CN212137973U - 过流保护电路、led灯及灯具 - Google Patents

Abstract

公开了一种过流保护电路、LED灯及灯具，过流保护电路相对传统的方案使用具有敏感的电流‑热特性的感应器来接替该NTC的工作，在电路板设计中将电感器与热熔断丝热耦合连接，在大电流发生时，电感器将所产生的热量热传递给热熔断丝以将热熔断丝熔断，从而在省略了NTC的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

Description

过流保护电路、LED灯及灯具

技术领域

本申请属于电源电路技术领域，尤其涉及一种过流保护电路、LED灯及灯具。

背景技术

电磁镇流器电路中，若主电路发生故障时，可能会产生不能自动触发保险丝断开的短路电流，短路大电流会使电磁镇流器产生较大的损耗，从而导致安全问题，在这种情况下，需要对电路加入断电保护。

为解决上述问题，在传统技术中提出了如图1所示的解决方案，将负温度特性电阻(NTC)串联在电路的输入侧，当主电路触发短路大电流时，NTC会迅速达到很高的温度，而电路板设计上热熔丝F1放置在离NTC很近的地方，如果NTC温度足够高就会熔断热熔丝F1，从而断开主电路与电源输入之间的通路，对后级的主电路进行断电保护，避免安全问题。上述方案加入了断电保护，虽然能解决短路大电流产生较大的损耗，从而导致安全问题，但是由于NTC是个体积较大的零部件，因此也带来了不利于产品的小型化的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种过流保护电路、LED灯及灯具，旨在解决传统的过流保护电路使用NTC器件，不利于产品小型化的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种过流保护电路，包括：

输入端，用于连接到电源输入；

热熔断丝，串联在所述输入端和主电路之间，在热量超过一定阈值时熔断以将主电路与所述输入端断开；

电感器，串联在所述输入端和主电路之间，用于吸收浪涌电流；

所述电感器具有一定的电流-热特性，以在流过所述电感器的电流超过一定限值时产生足够的热量，且所述电感器与所述热熔断丝之间具有一热耦合连接，用于将所产生的所述热量热传递给所述热熔断丝以将所述热熔断丝熔断。

上述过流保护电路相对传统的方案使用具有敏感的电流-热特性的感应器来接替该NTC的工作，在电路板设计中将电感器与热熔断丝热耦合连接，在大电流发生时，电感器将所产生的热量热传递给热熔断丝以将热熔断丝熔断，从而在省略了NTC的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

在其中一个实施例中，所述输入端和所述主电路之间与负温度特性电阻解耦，所述热熔断丝也与负温度特性电阻解耦。即过流保护电路不包含负温度特性电阻。如此，过流保护电路可以省略掉负温度特性电阻器件的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

在其中一个实施例中，所述电感器被配置为在流过所述电感器的所述电流超过该一定限值时饱和并通过产生损耗产生所述热量，且所述电流不同于所述浪涌电流。该实施例中，配置电感器熔断热熔断丝的电流定限值不会对浪涌电流的限定值造成制约，使得电感器吸收一般正常的浪涌电流将不会引起熔断热熔断丝，两个功能都能独立运作，以避免断路保护的误触发，或者无法有效吸收浪涌电流。

在其中一个实施例中，所述电感器具有电感随电流增大而下降的特性。这将有助于被保护部件免受电流急剧变化的影响。

在其中一个实施例中，所述电感器具有铁芯，该铁芯包括铁粉材料。该实施例提供一种具有电感随电流增大而下降的特性的电感器结构。

在其中一个实施例中，所述电感器在交流频率为60Hz，磁通密度10K高斯时，磁芯损耗大于100mw/cm3。该实施例限定了电感器的选型特性。

在其中一个实施例中，所述过流保护电路还包括至少一个电容器，所述电容器与所述电感器连接且并联于所述输入端，以构成输入滤波器。该实施例中，所提出的方案中电容器是可以复用，跟电容器构成输入滤波器，以对电路输入进行保护。

本申请实施例的第二方面提了一种LED灯，包括如上所述过流保护电路，所述主电路，以及被所述主电路所驱动的LED光源。

本申请实施例提供的LED灯采用上述过流保护电路后，可以在省略了NTC的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

