CN109819554A - 一种高光强航空障碍灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光强航空障碍灯，包括市电输入模块、CV/CC电源模块、通道选择模块、恒流启动电路模块、超级电容模组、DC‑DC恒流模块、LED灯板、电压电流控制模块、均衡电路模块、调光电路模块和MCU控制模块，所述市电输入模块与CV/CC电源模块电性连接，CV/CC电源模块通过通道选择模块与恒流启动电路模块和超级电容模组电性连接，超级电容模组、DC‑DC恒流模块和LED灯板之间电性连接，MCU控制模块通过电压电流控制模块与CV/CC电源模块电性连接。本发明结构简单，能提高高光强航空障碍灯驱动的可靠性，降低EMI干扰，减小对电网冲击，减小体积和重量，同时成本也更低。

Description

一种高光强航空障碍灯

技术领域

本发明涉及LED灯技术领域，具体涉及一种高光强航空障碍灯。

背景技术

高光强航空障碍灯驱动电路主要由功率电路和控制电路组成。目前，采用市电的高光强航空障碍灯的驱动方案，功率电路通常采用大功率LLC电源组成。在实际应用中，由于障碍灯是输出瞬时高光强，所以要求电源能提供瞬时高功率。瞬时功率时间脉宽小于等于100ms。每分钟重复40-60次。由于电源需承受瞬间的大功率冲击，所以电源设计的功率需大于瞬间功率。因此导致电源功率较大，高光强航空障碍灯电源功率高达1KW，体积大，成本高。

另外，由于LLC开关电源是通过变频控制的，效率较高，但存在响应时间长，动态较差的固有缺点。高光强航空障碍灯是工作在脉冲功率模式，所以内部的LLC电源也是工作在脉冲工作模式。在连续的峰值功率冲击下，很容易导致LLC工作状态恶化，电源效率低，甚至导致电源失效。而且，大功率的LLC电源空载功耗也较大，很难进一步降低障碍灯的平均功耗。

脉冲工作模式下，LLC电源很难实现较深的软开关工作，因此导致的传导和辐射干扰比较严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高光强航空障碍灯，尤其是能提高高光强航空障碍灯驱动的可靠性，降低EMI干扰，减小对电网冲击，减小体积和重量，同时成本也更低。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种高光强航空障碍灯，包括市电输入模块、CV/CC电源模块、通道选择模块、恒流启动电路模块、超级电容模组、DC-DC恒流模块、LED灯板、电压电流控制模块、均衡电路模块、调光电路模块和MCU控制模块，所述市电输入模块与CV/CC电源模块电性连接，CV/CC电源模块通过通道选择模块与恒流启动电路模块和超级电容模组电性连接，超级电容模组、DC-DC恒流模块和LED灯板之间电性连接，MCU控制模块通过电压电流控制模块与CV/CC电源模块电性连接，MCU控制模块与通道选择模块电性连接，MCU控制模块通过均衡电路模块与超级电容模组电性连接来保证超级电容的稳定运行，均衡电路模块包括均衡芯片和均衡电阻，MCU控制模块通过调光电路模块与DC-DC恒流模块电性连接。

作为优选的技术方案，超级电容模组包括CB1-CB28，超级电容模组采用了2并14串的方式组成，分别是CB1和CB2并联，CB3和CB4并联，CB5和CB6并联，CB7和CB8并联，CB9和CB10并联，CB11和CB12并联，CB13和CB14并联，CB15和CB16并联，CB17和CB18并联，CB19和CB20并联，CB21和CB22并联，CB23和CB24并联,CB25和CB26并联，CB27和CB28并联。

作为优选的技术方案，CV/CC电源模块的电源电路由PFC功率校正电路和LLC谐振软开关电源组成，PFC功率校正电路使用传统的BOOST架构，主控芯片U2型号为MC33262，交流AC从端子CN1输入，经过保险丝F1，浪涌电阻RT1，再经过由CX1、L1、CY1、CY2组成的EIM滤波器滤波后进行整流滤波，BD1和C5组成整流滤波电路，T1、Q1、R5和D2、C2组成经典的BOOST架构，Q1的D极与T1和D2相连，Q1的S极和R5相连接，R5为电流检测电阻，D2和C2正极相连；

