CN111935869A - 一种应用于应急灯的led亮度调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，包括开关、检测模块、恒定电源模块、参考电压模块、比较模块、亮度调节模块和功率开关管，所述检测模块检测电网线路的供电状态及开关的状态，所述亮度调节模块基于比较模块的比较结果产生亮度调节信号，所述功率开关管基于亮度调节信号控制功率开关管的开关状态，进而调节LED的亮度。本发明不必使用额外的调光器件，仅通过开关就能够实现对LED亮度的调节，节省成本；不需要额外的采集模块、分析模块等，电路结构简单可靠；能够根据实际需求通过开关调节LED亮度，从而更加高效、合理地利用电池能源，减少不必要的损失和浪费。

Description

一种应用于应急灯的LED亮度调节电路

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种应用于应急灯的LED亮度调节电路。

背景技术

应急灯是遇到紧急情况，市电供电发生故障或者发生火灾时正常照明电源切断后，能有效地照明和显示疏散通道，或能持续照明而不间断工作的一类灯具，从而引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的，广泛用于楼道、公共场所和不能间断照明的地方，是保障安全措施中要求的一种重要产品。应急灯的亮度控制方式直接影响到应急照明系统的日常维护和作用的发挥。

传统应急灯是白炽灯，LED是新型节能灯，LED的耗电量低，亮度大，因而LED是节能新趋势。应急灯通常使用电池供电，传统的应急灯不能自动调节明暗度，当环境光线较好时，恒定的亮度会造成电源能量的浪费，而黑暗环境下光线较差，需要增加亮度来满足照明的需求。因此需要一种能够根据实际需要调节LED应急灯亮度的电路，保障在光线充足时，降低LED亮度，减小电池放电电流，从而延长电池使用时间，而在光线不足时，增加LED亮度来满足照明需求。从而更加高效、合理地利用电池能源，减少不必要的损失和浪费。

而现有技术中，调节LED亮度需要通过采集模块采集应急灯现场光照信息，通过分析模块对采集信息分析后控制LED亮度，实现应急灯的亮度调节；或者通过额外调光器件实现对亮度调节。即现有技术中应急灯需要额外的采集模块、分析模块或调光器件等才能够实现对LED亮度调节功能，电路复杂且需要额外增加器件的成本。

因此，如何提供一种结构简单、不需要额增加器件成本的应急灯亮度调节电路，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，用于解决现有技术中的应急灯亮度无法调节和成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，包括：开关，检测模块，恒定电源模块，参考电压模块，比较模块，亮度调节模块，功率开关管。

检测模块连接电网线路、所述开关及所述恒定电源模块，检测电网线路的供电状态及所述开关的状态，并输出检测电压；恒定电源模块正极连接所述检测模块的输入端和所述功率开关管的输入端，负极连接电网线路的地线；比较模块连接所述参考电压模块及检测模块的输出端，将所述检测电压和参考电压模块输出的参考电压相比较，并输出比较结果；亮度调节模块连接所述比较模块的输出端，基于所述比较结果产生亮度调节信号；功率开关管的控制端连接所述亮度调节模块的输出端，输入端连接所述恒定电源模块的正极和所述检测模块，基于亮度调节信号控制所述功率开关管，从而调节LED的亮度。

进一步地，所述亮度调节模块包括电流切换单元及与逻辑单元；所述电流切换单元连接所述比较模块的输出端，基于所述比较结果输出电流切换信号；所述与逻辑单元的第一输入端连接所述比较模块的输出端，第二输入端连接所述电流切换单元的输出端，输出亮度调节信号。

进一步地，所述电流切换单元包括：振荡器，分频器，开关控制器及至少2个切换开关；所述振荡器产生第一设定频率的方波信号；所述分频器连接所述振荡器，对第一设定频率的方波信号进行分频，产生与各切换开关一一对应的分频信号；所述开关控制器输入端连接所述比较模块的输出端，输出端连接各切换开关的控制端，基于所述比较结果产生切换开关控制信号，同一时间只有一个切换开关处于导通状态；各切换开关的各输入端与对应分频信号连接，各输出端连接在一起，输出电流切换信号。

可选地，所述开关控制器采用计数器。

可选地，所述切换开关的数量为3。

可选地，所述与逻辑单元为与门。

可选地，所述开关为触摸开关或机械开关。

可选地，功率开关管为NMOS管，NMOS管的栅极为控制端，与所述亮度调节模块的输出端连接；漏极为输入端，与恒定电源模块正极连接；源极为输出端，与LED的正极连接。

进一步地，所述检测模块包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻，所述第一电阻的一端通过所述开关和火线连接，另一端与所述恒定电源模块正极连接；所述第二电阻和所述第三电阻串联连接在电网线路的零线和地线之间，第二电阻和第三电阻的连接节点输出所述检测电压。

