CN114640085A - 用于矿灯的ia等级保护装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于矿灯的ia等级保护装置和系统，装置包括串接的保护电路和并联电路；并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。本发明解决了现有技术中给矿灯增加限流电阻导致的矿灯闪烁，以及在矿灯充电时导致的充电电流不足或者无法充进去电的技术问题。

Description

用于矿灯的ia等级保护装置和系统

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种用于矿灯的ia等级保护装置和系统。

背景技术

在煤矿领域，根据安标中心要求，集成音视频、定位、传感功能的矿灯需要具备ia(或写为Ia)等级，ia等级要求在规定情况下，具有ia保护等级的电气设备中的本质安全电路应不能引起点燃。在ia保护等级电路中，允许使用三只串联阻塞二极管，其他半导体和可控半导体器件虽然也可用作串联限流器，但是仅限于ib或ic保护等级的设备。为了限制功率，ia保护等级设备也可使用由可控和不可控半导体器件组成的串联限流器。

基于以上的要求，现有技术中的矿灯的(电池)保护板为了满足以上要求会面临以下挑战：

1、因为ia等级的保护板必须加上限流电阻，所以当音视频、定位、传感等功能开启后，工作电流较大，因此存在很大的压降；

2、如果工作电流是间歇或者脉冲型的，音视频、定位、传感等功能与矿灯均经过限流电阻降压，由于脉冲电流会导致脉冲压降，所以会引起矿灯闪烁。

3、在矿灯充电时，如果充电电流不足，而某种功能如定位是无法关闭的，则可能引发充电时间过长；或者由于涓流充电电流不足，导致永远无法充进电。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种用于矿灯的ia等级保护板和系统，解决了现有技术中给矿灯增加限流电阻导致的矿灯闪烁，以及在矿灯充电时导致的充电电流不足或者无法充进去电的技术问题。采用本发明提供的用于矿灯的ia等级保护板通过采用多路的方式分别对矿灯和负载进行ia等级保护，在加入限流电阻的情况下，避免负载和灯板之间相互影响，使矿灯稳定工作。

本发明提出一种用于矿灯的ia等级保护板，包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

此外，负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

此外，检测电路至少包括：第一比较器和第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一比较器的电压输出端连接，第一MOS管的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器控制第一MOS管截断，负载停止工作。

此外，保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

此外，芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

本发明还提出一种矿灯的ia等级保护系统，包括：

用于矿灯的ia等级保护板、矿灯灯板、电池和负载；

用于矿灯的ia等级保护板包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

此外，负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

此外，检测电路至少包括：第一比较器和第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一比较器的电压输出端连接，第一MOS管的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器控制第一MOS管截断，负载停止工作。

此外，保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

此外，芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

本发明解决了现有技术中给矿灯增加限流电阻导致的矿灯闪烁，以及在矿灯充电时导致的充电电流不足或者无法充进去电的技术问题。采用本发明提供的用于矿灯的ia等级保护板通过采用多路的方式分别对矿灯和负载进行ia等级保护，在加入限流电阻的情况下，避免负载和灯板之间相互影响，使矿灯稳定工作。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板的整体示意图；

图2为本发明一个实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板的电路连接图；

图3为本发明一个实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板的检测电路的电路图；

图4为本发明一个实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板的保护电路的电路图；

图5为本发明一个实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板的保护电路和检测电路的整体电路图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1和图2，本发明提出一种用于矿灯的ia等级保护板，包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

图1和图2中负载以定位模块举例说明。灯头即矿灯的灯头。图2中的电池电芯即电池。

在本领域内，矿灯的充电用的一般是标准充电座，卡在矿灯的灯头上进行充电，但是当矿灯所需的电流增大后，矿灯厂商很难保留传统的灯头充电方式，纷纷使用另外开辟一个充电口的办法。但是另开辟一个充电口的方式不符合业界常用的规范。

而本实施例在保留传统的灯头充电方式的情况下，实现了集成音视频、定位、传感功能的矿灯(即智能矿灯)满足ia等级的要求。

在现有技术中，如果将限流电阻加入到电池与充电板之间，会导致很大的压降，导致矿灯很多负载的功能不能使用。所以现有技术中当矿灯满足ai等级时，就无法保证矿灯的各个功能正常使用，所以，本发明中第一次提出了将限流电阻以并联的方式分别与矿灯和不同的负载(即电器)连接，使矿灯与不同的负载之间互相不受干扰。

