CN105762779B - 电路保护装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于内置式LED灯的供电电路的电路保护装置。所述电路保护装置包括：开关、第一限流器及开关控制器。所述开关串联于所述供电电路中，通过其导通或断开可使所述供电电路在工作状态和限流状态之间切换。所述第一限流器与所述开关并联，用于在所述限流状态时限制所述供电电路中的电流。所述开关控制器具有检测端和控制端，其中，所述检测端连接于所述供电电路的输出端，用于检测所述供电电路的输出电压，所述控制端连接于所述开关，用于根据所述输出电压控制所述开关导通或断开。

Description

电路保护装置

技术领域

本发明公开的实施方式涉及一种电路保护装置及相对应的电路保护方法，尤其是一种内置式LED灯供电电路的电路保护装置。

背景技术

内置式LED灯是指LED灯的驱动电路被集成于灯管之中的LED灯，内置式LED灯的灯脚直接与电源连接，这种内置式LED灯的优点在于只需要对原有的荧光灯电路做较小的改动，就能把原来的荧光灯替换成LED灯。

对于单端供电的内置式LED灯来说，只需要将原荧光灯电路中的启辉器短接，把单端供电的内置式LED灯插于原灯座即可，此时原电路中的电感镇流器相当于一个电阻值很小的电阻。然而，这种改造却存在一定的安全隐患。更换所述LED灯的灯管时，使用者可能会将普通荧光灯的灯管误接入上述已经过改造的供电电路，此时荧光灯管中的灯丝与电源之间仅串联有所述电感镇流器，由于所述荧光灯管中的灯丝和所述电感镇流器的电阻值均较小，所以会造成电路中电流过大，继而有可能引发电路烧毁、火灾等安全问题。

另外，在更换灯管时，常常会发生热插拔的情况，热插拔是指在电源未切断的状态下取下或接入灯管；相对的，冷插拔是指在电源切断的状态下取下或接入灯管。在热插拔的情况下，将荧光灯管接入电路的瞬间，电路中可能产生过载电流造成电路烧毁。

现有技术中，适用于驱动外置式的LED灯的电路保护装置较为多见。例如，专利US20120286668、US20120187847，由于LED灯的驱动电路是外置的，而非集中于灯管之中，当荧光灯误接入该电路时，荧光灯管中的灯丝不直接与电源串接，因而不存在电路短路的问题，所以专利US20120286668、US20120187847所提供的技术方案无法解决上述技术问题。

因此，有必要提供一种适用于内置式LED灯供电电路的电路保护装置及方法来解决上述技术问题。

发明内容

鉴于上面提及的技术问题，本发明提供了一种适用于内置式LED灯的供电电路的电路保护装置。所述电路保护装置包括开关、第一限流器及开关控制器。所述开关串联于所述供电电路中，通过其导通或断开可使所述供电电路在工作状态和限流状态之间切换。所述第一限流器与所述开关并联，用于在所述限流状态时限制所述供电电路中的电流。所述开关控制器具有检测端和控制端，其中，所述检测端连接于所述供电电路的输出端，用于检测所述供电电路的输出电压，所述控制端连接于所述开关，用于根据所述输出电压控制所述开关导通或断开。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为根据本发明的一个具体实施例的电路保护装置的模块图；

图2为根据本发明的一个具体实施例的电路保护装置的电路图；及

图3为根据本发明的另一个具体实施例的电路保护装置的电路图。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。

本发明中使用的“可”、“可以”与“可能”等词语表明在某些环境中事件发生的可能性；拥有一种特定属性、特征或功能；和/或通过与某一合格动词结合表示一个或多个能力、性能或可能性。相应地，“可能”的使用表明：被修饰的术语对于所示的能力、功能或用途是明显适当、可匹配或合适的；同时考虑到在某些情况的存在，被修饰的术语有时可能不适当，不匹配或不合适。例如，在某些情况下，可能预期出现某一结果或性能；而在其他情况下，该结果或性能可能不出现。这一区别由表示“可能”的词语体现。

内置式LED灯的供电电路一般由原有的荧光灯供电电路经过简单改造而得。因而，在进行灯管更换时，很容易将普通荧光灯误接入上述LED灯供电电路，从而造成短路。为了解决这一问题，本发明提供一种针对上述LED灯供电电路的电路保护装置。

图1为根据本发明的一个具体实施例的电路保护装置的模块图。如图1所示，所述电路保护装置1用于一个包括电源4的供电电路中，可与该电源4一起形成带电路保护装置的供电装置，用来对负载5供电。该电路保护装置1包括串联于所述供电电路中的开关11、与所述开关11串联的第二限流器12、并联于所述开关11和所述第二限流器12的两端第一限流器13、以及接于所述供电电路输出端151、152和所述开关11之间的开关控制器14。如图1所示，在结点18和19之间有两条支路，即开关11及所述第二限流器12所在的第一支路16和所述第一限流器13所在的第二支路17。

