CN105075396A - 负载的危险状况检测 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于检测负载20（特别是包括驱动端子A、C的OLED照明元件）的电危险状况的电路。电路的端子22a、22b之间的诸如过电压或者短路的电危险状况将被检测。禁用元件24连接到端子22a、22b中的一个以禁用负载。监控电路被连接以监控端子22a、22b中的至少一个处的电压V或电流幅值。监控电路包括传送随时间推移的电压或电流幅值的最大或最小值V_max的最大或最小值检测器26，监控电路被设置成监控最大或最小值V_max以检测电危险状况。如果检测到电危险状况，则所述监控电路被连接以激活禁用元件24。该电路、包括LED或者OLED照明元件和该电路的照明布置、以及检测方法允许用不同类型的电源（特别是还通过PWM）来操作负载。

Description

负载的危险状况检测

技术领域

本发明涉及用于检测电负载的操作中的故障状况的方法和电路，并且更具体地涉及用于检测电危险状况的电路和方法。进一步地，本发明涉及包括用于检测电危险状况的电路的照明布置，以及包括针对危险检测的方法的操作LED或者OLED照明元件的方法。

背景技术

在电负载的操作中，检测诸如短路或者过电压状况的电危险状况可能是有用的。例如，电负载可包括两个输入端子，并且可通过在这些输入端子之间应用电压或电流而被驱动。在故障的情况下，输入端子之间可能发生短路状况，使得输入端子之间的由负载提供的电阻急剧下降。由于极大地增加的电流的缘故，这可能潜在地导致危险情形，例如过热。

特别地，危险检测对于LED照明元件可能是有用的，相当特别地是对于有机发光二极管元件（OLED）。

例如，EP2456057A2公开了供应驱动电压用于有机发光显示设备的操作的功率变换器。该功率变换器包括在第一和第二输出电极处提供第一和第二驱动电压的电压变换单元。短路检测单元通过在短路检测时段期间将第二输出电极的电压幅值与参考电压的幅值比较来生成控制信号。响应于该控制信号，功率变换器被配置成停机，使得当在短路检测时段期间第二输出电极的电压的幅值等于或大于参考电压的幅值时，不应用进一步的驱动电压。

发明内容

本发明的一个目的可以认为是，提供一种甚至对于供应给负载的不同类型的功率也允许安全地检测危险状况的电路和方法。

该目的是由根据权利要求1的电路、根据权利要求7的照明布置、根据权利要求9的检测方法和根据权利要求10的操作方法而根据本发明实现的。从属权利要求指的是本发明的优选的实施例。

本发明人已经认识到现有的已知的检测电路和方法可能一般地不能与不同类型的电源一起使用，并且特别是不能用于不同方式的对负载进行控制/调光。特别地，对于作为负载的电照明元件，诸如例如LED照明元件，并且尤其是对于OLED照明元件，可通过以时变的方式（即，调制的，例如，根据幅度调制或者脉冲宽度调制（PWM））在输入端子处供应电功率来完成调光/操作控制。本发明人已经发现特别是对于诸如发生在脉冲宽度调制中的有间隙的电功率（即，其中在时间的周期期间不供应电功率或者仅供应非常有限的电功率），现有的已知的检测电路可能不能可靠地操作。因而，根据本发明的一个方面，即使对于有间隙的电源（诸如在PWM控制/调光期间），检测电路和方法也应当安全地操作。

根据本发明的一个方面，电路包括在其之间将检测电危险状况的端子。在本上下文中，电危险状况可以是例如短路、过电压或者二者。正如结合优选的实施例将变得显然的，端子可以直接地电连接至负载的供应端子。虽然串联连接是可能的，但是优选的是以与负载并联的方式将端子连接到电源。