现有技术中，因为当负载(电器)开启和关闭时，会使电流形成脉冲，脉冲会突然加大电流，如1mA变为100mA，电流的突然变大会使矿灯一闪一闪，工作不稳定。本发明中将限流电阻以并联的方式分别与矿灯和不同的负载(即电器)连接的方式则不会影响矿灯的工作，从根本上解决了矿灯闪烁的技术问题。

为了满足ia等级的需求，需要在电池的输出侧至少有0.5欧的纯电阻，因此，该保护板分为2路或以上：其中电池的正极共用，电池的负极经过保护电路(即半导体保护电路和保险丝)后，分开两路或以上，每个并联支路分别接限流电阻，起到ia等级保护作用，多个并联支路的方式可以明显减小电池的压降，同时满足ia级本安的要求。图2中的两路分别为(充电)灯板路以及定位路。

灯板是指矿灯灯头的LED电路板，负责发光。同时业界将充电电路也放置于灯板上，用于充电。定位路泛指所有矿灯其他功能，如定位，音视频，传感器等。

由于两路处于并联状态，因此，定位路的电流波动不影响灯板路的电压，因此避免了灯头的闪烁。同时，灯板所消耗的电流，也不会影响定位路的压降，对定位路的稳定也有好处。该保护板上还设计了一个检测电路，在探测到充电时关断定位路，这样可以避免涓流充电时，定位路的耗电导致充电异常。

图2是以两个并联支路为例进行说明，在实际使用中，可以扩展为多路，每一个并联支路对应一个负载。

当电池放电时，电流从电池流向灯头以及定位板；电池充电时，电流从灯头反向流入电池。本实施例通过探测电流方向，得知矿灯是否在充电。充电时关闭定位板，防止干扰涓流充电，导致充不进电。

本实施例解决了现有技术中给矿灯增加限流电阻导致的矿灯闪烁，以及在矿灯充电时导致的充电电流不足或者无法充进去电的技术问题。采用本实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板通过采用多路的方式分别对矿灯和负载进行ia等级保护，在加入限流电阻的情况下，避免负载和灯板之间相互影响，使矿灯稳定工作。

在其中的一个实施例中，负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

参照图3，在其中的一个实施例中，检测电路至少包括：第一比较器U1和第一MOS管Q1，第一MOS管Q1的栅极与第一比较器U1的电压输出端连接，第一MOS管Q1的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器U1控制第一MOS管截断，负载停止工作。

本实施例设计了“充电时断开”的检测电路，当充电时(第一MOS管检测到充电)，则第一比较器U1控制第一MOS管Q1的栅级，使限流电阻与负载之间断开。

电池放电时，电流从电池流向灯头以及定位板；电池充电时，电流从灯头反向流入电池。充电过程开始的过程是涓流充电，电流比较低。如果定位板持续工作，会使矿灯无法充电。

所以本实施例通过探测电流方向，得知矿灯是否在充电。充电时关闭定位板，防止干扰涓流充电，导致充不进电。另外，本实施例的断路方式对于定位路也起到一个硬重启的作用，对设备稳定性有一定的好处。

U1和Q1是一个充电探测电路，U1为低功耗比较器，当电池负的电压高于灯头负的时候(由于限流电阻会导致压降)，表示电路处于放电状态。此时Q1导通，定位路可以正常工作。当电池负电压低于灯头负时(由于限流电阻会导致压降，但是方向反过来)，U1控制Q1截断，定位路停止工作。

本实施例避免了涓流充电时，定位路的耗电导致充电异常的问题。

参照图4，在其中的一个实施例中，保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

U2和U3是保护芯片，Q2和Q3是MOS管开关。U2、Q3，以及U3、Q2组成两级半导体保护电路，具备过压、过流功能，在电路过压、过流时，U2、U3通过1/3脚分别控制Q3、Q2的4/6脚(栅极)，使之截止。由于是两级独立的保护电路，在上述任何一个元件失效的情况下，本电路仍然可以保证电池的安全。

在其中的一个实施例中，芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

参照图1、图2和图5，本发明还提出一种矿灯的ia等级保护系统，包括：

用于矿灯的ia等级保护板、矿灯灯板、电池和负载；

用于矿灯的ia等级保护板包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

本实施例解决了现有技术中给矿灯增加限流电阻导致的矿灯闪烁，以及在矿灯充电时导致的充电电流不足或者无法充进去电的技术问题。采用本实施例提供的用于矿灯的ia等级保护板通过采用多路的方式分别对矿灯和负载进行ia等级保护，在加入限流电阻的情况下，避免负载和灯板之间相互影响，使矿灯稳定工作。

