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一种用于LED灯的失效检测电路及检测方法

阅读:1021发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种用于LED灯的失效检测电路及检测方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于 LED灯 的失效检测 电路 ,该检测电路包括LED灯、 负反馈 模 块 、参考 电压 模块以及失效检测模块,所述参考电压模块通过负反馈模块控制流经LED灯的 电流 以调节LED灯的 亮度 ,所述失效检测模块的输入端和LED灯连接用于检测LED灯的失效状态,失效检测模块的输出端通过 单片机 和负反馈模块连接;所述失效检测模块包括并联的第六 二极管 D6和第二二极管D2,所述第六二极管D6靠近LED灯设置,所述第二二极管D2设置在环境 温度 下;本发明还公开了LED灯失效检测方法。本发明通过失效检测模块可以检测出LED灯的失效状态,并且根据失效状态做出相应的措施以防止LED灯损坏;同时,本发明采用外置的参考电压模块和负反馈模块实现了对LED灯电流的动态调节。,下面是一种用于LED灯的失效检测电路及检测方法专利的具体信息内容。

1.一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,该检测电路包括LED灯(1)、负反馈(2)、参考电压模块(3)以及失效检测模块(4),所述参考电压模块(3)通过负反馈模块(2)控制流经LED灯(1)的电流以调节LED灯(1)的亮度,所述失效检测模块(4)的输入端和LED灯(1)连接用于检测LED灯(1)的失效状态,失效检测模块(4)的输出端通过单片机和负反馈模块(2)连接;所述失效检测模块(4)包括并联的第六二极管D6和第二二极管D2,所述第六二极管D6靠近LED灯(1)设置,所述第二二极管D2设置在环境温度下。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,所述LED灯(1)的失效状态包括开路失效、短路失效以及过温失效。
3.根据权利要求2所述的一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,所述负反馈模块(2)包括对称设置的第一三极管TR1和第二三极管TR2,所述第一三极管TR1的基极和第二三极管TR2的基极连接,所述第一三极管TR1的发射极一路和参考电压模块(3)连接,另一路和第九电容C9连接,所述第二三极管TR2的发射极和第十电容C10连接,所述第九电容C9和第十电容C10共接地,所述第十电容C10与第七电阻R7并联,所述第一三极管TR1的集电极通过第五电阻R5接VCC_SW,所述第二三极管TR2的集电极通过第六电阻R6接VCC_SW;还包括第三场效应三极管Q3,所述第三场效应三极管Q3的栅极和第一三极管TR1的集电极连接,所述第三场效应三极管Q3的漏极和LED灯(1)的阴极连接,所述第三场效应三极管Q3的源极和第七电阻R7连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,所述第一三极管TR1和第二三极管TR2构成对称性晶体管Q4,所述晶体管Q4的信号为BCV61C。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,所述参考电压模块(3)包括第一三极管Q1,所述第一三极管Q1的基极与端口CMD_PL连接,所述第一三极管Q1的发射极一路通过第四电容C4和第一三极管Q1的基极连接,另一路和第三电阻R3连接,所述第三电阻R3一路通过第四电阻R4和第一三极管Q1的集电极连接,另一路和第二电阻R2连接,所述第二电阻R2一路通过第三十电容C30接地,另一路和负反馈模块(2)连接;所述端口CMD_PL用于产生高电平或低电平。
6.根据权利要求5所述的一种用于LED灯的失效检测电路,其特征在于,所述失效检测模块(4)还包括与第六二极管D6并联的第三十四电容C34、与第二二极管D2并联的第二电容C2,所述第六二极管D6和第三十四电容C34并联后通过第二十电阻R20接VCC,所述第二二极管D2和第二电容C2并联后形成失效检测模块(4)的输出端。
7.一种LED灯的失效检测方法,其特征在于,其应用权利要求1-6任一项所述的用于LED灯的失效检测电路,该检测方法具体为:
通过失效检测模块(4)输出端的电压判断LED灯(1)电气失效的状态;所述电气失效的状态包括开路失效和短路失效;
通过失效检测模块(4)输出端和负反馈模块(2)的电压差、与第六二极管D6和第二二极管D2的电压差之间的关系判断LED灯(1)是否处于过温失效模式。
8.根据权利要求7所述的一种LED灯的失效检测方法,其特征在于,该方法进一步包括:
当所述LED灯(1)处于电气失效状态时,单片机关闭负反馈模块(2)的电源VCC_SW;
当所述LED灯(1)处于过温失效模式时,通过负反馈模块(2)和参考电压模块(3)降低流经LED灯(1)的电流使LED灯(1)温度下降。
9.根据权利要求7或8所述的一种LED灯的失效检测方法,其特征在于,所述通过失效检测模块(4)输出端的电压判断LED灯(1)电气失效的状态,具体为:
如公式(1)成立,则判定LED灯(1)的失效状态为开路失效;
VFAILURE≈(VD6+VR7)-VD2  (1)
其中,VFAILURE为失效检测模块(4)输出端的电压,VD6、VR7以及VD2分别为第六二极管D6、第七电阻R7和第二二极管D2处的电压;
如公式(2)成立,则判定LED灯(1)的失效状态为短路失效;
VFAILURE≈VCC_SW  (2)
其中,VCC_SW为负反馈模块(2)的电源电压
若公式(1)和(2)均不成立,则判定所述LED灯(1)为非电气失效。
10.根据权利要求9所述的一种LED灯的失效检测方法,其特征在于,所述通过失效检测模块(4)输出端和负反馈模块(2)的电压差、与第六二极管D6和第二二极管D2的电压差之间的关系判断LED灯(1)是否处于过温失效模式,具体为:
若公式(3)不成立,则判定所述LED灯(1)为过温失效,反之其为非过温失效状态:
VFAILURE-(VQ3_ds+VR7)≈VD6-VD2  (3)
其中,VQ3_ds为第三场效应三极管Q3的电压。