如上所述，本发明的一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，具有以下有益效果：

1本发明的应急灯采用LED，具有耗电量低，亮度大的优点；

2本发明通过对开关的控制实现对LED亮度的控制，不需要额外的调光器件，省去了额外调光器件的成本；

3本发明电路结构简单可靠，不需要额外的采集模块、分析模块等；

4本发明能够根据实际需要通过开关调节LED亮度，在光照强度大时，减小电池放电电流，从而延长电池使用时间；而在光线不足时，增加LED亮度来满足照明需求。从而更加高效、合理地利用电池能源，减少不必要的损失和浪费。

附图说明

图1显示为本发明实施例中的一种应用于应急灯的LED亮度调节电路示意图。

图2显示为本发明实施例的一种应用于应急灯的LED亮度调节电路的功率开关管控制信号和各切换开关控制信号示意图。

元件标号说明

1 开关

2 检测模块

3 恒定电源模块

4 参考电压模块

5 比较模块

6 亮度调节模块

61 电流切换单元

611 振荡器

612 分频器

613 开关控制器

62 与逻辑单元

7 功率开关管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，包括：开关1，检测模块2，恒定电源模块3，参考电压模块4，比较模块5，亮度调节模块6，功率开关管7。

如图1所示，所述开关1连接电网线路及所述检测模块2。

具体地，在本实施例中，所述开关1为墙壁开关，包括但不限于触摸开关或机械开关，所述开关1的一端与所述电网线路的火线连接，另一端与所述检测模块2连接。

如图1所示，所述检测模块2连接所述电网线路、所述开关1及所述恒定电源模块3，检测电网线路的供电状态及开关1的状态，并输出检测电压Vdet。

具体地，在本实施例中，所述检测模块2包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，所述第一电阻R1的一端通过所述开关1连接至电网线路的火线，另一端与所述恒定电源模块3的正极连接；所述第二电阻R2和所述第三电阻R3串联连接在电网线路的零线和地线之间，所述第二电阻R2和所述第三电阻R3的连接节点输出所述检测电压Vdet。

如图1所示，所述恒定电源模块3的正极连接所述检测模块2的输入端和所述功率开关管7的输入端，负极连接所述电网线路的地线。

如图1所示，所述比较模块5连接所述参考电压模块4及所述检测模块2的输出端，对所述检测电压Vdet和所述参考电压模块4输出的参考电压Vref进行比较，并输出比较结果EN。

具体地，在本实施例中，所述比较模块5采用差分输入的比较器实现，所述比较模块5的正相输入端连接所述检测电压Vdet，反相输入端连接所述参考电压Vref。当所述检测电压Vdet大于所述参考电压Vref时，所述比较模块5输出高电平；当所述检测电压Vdet小于所述参考电压Vref时，所述比较模块5输出低电平。

具体地，在本实施例中，所述参考电压Vref满足下列条件：

其中，R1为所述第一电阻的阻值；R2为所述第二电阻的阻值；R3为所述第三电阻的阻值；Vdd为所述恒定电源模块3提供的电源电压值；Rx为交流电网停电时电网线路及其他接入电网的用电设备的等效电阻。

如图1所示，所述亮度调节模块6连接所述比较模块5的输出端，基于所述比较结果EN产生亮度调节信号EN1。

具体地，在本实施例中，所述亮度调节模块6包括电流切换单元61及与逻辑单元62。所述电流切换单元61的输入端与所述比较模块5的输出端连接，基于所述比较信号EN产生电流切换信号CLK。所述与逻辑单元62的第一输入端连接所述比较模块5的输出端，第二输入端连接所述电流切换单元61的输出端，输出端连接所述功率开关管7。

更具体地，如图1及图2所示，在本实施例中，所述电流切换单元61包括：振荡器611，分频器612，开关控制器613及3个切换开关(第一切换开关S1、第二切换开关S2及第三切换开关S3)。所述分频器612对所述振荡器611产生的第一设定频率的方波信号进行分频，输出第一分频信号CLK1、第二分频信号CLK2及第三分频信号CLK3(各分频信号的频率不同，占空比也不同)；所述第一切换开关S1、所述第二切换开关S2及所述第三切换开关S3的一端分别连接所述第一分频信号CLK1、所述第二分频信号CLK2及所述第三分频信号CLK3，另一端连接在一起输出所述电流切换信号CLK；所述开关控制器613的输入端连接所述比较模块5的输出端，输出端连接所述第一切换开关S1、所述第二切换开关S2及所述第三切换开关S3的控制端，基于所述比较结果EN产生第一控制信号K1、第二控制信号K2及第三控制信号K3，分别控制所述第一切换开关S1、所述第二切换开关S2及所述第三切换开关S3的导通和关断，同一时间所述第一切换开关S1、所述第二切换开关S2及所述第三切换开关S3中只有一个处于导通状态，如图2所示，所述第一控制信号K1、所述第二控制信号K2及所述第三控制信号K3同一时间只有一个为高电平有效，其余两个为低电平。