LLC谐振软开关电路，采用集成MOS的控制芯片构成，主控芯片信号为FSFR2100，T2和C19组成LLC谐振腔，U5是次级反馈光耦，与R35、C41相连接，控制U3的工作频率，R35为最高频率控制电阻，R36为最低频率控制电阻，R37和C26相连接，组成启动缓冲电阻，RJ2与芯片PG和SG相连接，用于采样LLC电路的工作电流，R48和C31连接，组成RC积分电路，对RJ2的采样信号进行滤波，R31和D12和C27相连接，组成供电自举电路，提供为芯片内部上管工作，D11和C23、C24正极相连接，D11整流，C23、C24滤波，输出直流电压。U6是稳压芯片CJ431，U4A为运放LM258，共同组成恒流恒压CC/CV电路。

作为优选的技术方案，超级电容模组经恒流启动电路模块消除超级电容启动的电流冲击。

本发明的有益效果是：

第一：本发明通过超级电容输出峰值功率，减小对开关电源的冲击，增加了高光强航空障碍灯的可靠性。

第二：EMC干扰小，从电容输出到LED灯，峰值电流环路短，不对开关电源产生峰值功率冲击，减小高光强航空障碍灯的EMI传导和辐射干扰。

第三：开关电源功率缩小10倍以上，整机体积和重量随之减小，体积仅为原来的1/3以上，重量减小为原来的1/5以上。由于体积和重量的下降，对整机产品的安装提供便利和更高的安装可靠性。

第四：成本更低，体积和重量都减小了，高光强航空障碍灯整机成本也相应降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的功能框图；

图2为本发明中CC/CV电源模块电路图；

图3为本发明中超级电容模组和DC-DC恒流模块的电路图；

图4为本发明中MCU控制模块电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种一种高光强航空障碍灯，包括市电输入模块、CV/CC电源模块、通道选择模块、恒流启动电路模块、超级电容模组、DC-DC恒流模块、LED灯板、电压电流控制模块、均衡电路模块、调光电路模块和MCU控制模块，所述市电输入模块与CV/CC电源模块电性连接，CV/CC电源模块通过通道选择模块与恒流启动电路模块和超级电容模组电性连接，超级电容模组、DC-DC恒流模块和LED灯板之间电性连接，MCU控制模块通过电压电流控制模块与CV/CC电源模块电性连接，MCU控制模块与通道选择模块电性连接，MCU控制模块通过均衡电路模块与超级电容模组电性连接来保证超级电容的稳定运行，均衡电路模块包括均衡芯片和均衡电阻，MCU控制模块通过调光电路模块与DC-DC恒流模块电性连接。

作为优选的技术方案，超级电容模组包括CB1-CB28，超级电容模组采用了2并14串的方式组成，加大过流能力和耐压，并联的方式为，电容的正极和正极相连接，负极和负极相连接，将电容组的ESR降低为原来的一半，从而提高电容组过流能力；

分别是CB1和CB2并联，CB3和CB4并联，CB5和CB6并联，CB7和CB8并联，CB9和CB10并联，CB11和CB12并联，CB13和CB14并联，CB15和CB16并联，CB17和CB18并联，CB19和CB20并联，CB21和CB22并联，CB23和CB24并联,CB25和CB26并联，CB27和CB28并联。

电容的串联，是由上面并联的电容组，再进行正极和负极串联，总计14组电容，从而提高电容模组的耐压，每个电容组最高耐压2.7V，预留安全余量0.2V以上，电容组实际工作电压为14*2.5V＝35V。满足系统的要求。

通过电容的串并联，提高了电容模组的工作电压和过流能力。

使用了超级电容均衡电路，保证超级电容的稳定运行。分别是U9-U16，U19-U24。

超级电容的串联有类似于锂电池串联的电压不均衡问题，所以必须增加超级电容均衡电路。均衡电路主要由均衡芯片，均衡电阻组成。均衡芯片型号为BW6101。主要是由以下电路构成。