根据本发明，电路包括连接至端子中的至少一个端子的禁用元件以禁用负载。在优选的实施例中，禁用元件是可控开关元件，诸如例如晶体管、FET、继电器或者优选地晶闸管，并且可被连接在端子之间。在串联连接到负载的情况下，禁用元件可通过打开开关元件而禁用负载，由此断开负载。替代性地，在优选的并联连接的情形中，端子之间的可控开关元件可通过闭合开关元件而禁用负载，由此桥接负载。虽然对于电源电路而言这在电上将似乎类似于短路状况，但是通过桥接负载而禁用可因此提供被控制的状况。

根据本发明的方面，提供了监控电路，其连接到端子中的至少一个端子并且被设置成监控端子中的至少一个端子处的电压或电流幅值。监控电路被连接以在检测到电危险状况的情形中激活禁用元件。特别地，例如，通过监控电流幅值并且将其与阈值比较，可检测到短路或过电压状况，其中监控到的电流幅值超过阈值的事实指示短路状况。替代性地，并且在优选的情形中，可能的是，监控端子中的至少一个端子处的电压幅值以检测过电压状况（如果电压幅值超过上限阈值）或短路状态（如果电压幅值下降到下限阈值之下）。

根据本发明，监控电路包括最大值或最小值检测器，以传送所监控的随时间推移的幅值的最大值或最小值。因而，如果监控的幅值在给定的时间间隔内变化，则最大值检测器将仅传送在该时间间隔内监控的幅值所假定的最大值（峰值）（例如，最小值检测器将对应地传送在间隔内假定的最小值）。

通过获取随时间推移的最大（或最小）值，而不是监控被监控的幅值的每个瞬时值，检测电路和方法能够很好地与时变电功率一起使用，并且特别地与有间隙的电功率一起使用。短路状况的本质在于，所监控的幅值达到异常地低（或者异常地高）值即指示短路状况。因此，仅关心最大（或最小）值而不是瞬时的变化值将不会退化该状况的可靠检测。然而，在利用时变电功率的常规操作期间，并且特别地例如在PWM操作期间利用有间隙的电功率，最大的（或最小）值将保持相对稳定并且不受随时间推移的功率变化的影响。

优选地，针对监控的幅值的最大（或最小）值检测器在定义的时间窗口内操作，即，在该时间窗口内传送所监控的幅值的最大（或最小）值。优选的是，选取比电源中的预期的间隙更长（特别是，比PWM电源的情形中的最长的预期的“off”时段更长）的时间窗口。虽然一般甚至较低的PWM频率是可能的，但是对于PWM频率的假定的下限的示例可以是例如50Hz。在该情形中，优选的是，选取在相关联的时间段之上（即，200ms之上）的最大（或最小）值检测器的时间窗口。进一步优选地，PWM频率高于诸如例如100Hz，或者在100Hz之上，使得甚至100ms或者更少的时间窗口在正常的PWM操作期间将足以传送基本上恒定的最大（或最小）值。

在本发明的优选的实施例中，延迟定时器电路被提供在监控电路内，如果检测信号在指定的延迟时间间隔内被应用，则其提供激活信号。延迟定时器优选地接受来自比较器电路的检测信号作为输入，指示所监控的电压或电流幅值已经超过了指定的阈值。延迟电路的输出信号优选地是可以被用于激活禁用元件的激活信号。延迟定时器电路向检测电路提供某种惯性，使得短的瞬态不立即导致禁用元件的激活。

虽然可针对电路提供分离的电源，但是优选的是，从在其之间电危险状况应当被检测的端子中的至少一个端子处传送的电功率为电路供电。为了即使针对有间隙的电源（例如，PWM）也保证可靠的操作，优选的是，提供连接至端子中的一个端子的至少一个电能量存储元件来接收和存储电能量。该电能量存储元件可以是任何类型的能够临时地存储电能量的部件，诸如例如电感、电容或者可充电电池。优选地，单个的电容器或者包括至少两个的电容器组，但是优选地是并联连接的多于两个的电容器被提供作为电能量存储元件。在其中没有电能量被供应在端子处的时间段期间，例如PWM电源的“off”时段期间，监控电路内的部件可被供应有存储在电能量存储元件中的电能量。在其中功率被供应的时段期间（例如，在PWM电源的“on”时段期间），电能量存储元件可被再充电。