说明书全文

一种用于LED灯的失效检测电路及检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于LED灯失效检测技术领域,具体涉及一种用于LED灯的失效检测电路及失效检测方法。

背景技术

[0002] LED灯,即发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光,因此具有较为广泛的应用市场。
[0003] 而LED灯随着使用时间或者周围环境的变化会导致失效,比如:由于电流超额导致PN结温度过高失效;由于工况环境温度超额导致PN结温度过高而致使LED电流出现正反馈最终失效。
[0004] 现有关于LED灯电路失效检测一般采用NTC采样电路进行实时检测,其缺点是NTC硬件成本高、MCU检测端口过多、理论支持不清晰;并且现有LED灯的电路一般均是基于开关电源的LED恒流电路,其用于大功率场合,具有EMI效果差,开关尖峰信号突出,电路成本高昂等缺点。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题,本发明提供一种用于LED灯的失效检测电路,其摒弃了传统的基于开关电源的LED恒流电路,采用外置的参考电压负反馈模块实现了对LED灯电流的动态调节;并且通过失效检测模块实现了对LED灯失效状态的检测。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种LED灯失效检测方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是:
[0008] 一种用于LED灯的失效检测电路,该检测电路包括LED灯、负反馈模块、参考电压模块以及失效检测模块,所述参考电压模块通过负反馈模块控制流经LED灯的电流以调节LED灯的亮度,所述失效检测模块的输入端和LED灯连接用于检测LED灯的失效状态,失效检测模块的输出端通过单片机和负反馈模块连接;所述失效检测模块包括并联的第六二极管D6和第二二极管D2,所述第六二极管D6靠近LED灯设置,所述第二二极管D2设置在环境温度下。
[0009] 优选地,所述LED灯的失效状态包括开路失效、短路失效以及过温失效。
[0010] 优选地,所述负反馈模块包括对称设置的第一三极管TR1和第二三极管TR2,所述第一三极管TR1的基极和第二三极管TR2的基极连接,所述第一三极管TR1的发射极一路和参考电压模块连接,另一路和第九电容C9连接,所述第二三极管TR2的发射极和第十电容C10连接,所述第九电容C9和第十电容C10共接地,所述第十电容C10与第七电阻R7并联,所述第一三极管TR1的集电极通过第五电阻R5接VCC_SW,所述第二三极管TR2的集电极通过第六电阻R6接VCC_SW;还包括第三场效应三极管Q3,所述第三场效应三极管Q3的栅极和第一三极管TR1的集电极连接,所述第三场效应三极管Q3的漏极和LED灯的阴极连接,所述第三场效应三极管Q3的源极和第七电阻R7连接。
[0011] 优选地,所述第一三极管TR1和第二三极管TR2构成对称性晶体管Q4,所述晶体管Q4的信号为BCV61C。
[0012] 优选地,所述参考电压模块包括第一三极管Q1,所述第一三极管Q1的基极与端口CMD_PL连接,所述第一三极管Q1的发射极一路通过第四电容C4和第一三极管Q1的基极连接,另一路和第三电阻R3连接,所述第三电阻R3一路通过第四电阻R4和第一三极管Q1的集电极连接,另一路和第二电阻R2连接,所述第二电阻R2一路通过第三十电容C30接地,另一路和负反馈模块连接;所述端口CMD_PL用于产生高电平或低电平。
[0013] 优选地,所述失效检测模块还包括与第六二极管D6并联的第三十四电容C34、与第二二极管D2并联的第二电容C2,所述第六二极管D6和第三十四电容C34并联后通过第二十电阻R20接VCC,所述第二二极管D2和第二电容C2并联后形成失效检测模块的输出端。