U9和RL1组成均衡电路，作用于CB1和CB2电容组。

U10和RL2组成均衡电路，作用于CB3和CB4电容组。

U11和RL3组成均衡电路，作用于CB5和CB6电容组。

U12和RL4组成均衡电路，作用于CB7和CB8电容组。

U13和RL5组成均衡电路，作用于CB9和CB10电容组。

U14和RL6组成均衡电路，作用于CB11和CB12电容组。

U15和RL7组成均衡电路，作用于CB13和CB14电容组。

U16和RL8组成均衡电路，作用于CB15和CB16电容组。

U19和RL9组成均衡电路，作用于CB17和CB18电容组。

U20和RL10组成均衡电路，作用于CB19和CB20电容组。

U21和RL11组成均衡电路，作用于CB21和CB22电容组。

U22和RL12组成均衡电路，作用于CB23和CB24电容组。

U23和RL13组成均衡电路，作用于CB25和CB26电容组。

U24和RL14组成均衡电路，作用于CB27和CB28电容组。

本实施例中，CV/CC电源模块的电源电路由PFC功率校正电路和LLC谐振软开关电源组成，CV/CC电源模块为高效率的CV/CC电源模块，工作效率高，满载效率高达94％，PFC功率校正电路使用传统的BOOST架构，主控芯片U2型号为MC33262，交流AC从端子CN1输入，经过保险丝F1，浪涌电阻RT1，再经过由CX1、L1、CY1、CY2组成的EIM滤波器滤波后进行整流滤波，BD1和C5组成整流滤波电路，T1、Q1、R5和D2、C2组成经典的BOOST架构，Q1的D极与T1和D2相连，Q1的S极和R5相连接，R5为电流检测电阻，D2和C2正极相连；

PFC的控制电路，主要由U2以及供电和检测电阻等组成。R9、R10串联和R13、R17、C9相连接后，组成输出电压检测电路，稳定PFC输出电压，R12、R18和R27、C15相连接，组成输入电压的检测，R29和C16相连接，组成RC积分电路，对R5的电流采样信号进行滤波，D4、R15和R8相连接，驱动Q1工作，D4和R15是给Q1快速放电关闭使用的，R8是Q1充电开启使用的，通过调整R8和R15，使Q1的工作状态更佳，即损耗低，又EMI干扰小。

LLC谐振软开关电路，采用集成MOS的控制芯片构成，主控芯片信号为FSFR2100，T2和C19组成LLC谐振腔，U5是次级反馈光耦，与R35、C41相连接，控制U3的工作频率，R35为最高频率控制电阻，R36为最低频率控制电阻，R37和C26相连接，组成启动缓冲电阻，RJ2与芯片PG和SG相连接，用于采样LLC电路的工作电流，R48和C31连接，组成RC积分电路，对RJ2的采样信号进行滤波，R31和D12和C27相连接，组成供电自举电路，提供为芯片内部上管工作，D11和C23、C24正极相连接，D11整流，C23、C24滤波，输出直流电压。U6是稳压芯片CJ431，U4A为运放LM258，共同组成恒流恒压CC/CV电路。

本实施例中，超级电容模组经恒流启动电路模块消除超级电容启动的电流冲击，为超级电容充电使用了恒流启动电路，消除超级电容启动的电流冲击，RT2和Q6并联，RT2为开机启动电阻，为电容模组提供启动电压，Q6是直通开关，在电容启动完毕后开通，U1型号LM3409为BUCK恒流输出控制芯片，U1和R19、Q5、D10、L2、C17相连接，组成经典的BUCK降压电路，R19为电流采样电阻，用于输出电流恒流控制，R22、D7和R23相连接，组成Q5的充放电回路，驱动Q5更好的工作。

MCU控制各模块的工作，U8为MCU芯片，型号为N76E003AT20，CON1为串口通讯插座，通过R64、R66与U8的第2、3脚相连接，U7为浪涌吸收电路，型号为SRV05-4，其A、B、C、D脚分别于U8的第2、3、8、18脚相连接，对其引脚提供浪涌保护，C48和C49并联后与U8的第9脚VDD相连接，C48和C49为U8提供电源滤波，OPT1和OPT2、OPT3分别是光控插座。

OPT1与R59连接，R59与C45连接组成RC积分电路，对OPT1输出的模拟信号进行滤波，R58、R61和Q8相连接，组成光控检测电路，R58调整检测阈值，R61与U8的16脚连接组成光控电路的硬件施密特结构，R57为IO口上拉电阻。

OPT2与R65连接，R65与C47连接组成RC积分电路，对OPT2输出的模拟信号进行滤波，R63、R67和Q9相连接，组成光控检测电路，R63调整检测阈值，R67与U8的14脚连接组成光控电路的硬件施密特结构，R62为IO口上拉电阻。

OPT3与R70连接，R70与C50连接组成RC积分电路，对OPT3输出的模拟信号进行滤波，R69、R71和Q10相连接，组成光控检测电路，R69调整检测阈值，R71与U8的11脚连接组成光控电路的硬件施密特结构，R68为IO口上拉电阻。

