CN202353900U - Led灯具的电源冗余装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种LED灯具的电源冗余装置，包括用于提供标准时钟数据的时钟发生器；以及单片机，该单片机将来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，如果当前时间与单片机内预设时间相同则发出切换指令；以及至少两个控制开关，每个控制开关根据单片机提供的切换指令信号进行导通或关闭；以及至少两个LED恒流驱动电源；以及一个与单片机复位端连接的复位电路；以及采样放大电路。本实用新型能在两台LED驱动电源之间不间断地进行切换，不但能高效、安全、可靠的管理灯具的电源，而且有利于电源及LED的寿命的延长。

Description

LED灯具的电源冗余装置
技术领域
本实用新型涉及LED的终端控制器，具体涉及一种LED灯具的电源冗余装置及方法。
背景技术
LED作为新一代的光源，具有许多优良性能，因其原理为PN结的电子跃迁与空穴复合的能量而发光，故为固态光源，加上高效稳定的荧光粉技术，LED光源具有发光效率高、耗电量少、寿命长、光色纯、稳定性高、安全性强、环保、抗震动等诸多传统光源无法比拟的优越性，是一种绿色环保的照明技术，在我国和全球节能减排的背景下，LED照明的来临已经近在咫尺。
LED的长寿命是其最为引人注目的特点，只要生产工艺正确并解决好散热问题，那么LED灯具的寿命就可接近甚至达到100000小时。但由于LED工作环境苛刻，具有优良输出性能的电源都有用到电容，众所周知，电容在电子产品中的寿命都较短，电容是电源的寿命短板，而在整个灯具系统中，电源是寿命的短板。因此，如何有效地对电源进行管理，提高电源及LED灯的使用寿命，是当前所面临的问题。
发明内容
本实用新型提供了一种LED灯具的电源冗余装置，本实用新型根据设置的切换时间，能在两台或多台LED驱动电源之间不间断地进行切换，不但高效、安全、可靠地管理了灯具的电源，而且有利于电源及LED的寿命的延长。实现上述目的的技术方案如下：
LED灯具的电源冗余装置，包括用于提供标准时钟数据的时钟发生器；以及
单片机，该单片机将来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，如果当前时间与单片机内预设时间相同则发出切换指令；以及
至少两个控制开关，每个控制开关根据单片机提供的切换指令信号进行导通或关闭；以及
至少两个LED恒流驱动电源，各LED恒流驱动电源根据控制开关的导通，将输入的交流电处理为恒定的电流供给连接于该LED恒流驱动电源输出端的LED作为工作电流；以及
AC-DC微型开关电源，将交流电转换为直流电提供给单片机以及控制开关；以及
一个与单片机复位端连接的复位电路；以及
采样放大电路，该采样放大路将采集的LED恒流驱动电源的输入电流进入放大后传送给单片机。
采用了上述方案，本实用新型LED灯的双电源冗余装置，通过单片机的控制，高效地管理了两台LED恒流驱动电源。两台LED恒流驱动电源都正常的情况下，每台LED恒流驱动电源工作一定时间，休息一定时间，可以实现两台电源无间隙切换，提高灯具的整体工作效率，达到高效、安全、可靠地管理灯具的电源。另外，通过采样检测电源的输入电流判断两台LED恒流驱动电源是否正常，如果检测到某台LED恒流驱动电源故障，在进行切换时会屏蔽掉故障电源，只由正常LED恒流驱动电源提供输出，并且报警提示故障。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型的LED灯电源冗余的处理装置的电路方框图；
图2为本实用新型的LED灯电源冗余的处理装置的电路原理图；
图3为本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，本实用新型的LED灯具的电源冗余装置，其由时钟发生器、单片机、复位电路、控制开关、LED恒流驱动电源、继电器开关、采样放大电路以及AC-DC微型开关电源组成。下面对每部分进行详细说明：
参见图1和图2，时钟发生器用于为单片机提供标准时钟数据。时钟发生器由时钟芯片U3及其外围电路组成，时钟芯片U3的型号为SD2405，该时钟芯片是一种内置晶振、内置充电电池、具有标准12C接口的实时时钟芯片，该时钟芯片可以保证时钟精度为±5ppm(在25度下)，即年误差小于2.5分钟，为冗余装置正常工作提供高标准时钟。
参照图1和图2，单片机U2将来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，如果当前时间与单片机内预设时间相同则发出切换指令。单片机模块U2是本实用新型的电源冗余装置的核心，单片机模块U2实时读取时钟发生器输出的数据，判断时间是否是凌晨零点，如果是则切换电源供电。