需要说明的是，切换开关的数量和分频器612输出信号的数量相同，包括但不限于本实施例所列举的数量3，任意大于等于2个的切换开关数量和分频器输出信号数量均适用本实施例。

进一步需要说明的是，所述振荡器611产生的方波信号的频率为第一设定频率，能通过分频器612产生各分频信号，同时所产生的各分频信号通过与逻辑单元62和功率开关管7控制LED时，无法使人眼感知出LED在发光和不发光状态之间切换，所述第一设定频率的具体值可基于实际需要设定，在此不一一赘述。

作为示例，在本实施例中，所述开关控制器613采用计数器实现，每当比较结果EN由低电平变为高电平时，开关控制器613输出的控制信号K1、K2、K3的状态进行一次变化。同一时间，控制信号K1、K2、K3中，有且仅有一个信号为高电平，其余2个信号为低电平。控制信号K1、K2、K3分别用来控制切换开关S1、S2、S3，即同一时间仅有一个切换开关处于闭合状态。

需要说明的是，所述开关控制器613包括但不限于本实施例所列举的计数器，任意可通过输入的高电平信号，实现对各切换开关进行控制，且同一时间各切换开关有且只有一个处于导通状态的电路或器件均适用于本实施例。

更进一步地，在本实施例中，所述与逻辑单元62采用与门实现。

需要说明的是，所述与逻辑单元62包括但不限于本实施例所列举的与门，任意可以实现对所述比较结果EN和所述电流切换信号CLK进行逻辑与运算的电路或器件均适用本实施例。

如图1所示，在本实施例中，所述功率开关管7为NMOS管。NMOS管的栅极为控制端，控制端连接所述亮度调节模块6输出亮度调节信号EN1；漏极为输入端，输入端连接所述恒定电源模块3的正极；源极为输出端，与LED的正极连接，LED的负极接地。

需要说明的是，所述的功率开关管7包括但不限于本实施例所列举的NMOS管，任意可根据所述亮度调节模块6的输出信号EN1实现信号通断控制的电路或器件均适用于本实施例。

本发明的应用于应急灯的LED亮度调节电路的工作原理如下：

当电网线路正常供电时，零线和火线之间有交流电压信号，所述检测电压Vdet为0，即比较模块5的正相输入端电压低于反相输入端电压，比较结果EN为低电平，功率开关管7关断，此时通过LED的电流为0，LED不发光。

当电网线路停电时，零线和火线之间无交流电压信号，此时应急灯电路开始工作。

当所述开关1闭合时，所述恒定电源模块3输出的电流依次经过所述第一电阻R1、交流电网停电时电网线路及其他接入电网的用电设备的等效电阻Rx、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3，并在所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的连接节点输出所述检测电压Vdet，所述检测电压Vdet满足以下关系式：

此时，比较模块5的反相输入端电压为Vref，Vdet＞Vref，即比较模块5的正相输入端电压高于反相输入端电压，比较结果EN为高电平。比较结果EN作为开关控制器613的输入信号。

当所述开关1每进行一次断开并再闭合的操作，比较结果EN由低电平变为高电平时，开关控制器613输出的控制信号K1、K2、K3的状态进行一次变化。当开关连续断开再闭合操作时，比较结果EN连续变化，控制信号K1、K2、K3依次变为高电平，并循环。同一时间，控制信号K1、K2、K3中，有且仅有一个信号为高电平，其余2个信号为低电平。控制信号K1、K2、K3分别用来控制切换开关S1、S2、S3，即同一时间仅有一个切换开关处于闭合状态。

振荡器611用于产生频率较高的、周期性的方波信号，分频器612对该周期性的方波信号进行分频，并产生高电平的占空比不同的分频信号CLK1、CLK2、CLK3(方波信号)，受切换开关S1、S2、S3控制，同一时间分频信号CLK1、CLK2、CLK3中仅有一路信号作为与逻辑单元62的输入信号，由于与逻辑单元62的第一输入端信号EN为高电平信号，此时与逻辑单元62输出的亮度调节信号EN1即为所述与逻辑单元62第二输入端的电流切换信号CLK。

