出端。

8.如权利要求5所述的安全栅电路，其特征在于，所述开关模块包括：

第十六电阻、第一电容以及晶闸管；

所述第十六电阻的第一端、所述第一电容的第一端以及所述晶闸管的受控端共接形成所述开关模块的受控端，所述第十六电阻的第二端、所述第一电容的第二端以及所述晶闸管的输出端共接形成所述开关模块的输出端，所述晶闸管的输入端是所述开关模块的输入端。

9.如权利要求1所述的安全栅电路，其特征在于，所述安全栅电路还可以包括：

串联连接于所述控制模块的电压检测端与所述正输出端之间的第十七电阻，以及第一端连接所述控制模块的电压检测端，第二端接地的第二电容。

10.一种灯具，包括壳体与驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括如权利要求1至9任一项所述的安全栅电路。