为了监控电压或电流幅值的最小或最大值，优选地是，提供至少一个比较器电路用于将该值与阈值比较。在优选的实施例中，如果监控的电压的最大值在上限阈值之上和/或在下限阈值之下，则比较器电路传送检测信号。在替代性的实施例中，电流值可以与上限阈值或下限阈值比较。进一步优选地，所监控的幅值的峰值与由上限阈值和下限阈值二者定义的正常的操作窗口比较，在该情形中，至少第一比较器电路和第二比较器电路可被提供，以将电压或电流幅值二者的最小或最大值与下限阈值比较以及与上限阈值比较。如果监控的幅值达到由下限阈值和上限阈值定义的正常操作窗口之外的值，则可生成检测信号。

虽然以上描述的电路可以是单独地可用的，并且可被应用至不同类型的电负载，但是优选的是，提供具有用于电危险保护的这样的电路的电照明元件。具体地，LED照明元件，并且特别是OLED元件因而可以被保护。对于包括驱动端子的LED或OLED照明元件，进一步优选的是，提供将并联连接至如以上解释的驱动端子的电路。

由于如以上所描述的最大（或最小）值检测器的缘故，甚至对于有间隙的电源，也可提供高效率的保护。因此，在照明布置的一个实施例中，提供向驱动端子供应脉冲电压或电流的电源电路。

附图说明

从在下文中描述的实施例，本发明的以上以及其他的目的、特征和优点将变得显然，并且将参照它们来阐明本发明的以上以及其他的目的、特征和优点。在图中：

图1示出照明布置的示意图，

图2示出图1的照明布置内的电危险保护设备的示意图，

图3示出针对图2的保护设备的电路图的实施例。

具体实施方式

图1以示意性的表示示出照明布置10，照明布置10包括电源12以及连接至其上的三个OLED照明组件14。

电源12包括市电连接器16，其用于连接到市电电功率并且在电源端子18处传送具有适配于操作OLED组件的电压或电流值的电功率。由于在本示例中，OLED组件14意在用于照明目的，所以某个电功率是必要的以获取充足的光通量。一般地，优选地是，使用具有至少1W（进一步优选地至少3W）的标称电功率的OLED元件20。例如，一种类型的OLED组件可以在14V和500mA的标称值下操作，因而具有7W的标称功率。

电源12可以是在端子18处传送调节的电压或电流的任何类型的电源。优选地，电源12是向OLED组件14传送调节的恒定电流源的多种已知的电源电路中的一种。正如将变得显然的，通过调制供应至OLED组件14的随时间推移的电流I，特别是通过AM（幅值调制）或者PWM（脉冲宽度调制）控制，可控制电功率并且因此可控制光通量。

每个OLED组件14包括OLED照明元件20，即，具有电连接的OLED涂层以（在阳极连接A和阴极连接C之间）形成有机发光二极管表面的平坦表面。由于OLED技术对本领域技术人员一般是已知的，并且本发明不限于其具体的类型，这里将不解释进一步的细节。

如图1中所示，OLED照明组件串联连接至电源12的端子18。为了操作每个OLED组件14，电源12供应调节的电流I，例如其可具有500mA或者300mA的值，并且由于串联连接的缘故，其将被供应至所有的三个OLED组件14。

为了控制OLED组件14的操作，调节的电流I可被时间调制地传送，并且特别地采用脉冲宽度调制（PWM），即，使得电功率在恒定的电流幅值（脉冲）的第一间隔中间歇地供应（优选地以OLED元件的标称电流），而在第一间隔之后的第二时间间隔中不供应电流。在操作中，通过适当地选取占空比，即，第一间隔（“on”）的持续时间相对于第二间隔（“off”）的持续时间，可实现每个OLED组件14的光通量的控制。