在其中一个实施例中，所述LED灯用于替代传统的高亮度放电灯。提高灯具的安全性能和可靠性，成本也更低，体积更小。

在一个具体的实施例中，所述LED灯兼容镇流器输入和市电输入，所述电感器用于防止市电输入情况下的差模浪涌，且所述LED灯包括与所述电感器并联的开关，所述开关用于：

当所述LED灯被连接到市电输入时，保持断开，且所述电感器在市电输入提供的工作电流情况下不足以产生足够热量；

当所述LED灯被连接到镇流器输入时，在所述LED灯正常工作的情况下所述开关导通；在所述LED灯故障的情况下所述开关断开以将所述电感器连接到至所述镇流器，以使得所述电感器接受来自所述镇流器提供的工作电流足以产生足够热量以熔断所述热熔断丝。

在该实施方式中，LED灯是一种通用型灯：既能兼容市电输入，也能兼容镇流器输入。在市电输入的情况下，电感器的作用是较为常见的差模浪涌保护。且由于市电输入下的输入的工作电流较小，不会使得电感器过热。而在镇流器输入的情况下，电感器起到了双重作用：灯正常时并不需要该电感器(因为前端镇流器应已具有浪涌保护功能)，所以电感器未被激活(被开关短路)；而当灯不正常时，业已存在在灯中但并未激活的电感器被激活(开关断开)，且接受镇流器输出的较大的工作电流从而产生保护功能以切断热熔断丝，从而保护镇流器和灯过载等危险。这最大程度上节省并复用了器件来提供保护，成本较低，经济效益好。

在一个优选的实施方式中，当所述LED灯被连接到镇流器输入时，在所述LED灯正常工作的情况下，所述LED灯的驱动电路为所述开关供电以使其导通，在所述LED灯故障的情况下失去供电而无法维持所述开关的导通因而所述开关断开。该实施方式提供了一种自动运作的保护机制，安全性高，实现简便。

本申请实施例的第三方面提了一种灯具，包括如上所述的LED灯。

本申请实施例提供的灯具采用上述LED灯，产品的可以更小型化，成本更低。

附图说明

图1为传统的过流保护电路的示例电路原理图；

图2为本申请实施例提供的过流保护结构示意图。

图3为本申请实施例提供的过流示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图2和图3，本申请实施例提供的过流保护电路包括输入端11、热熔断丝13及电感器15。

输入端11用于连接到电源输入12；热熔断丝13串联在输入端11和主电路14之间，热熔断丝13在热量超过一定阈值时熔断以将主电路14与输入端11断开；电感器15串联在输入端11和主电路14之间，用于吸收浪涌电流；本例中，电感器15是通过热熔断丝13连接到输入端11的，具体地，电感器15具有一定的电流-热特性，以在流过电感器15的电流超过一定限值时产生足够的热量，且电感器15与热熔断丝13之间具有一热耦合连接，用于将所产生的热量热传递给热熔断丝13以将热熔断丝13熔断。

在电路板设计中将电感器15与热熔断丝13热耦合连接，比如将两个器件背贴在一起，用导热性能好的材料黏连，以提高导热效率。在超过一定限值的大电流发生时，电感器15将所产生的热量热传递给热熔断丝13以将热熔断丝13熔断，从而在省略了NTC或者使用低级别的NTC的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

过流保护电路的输入端11和主电路14之间与负温度特性电阻解耦，热熔断丝13也与负温度特性电阻解耦。如此，过流保护电路可以省略掉负温度特性电阻器件的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

电感器15被配置为在流过电感器15的电流超过该一定限值时饱和并通过产生损耗产生热量，且电流不同于浪涌电流。

该实施例中，当灯接入市电时，开关S2断开，市电工作电流较小，配置电感器15熔断热熔断丝13的电流定限值不会对浪涌电流的限定值造成制约，使得电感器15吸收一般正常的浪涌电流将不会引起熔断热熔断丝13，两个功能都能独立原作，以避免断路保护的误触发，或者无法有效吸收浪涌电流。整个电路的电流正常，没达到熔断热熔断丝13的电流定限值时，电感器15将正常运行，以低损耗的方式共模电感和滤波器浪涌电流感应器工作在电路上。当灯接入镇流器时，如果电路故障，那么开关S2得不到有效供电而断开，镇流器的工作电流达到熔断热熔断丝13的电流定限值，电感器15完全饱和，并具有足够绕组损耗和铁心损耗，可达到足够高的温度，如130℃，可触发热熔断丝13熔断，实现断路保护。一般地，为了保护电感元件，本申请的电感器15可选择额定工作温度180℃以上的磁芯。