所述开关11串联于所述供电电路中，通过其导通或断开可使所述供电电路在工作状态和限流状态之间切换。所述工作状态是指所述供电电路对连接于所述输出端151、152的负载5正常供电，使所述负载5能够正常工作的状态；所述限流状态是指所述供电电路中的电流被限制在一安全范围内的状态，此时负载5不能够正常工作。当所述负载5为一内置式LED灯时，所述开关11导通，所述供电电路被切换到工作状态，对内置式LED灯正常供电；当所述负载5为一荧光灯时，所述开关11断开，所述供电电路被切换到限流状态，以防止短路的发生。所述开关11可以包括一场效应管、一继电器或其任意组合。

所述开关控制器14具有检测端143、144及控制端145、146，所述检测端143、144分别连接于所述供电电路的输出端151、152，用于检测所述供电电路的输出电压，所述控制端145、146连接于所述开关11，用于根据检测到的所述输出电压控制所述开关11的导通或断开，从而切换所述供电电路。因为所述内置式LED灯的阻抗远远大于所述荧光灯的阻抗，所以所述负载5为所述内置式LED灯时的所述输出电压远远大于所述负载5为所述荧光灯时的所述输出电压，从而所述开关控制器14可以根据检测到的所述输出电压的大小来控制所述开关11的断开或导通。具体地，可以预设一临界电压值，例如50V左右，当所述输出电压值大于或等于所述临界电压值时，所述开关控制器14使所述开关11导通，当所述输出电压值小于所述临界电压值时，所述开关控制器14使所述开关11断开。

在一些实施例中，电源4采用220V的交流电，所以所述输出电压也为一交流电压，所述开关控制器14可包括一电压采样器141及一整流滤波器142。所述电压采样器141用于采集所述输出电压并升高或降低所述输出电压，以满足控制所述开关的需求，然后将变换后的输出电压输出给所述整流滤波器142。所述整流滤波器142用于将所述输出电压转换成一控制电压以控制所述开关，所述输出电压为交流电压，所述控制电压为直流电压。所述电压采样器141可包括一变压器、一光耦或其任意组合。

所述第一限流器13跨接于所述开关11及所述第二限流器12的两端，用于在所述限流状态时限制供电电路中的电流，所述第一限流器13包括一电阻、一热敏电阻、一电容器或其任意组合。当所述开关11处于导通状态时，所述第一限流器13被局部短路，所述供电电路中的电流从第一支路16流过，第一限流器13对供电电路不起限流的作用。当所述开关11处于断开状态时，所述供电电路中的电流从第二支路17流过，所述第一限流器13限制供电电路中的电流，防止短路。

所述第二限流器12串联在所述第一支路16上，用于在热插拔的情况下，限制所述供电电路的电流。当所述电源4未切断且所述输出端151、152还未接入负载5时，所述输出端151、152的电压较大使得所述开关11处于导通状态，此时将一荧光灯作为负载5接入供电电路可能会造成短路。这是因为开关控制器14从检测所述输出电压的变化到控制所述开关11动作需要一定的响应时间，所以所述开关11无法在所述荧光灯接入的瞬间及时做出响应。因此，需要在所述第一支路上设置该第二限流器12，与所述开关11串联，用于在所述开关11处于导通的情况下限制所述供电电路的电流，当所述开关控制器14控制所述开关11断开后，所述供电电路切换到所述限流状态，所述第二限流器12不再工作。

将所述电源电压记为U，所述临界电压值记为U₀，所述第一限流器13的阻抗记为Z₁₃，所述内置式LED灯的阻抗记为Z_LED。在一些实施例中，Z_LED和Z₁₃具有如下关系，|U*Z_LED/(Z_LED+Z₁₃)|>U₀，用于冷插拔情况下正常驱动所述内置式LED灯。在电源4切断且所述输出端151、152未接负载的情况下，所述输出端151、152的电压为0，所以此时开关11处于断开状态。将一内置式LED灯作为负载5接入供电电路并打开电源后，电流从第二支路17流过，第二支路17中的第一限流器13可能会造成供电电路中的电流太小不足驱动所述内置式LED，因而，所述第一限流器13的阻抗Z₁₃需要按照满足上述关系式，以使所述内置式LED灯两端的电压大于所述临界电压值U₀，从而使开关11导通，进而所述供电电路切换到所述工作状态，对所述内置式LED灯正常供电。

在一些实施例中，第一限流器13包括一电阻，且其阻值约为50千欧，一般内置式LED灯的总体阻抗可达几百千欧，这样一来，所述内置式LED灯上的分压会远远大于所述第一限流器13上的分压，即所述开关控制器14的检测端可检测到一个较大的输出电压，从而使开关11导通，进而所述供电电路切换到所述工作状态，对所述内置式LED灯正常供电。