参照图1和图2，复位电路与单片机的复位端连接。复位电路包括复位芯片U1，该复位芯片采用MAXIM公司的MAX813L，是单片机U2的外部硬件看门狗，防止异常情况下单片机死机，使单片机U2在强烈干扰下可以复位重新运行，相当于重新上电。复位芯片U1的引脚1与其引脚8脚相连接，可以监视单片机在1.6s内是否正常操作过看门狗芯片；复位芯片U1的引脚7与单片机U2的引脚1连接，使得硬件看门狗芯片能够控制单片机的复位，上电提供140ms的高电平，使得单片机可靠复位；复位芯片U1的引脚6脚与单片机的引脚2连接，是看门狗芯片的握手连接端，接受单片机的控制，是与单片机连接的桥梁；复位芯片U1的引脚3接地。复位芯片U1的引脚2与AC-DC微型开关电源的输出端(5V直流电)连接，有监视5V电压功能，当低于4.4V时，复位单片机。
参照图1和图2，本实用新型中包含了两个控制开关，以其中的一个为例进行说明。控制开关根据单片机提供的切换指令信号进行导通或关闭。每个控制开关包括驱动开关TA，恒流电源开关RJA。该驱动开关根据单片机的切换指令进行导通或关闭，驱动开关为三极管。驱动开关TA的集电极接地，发射极接恒流电源开关RJA的一端，恒流电源开关RJA的另一端连接到5V电源。驱动开关TA的基极通过电阻R4连接到单片机U2的引脚9。使得单片机能够控制LED恒流驱动电源的电源开关。恒流电源开关RJA根据驱动开关的导通或关闭而进行导通或关闭，以使LED恒流驱动电源是否能连通交流电源。恒流电源开关RJA为继电器，该继电器的线圈连接于驱动开关的输出端，继电器的触头分别与交流电源和LED恒流驱动电源连接，继电器的触头为双刀双掷开关，交流电源通过连接器J1输出。
参照图1和图2，本实用新型中包含了两个LED恒流驱动电源，LED恒流驱动电源的型号为EUC-200F035DV-CS01，以其中的一个为例进行说明。LED恒流驱动电源根据控制开关的导通，将输入的交流电处理为恒定的电流供给连接于该LED恒流驱动电源输出端的LED作为工作电流。LED恒流驱动电源输入线是三芯电缆，L(火线)、N(零线)、FG(保护地)，输入电压范围AC90～305V，频率47～63hz，其中L(火线)受恒流电源开关RJA的开关控制，接到常开触点，能够实现LED恒流驱动电源的开关。LED恒流驱动电源能输出多路直流恒流电流，每组恒流输出的正端都经过对应的输出继电器开关RT1，通过继电器开关RT1的作用增加了装置的安装性。该继电器开关的双刀双掷开关连接在LED恒流驱动电源输出端，继电器开关的线圈连接于AC-DC微型开关电源的输出端与地之间，在继电器开关RT1的线圈与地之间还连接一个驱动器T1，驱动器T1为三极管，驱动器T1是LED恒流驱动电源的输出控制继电器的驱动部分，其集电极接地，发射极连接继电器开关RT1的线圈的一端，继电器开关RT1的线圈的另一端连接5V电源，驱动器T1的基极通过电阻R1连接单片机U2的引脚15，使得单片机可以控制LED恒流驱动电源输出电流的开关。通过继电器开关RT1的双刀双掷开关连接到LED光源的正极，对应组的恒流输出负端都经过继电器控制后，在连接到LED光源的负极，LED光源由多颗大功率LED灯珠串联，这些多路输出的LED恒流驱动电源受单片机的控制，可以在两路LED恒流驱动电源之间切换。
参照图1和图2，本实用新型中包含了两个采样放大电路，以其中的一路为例进行说明。采样放大路将采集的LED恒流驱动电源的输入电流进入放大后传送给单片机U2。采样放大电路包括电流互感装置，该电流互感装置采集LED恒流驱动电源的输入电流转换为电压信号；以及放大电路，该放大电路将电流互感装置输出的电压信号放大后输出到单片机。所述电流互感装置包括电流互感器CT1以及采样电阻R18。电流互感器是高精度电流互感器，输出电流范围是0～10mA，电流互感器的取样电流经过取样电阻R18转换为交流电压信号。再经过放大电路将信号放大后可以测量LED恒流驱动电源的工作电流，是单片机U2判断LED恒流驱动电源是否正常工作的依据。放大电路包括运算放大器U4，该运算放大器U4的同相输入端通过电阻R6与电压互感装置连接，在开关二极管的阴极端与地之间连接一个滤波电容C4。运算放大器U4的型号为TLC2272，是TI公司的轨到轨低漂移放大器，能够输出满幅度的电压，运算放大器U4的反相输入端还连一个接电阻R5，电阻R5的另一端接地，运算放大器U4的输出端与其反相输入端之间连接一个反馈电阻R9，组成正反馈放大电路，放大倍数G＝1+R9/R5，可以将电流互感器CT1交流信号放大到0～5V，运算放大器U4的输出端连接电阻R10，电阻R10的另一端连接到开关二极管ZD1的阳极端，通过开关二极管ZD1将运算放大器输出的信号整流为脉动直流电压信号，在经过滤波电容C4滤波后，得到平滑的直流电压信号，连接到单片机U2的AD采样输入引脚12，完成了LED恒流驱动电源的电流信号的采集。
AC-DC微型开关电源将交流电转换为直流电提供给单片机U2以及控制开关。AC-DC微型开关电源输出的信号经过电解电容C3滤波，提供质量更高的直流电压，为单片机及其外围电路提供5V的直流工作电压，该组电压的输出与LED调光电源无关，完全独立。
参照图3，本实用新型的LED灯具的电源冗余处理方法，包括以下步骤：
步骤1，单片机进行初始化，即单片机端口初始化、寄存器初始化、时钟初始化；
步骤2，单片机输出信号至第一个控制开关，第一个控制开关导通后，受该第一个控制开关控制的LED恒流驱动电源接通输入电流，LED恒流驱动电源输出恒定的电流至LED灯具，使LED灯具点亮；
步骤21，通过采样放大电路采样受第一个控制开关控制的LED恒流驱动电源的输入电流；