在其中一个实施例中，电感器15具有电感随电流增大而下降的特性。这将有助于被保护部件免受电流急剧变化的影响。为满足该特性，本申请将选用铁芯粉电感器15，那么电感器15将具有铁芯，该铁芯包括铁粉材料，以电感随电流增大而下降的特性。更具体地，该铁粉材料将具有低磁导率，比如磁导率为75u的铁粉材料，磁芯损耗高。电感器15在交流频率为60Hz，磁通密度10K高斯时，磁芯损耗大于100mw/cm3。

在市电输入工作状态下，市电工作电流较低，电感器15不饱和，工作在低磁通密度水平(磁通密度约为数千高斯)，因为根据铁芯材料特性，铁芯损耗可以忽略不计，损耗几乎全部来自于绕线，所以发热量低，温升Δt将满足的公式

其中，Pt是总损耗，约为电感器15的等效电阻与工作电流的平方的乘积，As是电感器15的表面积。

在镇流器输入而灯故障工作状态下，镇流器工作电流较高，电感器15工作在高磁通密度(磁通密度超过10k高斯)。在这种模式下，磁芯损耗将相当高，绕组损耗也随着电流的增大而增大，磁芯损耗和绕组损耗的结合，使电感电感器15温度升高，从而触发热熔断丝13熔断；温升Δt可以用上述公式预测。如此，电感的设计是为了平衡损耗，使其达到目标触发温度。

可选地，过流保护电路还包括至少一个电容器16，电容器16与电感器15连接且并联于输入端11，以构成输入滤波器。本实施例中，电感器15分别通过两个电容C1、C2到地，构成一个π型滤波器。如此，电感器15在替换NTC作为触发热熔断丝13熔断的器件之外，还复用作为浪涌滤波器件，和两个电容C1、C2构成输入滤波器以抑制来自电源输入12或者雷击的浪涌电流。

请参阅图3，本实施例中，主电路14包括同步整流电路142和电压变换电路144，其中同步整流电流142在市电输入时可以做为整流电路；在镇流器输入时可以作为间歇性的短路分流电路，以在一部分时间把镇流器短路回镇流器，另一部分时间容许镇流器电流流到后级以驱动LED，以控制流到后级的能量。电压变换电路包括由中间的一个MOSFET构成的开关电路(提供一个可切入的电容，主要用于兼容镇流器输入)、钳位电路、升压、降压和升降压电路中至少一种(图中示出的是包括最右边开关的升压电路，用于将前级提供的能量转换至LED，主要用于市电输入的情况，也可用于经同步整流电路分流后的镇流器输入的情况)。其他实施例中，主电路14可以是充电电路等日常应用的其他常规电路，主电路14的结构在此并不作限定。

可选地，热熔断丝13的后级还连接一个压敏电阻17，压敏电阻17一端连接热熔断丝13，另一端接地，压敏电阻17用于将电压钳位到一个相对固定的电压值以下，从而实现对后级电路的保护。

可选地，电感器15的后级还连接有压敏电阻18和放电管19，压敏电阻18的一端与电感器15连接，另一端通过放电管19接地，放电管19比如是半导体放电管，用于对大电压进行释放，从而实现对后级电路的保护。

请参阅图2和图3，本申请实施例还提供了一种LED灯，其包括如上过流保护电路、主电路14、以及被主电路14所驱动的LED光源20。本申请实施例提供的LED灯采用上述过流保护电路后，可以在省略了NTC的情况下实现过流保护，便于实现产品的小型化，同时降低成本。

在应用中，LED灯可被用于替代传统的高亮度放电灯，提高灯具的安全性能和可靠性，成本也更低，体积更小。

图2和图3的LED灯兼容镇流器输入和市电输入，电感器15用于防止市电输入情况下的差模浪涌，且所述LED灯包括与电感器15并联的开关S2，所述开关S2用于：

当LED灯被连接到市电输入时，保持断开，且电感器15在市电输入提供的工作电流情况下不足以产生足够热量；

当LED灯被连接到镇流器输入时，在所述LED灯正常工作的情况下开关S2导通；在LED灯故障的情况下开关S2断开以将电感器15连接到至镇流器，以使得电感器15接受来自镇流器提供的工作电流足以产生足够热量以熔断所述热熔断丝13。