在每个OLED组件14的OLED元件20的表面内，可能的是某些缺陷可能导致电危险状况。例如，表面区域内的局部缺陷可能引起电阻的局部下降，即短路状况。因此，在操作期间，在缺陷的位置处生成增加的热的量，这可导致强烈的过热，并且可能潜在地成为火灾危险。同样地，如果表面区域在OLED元件20的寿命期内退化，或者由于机械的效应，使得电阻增加，采用调节电流I的操作可能导致强烈地增加的应用的驱动电压，引起作为进一步的潜在的电危险情形的过电压。

为了监管OLED元件20的操作，并且防止在短路状况发生时诸如例如过电压或过热之类的危险，每个OLED组件14包括并联连接至OLED元件20的电危险保护电路SCP。

图2以示意性的表示示出短路保护电路SCP的元件。每个SCP包括端子22a、22b，SCP通过端子22a、22b并联连接至OLED元件20（图1），并且在该端子22a、22b之间应当检测电危险状况。

在每个SCP内，禁用开关24被提供作为禁用元件，其连接在端子22a、22b之间，使得如果禁用开关24被闭合，端子22就直接彼此连接。在该情形中，连接的OLED元件20被桥接，使得在电源12的端子18处传送的电流将主要流过端子22a、22b和禁用开关24，从而将OLED元件20旁路。

在正常的操作中，禁用开关24是打开的，使得传送的电流I传输通过OLED元件20，并且对其进行操作以发射光。

在每个SCP内，第一端子22a连接至最大电压值检测器或者峰值检测器26。该元件接受第一端子22a处的电压V的时变值作为输入，并且传送其最大值V_max作为输出。最大电压值检测器26由此可用某个时间常量操作，即，传送的最大电压值V_max然后可对应于在所选取的例如300ms的时间间隔内传送的最大值。

阈值比较器28处理最大电压值V_max，将其与预存储的电压阈值V_th比较。阈值V_th可以是检测过电压状况的上限阈值。在其中所传送的最大电压值V_max被发现在上限阈值V_th之上的情形中，检测信号D被传送至延迟电路30以信号通知电危险状况。替代性地，阈值V_th可以是下限阈值，使得在V_max下降在V_th之下情形中，传送以信号通知短路状况的检测信号D。

在正常的操作期间，如果没有检测到电危险状况，则检测信号D是不活跃的。

延迟电路30用例如0.5至3s的某个预定义时间常量操作，并且如果检测信号D在该预先选取的时间长度上被供应，就传送控制信号S。只要检测信号是不活跃的，或者仅在小于时间常量的时间内是活跃的，就不应用控制信号S。这用来避免错误的警报，特别是在电流控制的爬高阶段期间。

控制信号S操作禁用开关24，即如果控制信号S是存在的（因为检测信号D已经被应用于延迟电路30指定长度的时间），则禁用开关24闭合。

在每个OLED组件14的操作中，SCP因而按如下操作：在正常的操作中，禁用开关24是打开的。电流I流过OLED元件20。因此，每个SCP的第一端子22a处的电压将处于预期的标称值。因而，比较器电路28将传送标称电压窗口内的值V_max，即在上限阈值V_th1之下并且在下限阈值V_th2之上，并且将不应用检测信号D，使得禁用开关24将保持打开。

在OLED元件20处发生短路状况的情形中，第一端子22a处的电压将下降，使得（在与最大电压值检测器26关联的时间间隔之后）对应地由最大电压检测器电路26传送的最大电压值V_max将降低。最终比较器电路28将发现V_max＜V_th2，并传送检测信号D。在延迟电路30中的预设的时间段之后，这将导致控制信号S的激活，由此闭合禁用元件24，并因而将有缺陷的OLED元件20旁路。同样地，在OLED元件20中的电阻增加的情况下，电压V并且因而最大电压值V_max将增加，直到在V_max＞V_th1时针对过电压状况的检测信号D将被激活，在延迟时间之后导致禁用元件24的激活。