在其中的一个实施例中，负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

参照图3，在其中的一个实施例中，检测电路至少包括：第一比较器U1和第一MOS管Q1，第一MOS管Q1的栅极与第一比较器U1的电压输出端连接，第一MOS管Q1的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器U1控制第一MOS管截断，负载停止工作。

本实施例设计了“充电时断开”的检测电路，当充电时(第一MOS管检测到充电)，则第一比较器U1控制第一MOS管Q1的栅级，使限流电阻与负载之间断开。

电池放电时，电流从电池流向灯头以及定位板；电池充电时，电流从灯头反向流入电池。充电过程开始的过程是涓流充电，电流比较低。如果定位板持续工作，会使矿灯无法充电。

所以本实施例通过探测电流方向，得知矿灯是否在充电。充电时关闭定位板，防止干扰涓流充电，导致充不进电。另外，本实施例的断路方式对于定位路也起到一个硬重启的作用，对设备稳定性有一定的好处。

U1和Q1是一个充电探测电路，U1为低功耗比较器，当电池负的电压高于灯头负的时候(由于限流电阻会导致压降)，表示电路处于放电状态。此时Q1导通，定位路可以正常工作。当电池负电压低于灯头负时(由于限流电阻会导致压降，但是方向反过来)，U1控制Q1截断，定位路停止工作。

本实施例避免了涓流充电时，定位路的耗电导致充电异常的问题。

参照图4，在其中的一个实施例中，保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

U2和U3是保护芯片，Q2和Q3是MOS管开关。U2、Q3，以及U3、Q2组成两级半导体保护电路，具备过压、过流功能，在电路过压、过流时，U2、U3通过1/3脚分别控制Q3、Q2的4/6脚(栅极)，使之截止。由于是两级独立的保护电路，在上述任何一个元件失效的情况下，本电路仍然可以保证电池的安全。

在其中的一个实施例中，芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于矿灯的ia等级保护板，其特征在于，包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

2.根据权利要求1所述的用于矿灯的ia等级保护板，其特征在于，

负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

3.根据权利要求1所述的用于矿灯的ia等级保护板，其特征在于，

检测电路至少包括：第一比较器和第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一比较器的电压输出端连接，第一MOS管的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器控制第一MOS管截断，负载停止工作。

4.根据权利要求1所述的用于矿灯的ia等级保护板，其特征在于，

保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

5.根据权利要求4所述的用于矿灯的ia等级保护板，其特征在于，

芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

6.一种矿灯的ia等级保护系统，其特征在于，包括：

用于矿灯的ia等级保护板、矿灯灯板、电池和负载；

用于矿灯的ia等级保护板包括：

串接的保护电路和并联电路；

并联电路包括多个并联支路，并联支路中的一个连接外部的矿灯灯板的负极，其它的并联支路分别串接限流电阻、检测电路后再连接一个外部的负载的负极；

外部电池的正极分别与矿灯灯板的正极和负载的正极连接，电池的负极与保护电路的一端连接，保护电路的另一端连接并联电路；

若检测电路检测到电池在为矿灯灯板充电，则检测电路使所在并联支路断路，使负载与电池的负极之间的电流为0。

7.根据权利要求6所述的用于矿灯的ia等级保护系统，其特征在于，

负载至少包括：定位模块，音视频模块和传感器模块其中之一。

8.根据权利要求6所述的用于矿灯的ia等级保护系统，其特征在于，

检测电路至少包括：第一比较器和第一MOS管，第一MOS管的栅极与第一比较器的电压输出端连接，第一MOS管的漏极与负载连接；

当电池的负极的电压高于矿灯灯板时，此时第一MOS管导通，负载正常工作；当电池的负极的电压低于矿灯灯板时，第一比较器控制第一MOS管截断，负载停止工作。

9.根据权利要求6所述的用于矿灯的ia等级保护系统，其特征在于，

保护电路至少包括：芯片U2、芯片U3、第二MOS管开关Q2和第三MOS管开关Q3，U2与Q3，U3与Q2组成两级半导体保护电路；

在电池的负极所在电路有过压、过流或过充时，U2、U3分别控制Q3、Q2截止。

10.根据权利要求9所述的用于矿灯的ia等级保护系统，其特征在于，

芯片U2、芯片U3均为锂电池保护芯片。

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