步骤22，单片机判断该输入电流是否正常，若判断结果为是，则进入步骤3；
步骤23，若步骤22判断结果为否，则单片机判断受第二个控制开关控制的LED恒流驱动电源接通的输入电流是否正常，若判断结果为否，则发出报警信号并点灯故障指示灯，若判断结果为是，则进入步骤4；
步骤3，单片机对来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，判断当前时间与单片机内预设时间相同；
步骤4，如果当前时间与单片机内预设时间相同，则发出切换指令，使第一个控制开关断开，使第二个控制开关导通，受该第二个控制开关控制的LED恒流驱动电源接通输入电流，LED恒流驱动电源输出恒定的电流至LED灯具，使LED灯具点亮；
步骤41，通过另一个采样放大电路采样受第二个控制开关控制的LED恒流驱动电源的输入电流；
步骤42，单片机采样放大电路判断该输入电流是否正常，若判断结果为是，则进入步骤5，若判断结果为否，则返回步骤2。
步骤5，单片机对来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，再次判断当前时间与单片机内预设时间相同，如相同，则返回步骤2后，按步骤2至步骤5循环。
本实用新型的工作过程如下：
参照图2和图3，单片机U2的引脚8，引脚9同时取反输出，通过恒流电源开关RJA，RJB将两个LED恒流驱动电源进行切换，同时单片机的引脚15输出取反，通过恒流电源开关RJA切换LED光源的供电电源。同时实时采样LED恒流驱动电源的工作电流，通过与工作电流的最低阀值比较判断该路LED恒流驱动电源是否正常工作，如果正常则继续判断时间是否到凌晨零点；如果不正常则在采样工作电流16次，16次判断电流都不正常，则标识该路电源不正常，并通过点亮故障指示灯G1(LED)，提示系统故障，并立即切换到另一路正常电源。在两路LED恒流驱动电源都正常的情况下，通过凌晨零点(也可设置在其他任何时间)进行电源切换，实现了双电源的无缝切换，理论上将灯具的寿命提供了一倍。

Claims (8)

1.一种LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，包括用于提供标准时钟数据的时钟发生器；以及
单片机，该单片机将来自于时钟发生器的数据信号与单片机内预设的时间进行比较，如果当前时间与单片机内预设时间相同则发出切换指令；以及
至少两个控制开关，每个控制开关根据单片机提供的切换指令信号进行导通或关闭；以及
至少两个LED恒流驱动电源，各LED恒流驱动电源根据控制开关的导通，将输入的交流电处理为恒定的电流供给连接于该LED恒流驱动电源输出端的LED作为工作电流；以及
AC-DC微型开关电源，将交流电转换为直流电提供给单片机以及控制开关；以及
一个与单片机复位端连接的复位电路；以及
采样放大电路，该采样放大路将采集的LED恒流驱动电源的输入电流放大后传送给单片机。
2.根据权利要求1所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，所述控制开关包括驱动开关，驱动开关根据单片机的切换指令进行导通或关闭；以及
恒流电源开关，该恒流电源根据驱动开关的导通或关闭而进行导通或关闭，使LED恒流驱动电源是否接通交流电源。
3.根据权利要求2所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，所述驱动开关为三极管。
4.根据权利要求2所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，所述恒流电源开关为继电器，该继电器的线圈连接于驱动开关的输出端，继电器的触头分别与交流电源和LED恒流驱动电源连接。
5.根据权利要求1所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，采样放大电路包括电流互感装置，该电流互感装置采集LED恒流驱动电源的输入电流转换为电压信号；以及
放大电路，该放大电路将电流互感装置输出的电压信号放大后输出到单片机。
6.根据权利要求5所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，所述电流互感装置包括电流互感器以及采样电阻。
7.根据权利要求5所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，放大电路包括运算放大器，该运算放大器的同相输入端与电压互感装置连接，运算放大器的输出端与其反相输入端之间连接一个反馈电阻，运算放大器的输出端连接一个开关二极管，在开关二极管的阴极端与地之间连接一个滤波电容。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的LED灯具的电源冗余装置，其特征在于，所述电源冗余装置还包括一个继电器开关，该继电器开关的双刀双掷开关连接在LED恒流驱动电源输出端，继电器开关的线圈的一端与AC-DC微型开关电源的输出端连接，继电器开关的线圈的另一端连接驱动器，该驱动器的与单片机连接。
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