1、由于LLC电源电路所需功率降低为原来的1/15，所以，驱动电路的体积和成本都大幅下降，因此高光强航空障碍灯的体积和成本也随之降低。

2、由于驱动电路的供电电源，由原来的脉动模式改为恒流输出模式，基本工作在满负载的状态下。没有大的瞬间电流电压变化和需求，对电网不会产生瞬时功率冲击。

3、由于所需功率降低为原来的1/15，而且供电电路的电源基本工作在恒流输出状态下，没有瞬间大的dv/dt和di/dt变化，因此，高光强航空障碍灯的EMI传导和辐射干扰也大幅降低。

4、由于高光强航空障碍灯所需功率降低为原来的1/15，驱动功率和变压器谐振电流及工作电流等都大幅减小，因此损耗降低，而且供电电路的LLC电源基本工作在满载，接近软开关状态，工作效率高。

5、由于LLC电源电路的损耗减小和效率提高，并且没有瞬间功率的冲击，供电电源工作在满载状态，提高了电源的可靠性，高光强航空障碍灯的可靠性也随之更高。

本发明的有益效果是：

第一：本发明通过超级电容输出峰值功率，减小对开关电源的冲击，增加了高光强航空障碍灯的可靠性。

第二：EMC干扰小，从电容输出到LED灯，峰值电流环路短，不对开关电源产生峰值功率冲击，减小高光强航空障碍灯的EMI传导和辐射干扰。

第三：开关电源功率缩小10倍以上，整机体积和重量随之减小，体积仅为原来的1/3以上，重量减小为原来的1/5以上。由于体积和重量的下降，对整机产品的安装提供便利和更高的安装可靠性。

第四：成本更低，体积和重量都减小了，高光强航空障碍灯整机成本也相应降低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高光强航空障碍灯，其特征在于：包括市电输入模块、CV/CC电源模块、通道选择模块、恒流启动电路模块、超级电容模组、DC-DC恒流模块、LED灯板、电压电流控制模块、均衡电路模块、调光电路模块和MCU控制模块，所述市电输入模块与CV/CC电源模块电性连接，CV/CC电源模块通过通道选择模块与恒流启动电路模块和超级电容模组电性连接，超级电容模组、DC-DC恒流模块和LED灯板之间电性连接，MCU控制模块通过电压电流控制模块与CV/CC电源模块电性连接，MCU控制模块与通道选择模块电性连接，MCU控制模块通过均衡电路模块与超级电容模组电性连接来保证超级电容的稳定运行，均衡电路模块包括均衡芯片和均衡电阻，MCU控制模块通过调光电路模块与DC-DC恒流模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的高光强航空障碍灯，其特征在于：超级电容模组包括CB1-CB28，超级电容模组采用了2并14串的方式组成，分别是CB1和CB2并联，CB3和CB4并联，CB5和CB6并联，CB7和CB8并联，CB9和CB10并联，CB11和CB12并联，CB13和CB14并联，CB15和CB16并联，CB17和CB18并联，CB19和CB20并联，CB21和CB22并联，CB23和CB24并联,CB25和CB26并联，CB27和CB28并联。

3.根据权利要求1所述的高光强航空障碍灯，其特征在于：CV/CC电源模块的电源电路由PFC功率校正电路和LLC谐振软开关电源组成，PFC功率校正电路使用传统的BOOST架构，主控芯片U2型号为MC33262，交流AC从端子CN1输入，经过保险丝F1，浪涌电阻RT1，再经过由CX1、L1、CY1、CY2组成的EIM滤波器滤波后进行整流滤波，BD1和C5组成整流滤波电路，T1、Q1、R5和D2、C2组成经典的BOOST架构，Q1的D极与T1和D2相连，Q1的S极和R5相连接，R5为电流检测电阻，D2和C2正极相连；

LLC谐振软开关电路，采用集成MOS的控制芯片构成，主控芯片信号为FSFR2100，T2和C19组成LLC谐振腔，U5是次级反馈光耦，与R35、C41相连接，控制U3的工作频率，R35为最高频率控制电阻，R36为最低频率控制电阻，R37和C26相连接，组成启动缓冲电阻，RJ2与芯片PG和SG相连接，用于采样LLC电路的工作电流，R48和C31连接，组成RC积分电路，对RJ2的采样信号进行滤波，R31和D12和C27相连接，组成供电自举电路，提供为芯片内部上管工作，D11和C23、C24正极相连接，D11整流，C23、C24滤波，输出直流电压，U6是稳压芯片CJ431，U4A为运放LM258，共同组成恒流恒压CC/CV电路。

4.根据权利要求1所述的高光强航空障碍灯，其特征在于：超级电容模组经恒流启动电路模块消除超级电容启动的电流冲击。