每个SCP的该特性独立于其中电功率被供给的模式，即不论传送的电流可能是恒定的、幅值调制的还是脉冲宽度调制的，操作是相同的。在每个情形中，最大电压检测电路26将传送最大电压值V_max。例如，在以恒定的电流（并且因此电压）的常规的操作的情形中，最大电压检测器26还将传送恒定值V_max。同样地，在PWM模式中的操作中，只要峰值检测器电路26的时间常量比PWM电压的“off”时段更长，即使在off时段期间，最大电压检测电路26将继续传送恒定值V_max。

在短路状况的情形中，第一端子22a处的电压值将强烈地降低，而在过电压状况中其将增加，不论电功率的供应的模式如何。因而，装配有如所描述的SCP的每个OLED组件14将安全对抗在OLED元件20内发生的电危险状况，不论电功率是如何被供应的。因而OLED组件14可由不同种类的电源12安全地操作。

图3示出SCP电路的实施例的电路图，包括端子22a和22b。能量存储电路32连接至第一端子22a，其包括电容器组34。在PWM操作中，电容器组34在每个脉冲期间被充电，并且传送用于SCP电路的有源部件的操作电压Vo。

进一步地，SCP电路包括连接到第一端子22a的最大电压检测器26（峰值电压检测器电路）。在第一端子22a处传送的电压V在第一电容器C1处被稳定并且传送至第一运算放大器OP1，第一运算放大器OP1经由稳压二极管D1向回耦合。输出对应于经由第二电容器C2被稳定的最大电压V_max。正如本领域技术人员将注意，因为OP1的操作输入窗口由供给电压限制，在峰值电压检测器电路26内，电压V不是直接地应用至运算放大器OP1而是由分压器给予其某个比例。进一步地，本领域技术人员理解到，峰值检测器电路将在由C1和C2的值所定义的时间窗口内操作，即，如果输入电压V在比时间窗口更长的时间上下降为在之前的值V_max之下，则传送的峰值V_max也将降低。

随时间推移的传送的最大电压V_max被传送至比较器电路28，比较器电路28包括针对上限阈值的第一比较器电路28a和针对第二下限阈值的第二比较器电路28b。除了相应的比较器的连接之外，比较器电路28a、28b中的每个基本上被同样地建立。在第一比较器电路28a中，最大电压V_max被传送到被用作比较器的运算放大器OP2的正输入，其中操作电压Vo经由分压器R1/R2被传送至比较器OP2的负输入作为上限阈值V_th1。同样地，在第二比较器电路28b中，最大电压V_max被传送至运算放大器OP3的负输入，并且操作电压V0经由分压器R3/R4作为下限阈值V_th2被传送至比较器OP3的负输入。通过R1/R2的值，第一上限阈值V_th1可以在上限阈值比较器电路28a中被设定，而通过选取第二下限阈值比较器电路28b中的电阻器R3/R4的对应的值，可以选取下限阈值V_th2。

在每个比较器电路28a、28b中，如果V_max在正常的操作窗口之外，即在V_th1之上或者在V_th2之下，则比较器OP2、OP3的输出作为检测信号D被传送，。

检测信号D不会立即导致禁用元件的激活，而是首先由包括独个的延迟电路30a、30b的延迟电路30处理。每个延迟电路30a、30b是包括可调电阻器R5(R6)和电容器C3(C4)的R/C电路。

因而，延迟/驱动器电路30接受来自于比较器电路28a、28b二者的检测信号D作为输入，指示被传送的最大电压值V_max在由上阈值电压和下阈值电压V_th1、V_th2定义的正常操作窗口之外。如果检测信号D存在于由R/C电路30a、30b指定的时间的量（该时间量可由电阻值R5、R6和电容值C3、C4选取），则控制信号S被生成并且被供应至驱动器电路32。

在存在控制信号S的情形中，驱动器电路32的进一步的运算放大器OP4经由包括电容器C5和电阻器R7的RC电路驱动晶闸管24，晶闸管24作为禁用开关工作并且连接在第一和第二端子22a、22b之间。