图2为根据本发明一个具体实施例的电路保护装置的电路图。如图2所示，所述电路保护装置2包括串联于所述供电电路中的两个场效应管M1、M2以及串联于所述两个场效应管M1、M2之间的两个第二限流器221、222。其中，所述两个场效应管M1、M2等效于一个双向开关。所述电路保护装置2还包括并联于所述场效应管M1、M2和第二限流器221、222的两端第一限流器23以及一个开关控制器24。所述开关控制器24具有检测端243、244及控制端245、246。所述检测端243、244分别连接于所述供电电路的输出端251、252，用于检测所述供电电路的输出电压。所述控制端245连接于所述两个第二限流器221、222之间的结点223，所述控制端246连接于两个所述场效应管M1、M2，用于控制两个所述场效应管M1、M2，从而切换所述供电电路。在结点28和29之间有两条支路，即所述场效应管M1、M2及所述第二限流器221、222所在的第一支路26、和所述第一限流器23所在的第二支路27。

每个所述场效应管包括漏极、源极和栅极。所述两个场效应管M1、M2的源极相对，所述两个场效应管M1、M2的栅极连接所述开关控制器24的控制端246，受到所述控制端246的控制。当所述控制端246输出高电平时，由所述两个场效应管M1、M2构成的所述双向开关导通；当所述控制端输出低电平时，由两个所述场效应管M1、M2构成的所述双向开关断开。

所述两个第二限流器221、222与所述两个场效应管M1、M2串联，分别作用于所述两个场效应管M1、M2，用于在所述双向开关处于导通状态时，限制所述供电电路的电流。每个所述第二限流器221、222包括一电阻R5或R6，及一三极管Q1或Q2，其中每个所述三极管包括基极、集电极和发射极。以图中左边一个第二限流器221为例，所述三极管Q1的基极与所述场效应管M1的源极连接，所述三极管Q1的集电极与所述场效应管M1的栅极连接，所述电阻R5跨接于所述三极管Q1的基极和发射极。将所述三极管Q1的基极、发射极和集电极上的电压分别记为Ub1、Ue1和Uc1，将所述场效应管M1的栅极、源极和漏极上的电压分别记为Ug、Us和Ud。在电源未切断的情况下，突然接入一荧光灯负载后，第一支路26上的电流会突然增大，当处于电源的正半周时，R5两端获得一个较大的正向电压，也即Ub1>Ue1，从而使得所述三极管Q1导通且工作在放大区，此时Ube1约为0.7V，继而Ucb1下降，也即Ugs下降，之后，根据所述场效应管M1的特性，第一支路26上的电流会被限制在一个较低的值，实现了限流的功能。同理，当处于电压负半周时，图2中右边的由电阻R6及三极管Q2组成的第二限流器222起到限流作用，其工作原理和过程与上述电阻R5、三极管Q1类似，此处不再赘述。

所述开关控制器24包括变压器241及整流滤波器242。所述变压器241包括两个线圈L1、L2，所述线圈L1跨接于所述供电电路的输出端251、252，所述线圈L2连接于所述整流滤波器242。所述整流滤波器242包括桥式连接的四个二极管D5-D8，用于对从变压器241输入的经过变换后的输出电压进行整流。所述整流滤波器242还包括一电阻R4、一电容C3、一电阻R1及一稳压管D9。所述稳压管D9用于稳定所述整流滤波器242的输出电压，以控制所述场效应管M1、M2。

上述实施例中的两个场效应管M1、M2，也可用其它具有类似功能的元件替代。比如，在如图3所示的实施例中，采用了两个三极管实现开关的功能。如图3所示，电路保护装置3包括串联于所述供电电路中的两个三极管Q3、Q4以及串联于所述两个三极管Q3、Q4之间的两个第二限流器321、322。其中，所述两个三极管Q3、Q4等效于一个双向开关。所述电路保护装置3还包括并联于所述三极管Q3、Q4和第二限流器321、322两端的第一限流器33以及开关控制器34。所述开关控制器34具有检测端343、344及控制端345、346，所述检测端343、344分别连接于所述供电电路的输出端351、352，用于检测所述供电电路的输出电压。所述控制端345连接于所述两个第二限流器321、322之间的结点323，所述控制端346连接于所述两个三极管Q3、Q4，用于控制所述两个三极管Q3、Q4，从而切换所述供电电路。在结点38和39之间有两条支路，即所述两个三极管Q3、Q4及所述第二限流器321、322所在的第一支路36，和所述第一限流器33所在的第二支路37。所述开关控制器34包括变压器341及整流滤波器342。