当开关1由断开变为闭合时，比较结果EN由低电平变为高电平，开关控制器613输出的控制信号K1、K2、K3的状态进行一次变化，其对应切换开关S1、S2、S3的状态及对应的电流切换信号CLK也进行一次变化。亮度调节信号EN1的占空比与上一次开关1闭合时不同，通过LED的平均电流也与上一次开关1闭合时不同。

开关1每进行一次断开并再闭合的操作，LED的平均电流进行一次变化，各次LED的平均电流由分频信号CLK1、CLK2、CLK3的占空比设置。

所述电流切换信号CLK是高电平占空比一定的频率较高的方波信号。当所述电流切换信号CLK为高电平时，功率开关管7导通，恒定电源模块3输出的电流通过LED，LED发光；当所述电流切换信号CLK为低电平时，功率开关管7关断，通过LED的电流为0，LED不发光。所述电流切换信号CLK(方波信号)高频变化时，LED在发光和不发光状态之间高频切换。因为人眼视觉延迟作用，对于LED串高频切换状态，人眼无法感知。通过LED的平均电流随所述电流切换信号CLK占空比变化，所述电流切换信号CLK占空比越小，通过LED的平均电流越小,LED亮度越低。

综上所述，本发明提供一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，包括开关，检测模块，恒定电源模块，参考电压模块，比较模块，亮度调节模块及功率开关管，通过检测模块检测所述电网线路的供电状态及开关的状态，通过检测模块的输出电压，控制比较模块的输出电平，进而控制亮度调节模块的输出信号，从而通过控制功率开关模块的导通和截止，来控制通过LED的平均电流。本发明应急灯采用LED，具有耗电量低，亮度大的优点；本发明通过对开关的控制实现对LED亮度的控制，不需要额外的调光器件，省去了额外调光器件的成本；本发明不需要额外的采集模块、分析模块等，电路结构简单可靠；本发明能够根据实际需要通过开关调节LED亮度，在光照强度大时，减小电池放电电流，从而延长电池使用时间，而在光线不足时，增加LED亮度来满足照明需求，从而更加高效、合理地利用电池能源，减少不必要的损失和浪费。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，包括：

开关，检测模块，恒定电源模块，参考电压模块，比较模块，亮度调节模块，功率开关管；

所述检测模块连接电网线路、所述开关及所述恒定电源模块，检测所述电网线路的供电状态及所述开关的状态，并输出检测电压；

所述恒定电源模块正极连接所述检测模块的输入端和所述功率开关管的输入端，负极连接电网线路的地线；

所述比较模块连接所述参考电压模块及所述检测模块的输出端，将所述检测电压和所述参考电压模块输出的参考电压相比较，并输出比较结果；

所述亮度调节模块连接所述比较模块的输出端，基于所述比较结果产生亮度调节信号；

所述功率开关管的控制端连接所述亮度调节模块的输出端，输入端连接所述恒定电源模块的正极和所述检测模块，基于亮度调节信号控制所述功率开关管，从而调节LED的亮度。

2.根据权利要求1所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述亮度调节模块包括电流切换单元及与逻辑单元；

所述电流切换单元连接所述比较模块的输出端，基于所述比较结果输出电流切换信号；

所述与逻辑单元的第一输入端连接所述比较模块的输出端，第二输入端连接所述电流切换单元的输出端，输出所述亮度调节信号。

3.根据权利要求2所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述电流切换单元包括：振荡器，分频器，开关控制器及至少2个切换开关；

所述振荡器产生第一设定频率的方波信号；

所述分频器连接所述振荡器，对所述第一设定频率的方波信号进行分频，产生与各切换开关一一对应的分频信号；

所述开关控制器输入端连接所述比较模块的输出端，输出端连接各切换开关的控制端，基于所述比较结果产生切换开关控制信号，同一时间只有一个切换开关处于导通状态；

各切换开关的各输入端与对应分频信号连接，各输出端连接在一起，输出电流切换信号。

4.根据权利要求3所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述开关控制器采用计数器。

5.根据权利要求3所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述切换开关的数量为3。

6.根据权利要求2所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述与逻辑单元为与门。

7.根据权利要求1所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述开关为触摸开关或机械开关。

8.根据权利要求1所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述功率开关管为NMOS管；所述NMOS管的栅极为控制端，与所述亮度调节模块的输出端连接；漏极为输入端，与所述恒定电源模块正极连接；源极为输出端，与LED的正极连接。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的应用于应急灯的LED亮度调节电路，其特征在于，所述检测模块包括：第一电阻，第二电阻，第三电阻；所述第一电阻的一端通过所述开关与火线连接，另一端与所述恒定电源模块正极连接；所述第二电阻和所述第三电阻串联连接在电网线路的零线和地线之间，第二电阻和第三电阻的连接节点输出所述检测电压。

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