因而，如果峰值电压检测器电路26检测的电压V的峰值V_max在由延迟电路30的时间常量给定的时间的量内被发现在上限阈值V_th1之上或者在下限阈值V_th2之下，则禁用开关24被激活并且桥接连接在端子22a、22b之间的负载。

已经在绘图和前述的描述中详细图示和描述了本发明。这样的图示和描述被认为是说明性的或者示例性的，并不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。

例如，替代监控第一端子22a处的电压，还可能的是监控另一电学值，例如第二端子22b处的电压或者电流值。

从对绘图、说明书和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践要求保护的发明时，将能够理解和完成所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个的单元可履行权利要求中记载的若干个项目的功能。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中这一纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (10)

1.用于检测负载（20）的电危险状况的电路，包括：

用于所述负载（20）的端子（22a、22b），将在所述端子（22a、22b）之间检测电危险状况，

连接至所述端子（22a、22b）中的至少一个以禁用所述负载（20）的禁用元件（24），

被连接以监控所述端子（22a、22b）中的至少一个处的电压（V）或电流幅值以检测电危险状况的监控电路，

所述监控电路包括传送随时间推移的所述电压或电流幅值的最大或最小值（V_max）的最大或最小值检测器（26），使得所述监控电路被设置成监控所述最大或最小值（V_max）以检测电危险状况，

并且其中如果检测到电危险状况，则所述监控电路被连接以激活所述禁用元件（24）。

2.根据权利要求1所述的电路，其中

所述禁用元件（24）是连接在所述端子（22a、22b）之间的可控开关元件（24），

并且如果检测到电危险状况，则所述监控电路被连接以闭合所述开关元件（24）。

3.根据前述权利要求中的一项所述的电路，其中

所述监控电路进一步包括延迟定时器电路（30），所述延迟定时器电路用于如果检测信号（D）在延迟时间间隔上被应用到所述延迟定时器电路（30）则提供激活信号（S），

并且所述延迟定时器电路（30）被连接以向所述禁用元件（24）供应所述激活信号（S）。

4.根据前述权利要求中的一项所述的电路，其中

至少一个电能量存储元件（34）被连接至所述端子（22a、22b）中的至少一个以接收并存储电能量，

并且其中如果所述端子（22a、22b）处没有供应电能量，则至少所述监控电路被连接以从所述电能量存储元件（34）被供应电能量。

5.根据前述权利要求中的一项所述的电路，其中

所述监控电路包括至少一个比较器电路（28、28a、28b），以将所述电压或电流幅值的所述最大或最小值（V_max）与阈值（V_th1、V_th2）比较。

6.根据权利要求5所述的电路，其中

所述监控电路至少包括将所述电压或电流幅值的所述最大或最小值（V_max）与下限阈值（V_th1）比较的第一比较器电路（28a），以及将所述电压或电流幅值的所述最大或最小值（V_max）与上限阈值（V_th2）比较的第二比较器电路（28b）。

7.照明布置，包括：

包括驱动端子（A、C）的至少一个LED或OLED照明元件（20），

以及并联连接至所述驱动端子的根据权利要求1-6中的一项所述的电路。

8.根据权利要求7所述的照明布置，其中

电源电路（12）被连接以向所述驱动端子（A、C）供应脉冲电压或电流（V）。

9.一种检测负载（20）的端子（A、C）之间的电危险状况的方法，包括如下步骤：

监控所述端子（22a、22b）中的至少一个处的电压或电流幅值（V），

以及在电危险状况的情形中控制连接至所述端子（22a、22b）中的至少一个的禁用元件（24）以禁用所述负载（20），

其中所述监控步骤包括检测随时间推移的所述电压或电流幅值的最大或最小值（V_max），以及监控所述最大或最小值（V_max）以检测电危险状况，并且如果检测到电危险状况就激活所述禁用元件（24）。

10.操作LED或OLED照明元件的方法，包括：

向负载的端子（22a、22b）供应脉冲电压或电流，

通过根据权利要求9所述的方法检测所述端子（22a、22b）之间的电危险状况。