每个所述三极管包括基极、发射极和集电极，所述两个三极管Q3、Q4的发射极相对，所述两个三极管Q3、Q4的基极连接所述开关控制器34的所述控制端346，受到所述控制端346的控制，当所述控制端346输出高电平时，由所述两个三极管Q3、Q4构成的所述双向开关导通；当所述控制端346输出低电平时，由所述两个三极管Q3、Q4构成的所述双向开关断开。

所述两个第二限流器321、322分别作用于所述两个三极管Q3、Q4，用于在所述双向开关处于导通状态时，限制流过所述两个三极管Q3、Q4的电流。每个所述第二限流器包括一电阻R5或R6，及一三极管Q1或Q2。以图中左边一个第二限流器321为例，所述三极管Q1的基极与所述三极管Q3的发射极连接，所述三极管Q1的集电极与所述三极管Q3的基极连接，所述电阻R5跨接于所述三极管Q1的基极和发射极。将所述三极管Q1的基极、发射极和集电极上的电压分别记为Ub1、Ue1和Uc1，将所述三极管Q3的基极、发射极和集电极上的电压分别记为Ub3、Ue3和Uc3。在电源未切断的情况下，突然接入一荧光灯负载后，第一支路36上的电流会突然增大，当处于电源的正半周时，R5两端获得一个较大的正向电压，也即Ub1>Ue1，从而使得所述三极管Q1导通且工作在放大区，此时Ube1约为0.7V，继而Ucb1下降，也即Ube3下降，之后，第一支路36上的电流会被限制在一个较低的值，实现了限流的功能。同理，当处于电压负半周时，图3中右边的由电阻R6及三极管Q2组成的第二限流器32起到限流作用，其工作原理和过程与上述电阻R5、三极管Q1类似，此处不再赘述。

本发明的另一方面还涉及一种适用于所述内置驱动的LED灯供电电路的电路保护方法，包括：在所述供电电路中串联一开关；在所述开关两端并联一第一限流器；检测所述供电电路的输出端电压；当所述输出端电压大于一临界电压值时，闭合所述开关，所述供电电路正常供电；当所述输出电压小于一临界电压值时，断开所述开关，继而第一限流器对供电电路限流。

在一些实施例中，所述开关包括两个互相串联的场效应管或三极管。所述临界电压值可以为50V，但不限于此。所述第一限流器可包括一电阻、一热敏电阻、一电容器或其任意组合。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (11)

1.一种适用于内置式LED灯的供电电路的电路保护装置，包括：

开关，串联于所述供电电路中，通过其导通或断开可使所述供电电路在工作状态和限流状态之间切换；

第一限流器，与所述开关并联，用于在所述限流状态时限制所述供电电路中的电流；及

开关控制器，具有检测端和控制端，其中，所述检测端连接于所述供电电路的输出端，用于检测所述供电电路的输出电压，所述控制端连接于所述开关，用于根据所述输出电压控制所述开关导通或断开,其中，当供电电路的输出端的输出电压大于临界电压值时，所述开关导通；当供电电路的输出端的输出电压小于临界电压值时，所述开关断开；及

与所述开关串联的第二限流器，用于在热插拔的情况下限制所述供电电路的电流。

2.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，所述开关控制器包括电压采样器，用于采集所述输出电压并升高或降低所述输出电压，以满足所述开关的需求。

3.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，所述输出电压为交流电压，所述开关控制器包括整流滤波器，用于将所述输出电压转换成直流电压。

4.根据权利要求3所述的电路保护装置，其中，所述电压采样器包括变压器、光耦或其任意组合。

5.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，所述第一限流器包括电阻、电容器或其任意组合。

6.根据权利要求5所述的电路保护装置，其中，所述电阻包括热敏电阻。

7.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，所述开关包括两个互相串联的场效应管，每个所述场效应管包括漏极、源极和栅极，其中，所述两个场效应管的源极相对，所述两个场效应管的栅极连接所述开关控制器的控制端。

8.根据权利要求7所述的电路保护装置，进一步包括与所述两个场效应管串联的两个第二限流器，用于在所述开关处于导通状态时限制所述供电电路的电流。

9.根据根据权利要求8所述的电路保护装置，其中，每个所述第二限流器包括电阻和三极管，所述三极管包括基极、集电极和发射极，所述三极管的基极与所述场效应管的源极连接，所述三极管的集电极与所述场效应管的栅极连接，所述电阻跨接于所述三极管的基极和发射极。

10.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，所述开关包括两个互相串联的三极管，每个所述三极管包括基极、集电极和发射极，其中，所述两个三极管的发射极相对，所述两个三极管的基极连接所述开关控制器的控制端。

11.根据权利要求1所述的电路保护装置，其中，供电电路的电源电压为U，所述临界电压值记为U₀，所述第一限流器的阻抗为Z₁₃，所述内置式LED灯的阻抗记为Z_LED，其中Z_LED和Z₁₃具有如下关系，|U*Z_LED/(Z_LED+Z₁₃)|>U₀。