在该实施方式中，LED灯是一种通用型灯：既能兼容市电输入，也能兼容镇流器输入。在市电输入的情况下，电感器15的作用是较为常见的差模浪涌保护。且由于市电输入下的输入的工作电流较小，不会使得电感器15过热。而在镇流器输入的情况下，电感器15起到了双重作用：灯正常时并不需要该电感器15(因为前端镇流器应已具有浪涌保护功能)，所以电感器15未被激活(被开关短路)；而当灯不正常时，业已存在在灯中但并未激活的电感器15被激活(开关断开)，且接受镇流器输出的较大的工作电流从而产生保护功能以切断热熔断丝13，从而保护镇流器和灯过载等危险。这最大程度上节省并复用了器件来提供保护，成本较低，经济效益好。

判断输入是市电或镇流器的技术是业内已知的，例如可以在短路电感15的情况下测量电流幅度而得到，镇流器的工作电流的幅度均值较大，而市电输入的工作电流幅度均值较小。

在一个优选的实施方式中，当LED灯被连接到镇流器输入时，在LED灯正常工作的情况下，LED灯的驱动电路，例如电压变换电路144为开关S2供电以使其导通，在LED灯故障的情况下电压变换电路144不正常工作，开关S2失去供电而无法维持开关S2的导通因而开关S2断开。该实施方式提供了一种自动运作的保护机制，安全性高，实现简便。

本申请实施例的还提供了一种灯具，其包括如上的LED灯。该灯具采用上述LED灯，有利于产品型化，降低成本。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种过流保护电路，包括：

输入端(11)，用于连接到电源输入(12)；

热熔断丝(13)，串联在所述输入端(11)和主电路(14)之间，在热量超过一定阈值时熔断以将主电路(14)与所述输入端(11)断开；

电感器(15)，串联在所述输入端(11)和主电路(14)之间，用于吸收浪涌电流；

其特征在于，所述电感器(15)具有一定的电流-热特性，以在流过所述电感器(15)的电流超过一定限值时产生足够的热量，且所述电感器(15)与所述热熔断丝(13)之间具有一热耦合连接，用于将所产生的所述热量热传递给所述热熔断丝(13)以将所述热熔断丝(13)熔断。

2.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述输入端(11)和所述主电路(14)之间与负温度特性电阻解耦，所述热熔断丝(13)也与负温度特性电阻解耦。

3.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电感器(15)被配置为在流过所述电感器(15)的所述电流超过该一定限值时饱和并通过产生损耗产生所述热量，且所述电流不同于所述浪涌电流。

4.如权利要求1或3所述的过流保护电路，其特征在于，所述电感器(15)具有电感随电流增大而下降的特性。

5.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电感器(15)具有铁芯，该铁芯包括铁粉材料。

6.如权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于，所述电感器(15)在交流频率为60Hz，磁通密度10K高斯时，磁芯损耗大于100mw/cm³。

7.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括至少一个电容器(16)，所述电容器(16)与所述电感器(15)连接且并联于所述输入端，以构成输入滤波器。

8.一种LED灯，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述过流保护电路，所述主电路(14)，以及被所述主电路(14)所驱动的LED光源。

9.如权利要求8所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯用于替代传统的高亮度放电灯。

10.如权利要求8所述的LED灯，其特征在于，所述LED灯兼容镇流器输入和市电输入，所述电感器(15)用于吸收市电输入情况下的差模浪涌电流，且所述LED灯包括与所述电感器并联的开关(S2)，所述开关(S2)用于：

当所述LED灯被连接到市电输入时，保持断开，且所述电感器(15)在市电输入提供的工作电流情况下不足以产生足够热量；

当所述LED灯被连接到镇流器输入时，在所述LED灯正常工作的情况下所述开关(S2)导通；在所述LED灯故障的情况下所述开关(S2)断开以将所述电感器(15)连接到至所述镇流器，以使得所述电感器(15)接受来自所述镇流器提供的工作电流足以产生足够热量以熔断所述热熔断丝(13)。

11.如权利要求10所述的LED灯，其特征在于，当所述LED灯被连接到镇流器输入时，在所述LED灯正常工作的情况下，所述LED灯的驱动电路为所述开关(S2)供电以使其导通，在所述LED灯故障的情况下失去供电而无法维持所述开关(S2)的导通因而所述开关(S2)断开。

12.一种灯具，其特征在于，包括如权利要求8至11中任一项所述的LED灯。

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