[0014] 一种LED灯的失效检测方法,其应用上述的用于LED灯的失效检测电路,该检测方法具体为:
[0015] 通过失效检测模块输出端的电压判断LED灯电气失效的状态;所述电气失效的状态包括开路失效和短路失效;
[0016] 通过失效检测模块输出端和负反馈模块的电压差、与第六二极管D6和第二二极管D2的电压差之间的关系判断LED灯是否处于过温失效模式。
[0017] 优选地,该方法进一步包括:当所述LED灯处于电气失效状态时,单片机关闭负反馈模块的电源VCC_SW;
[0018] 当所述LED灯处于过温失效模式时,通过负反馈模块和参考电压模块降低流经LED灯的电流使LED灯温度下降。
[0019] 优选地,所述通过失效检测模块输出端的电压判断LED灯电气失效的状态,具体为:
[0020] 如公式(1)成立,则判定LED灯的失效状态为开路失效;
[0021] VFAILURE≈(VD6+VR7)-VD2  (1)
[0022] 其中,VFAILURE为失效检测模块输出端的电压,VD6、VR7以及VD2分别为第六二极管D6、第七电阻R7和第二二极管D2处的电压;
[0023] 如公式(2)成立,则判定LED灯的失效状态为短路失效;
[0024] VFAILURE≈VCC_SW  (2)
[0025] 其中,VCC_SW为负反馈模块的电源电压
[0026] 若公式(1)和(2)均不成立,则判定所述LED灯为非电气失效。
[0027] 优选地,所述通过失效检测模块输出端和负反馈模块的电压差、与第六二极管D6和第二二极管D2的电压差之间的关系判断LED灯是否处于过温失效模式,具体为:
[0028] 若公式(3)不成立,则判定所述LED灯为过温失效,反之其为非过温失效状态:
[0029] VFAILURE-(VQ3_ds+VR7)≈VD6-VD2  (3)
[0030] 其中,VQ3_ds为第三场效应三极管Q3的电压。
[0031] 与现有技术相比,本发明使用时,通过失效检测模块可以检测出LED灯的失效状态,并且根据失效状态做出相应的措施以防止LED灯损坏;同时,本发明采用外置的参考电压模块和负反馈模块实现了对LED灯电流的动态调节。附图说明
[0032] 图1是本发明实施例1提供一种用于LED灯的失效检测电路的电路图;
[0033] 图2是本发明实施例1提供一种用于LED灯的失效检测电路中第六二极管的温度曲线图。

具体实施方式

[0034] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明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发明,并不用于限定本发明。
[0035] 在本发明的描述中,需要明确的是,术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅仅是为了便于描述本发明,而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置,因此不能理解为对本发明的限制。
[0036] 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”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。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。
[0037] 实施例1
[0038] 本发明实施例1提供一种用于LED灯的失效检测电路,如图1所示,该检测电路包括LED灯1、负反馈模块2、参考电压模块3以及失效检测模块4,所述参考电压模块3通过负反馈模块2控制流经LED灯1的电流以调节LED灯1的亮度,所述失效检测模块4的输入端和LED灯1连接用于检测LED灯1的失效状态,失效检测模块4的输出端通过单片机和负反馈模块2连接;
[0039] 并且,所述失效检测模块4包括并联的第六二极管D6和第二二极管D2,所述第六二极管D6靠近LED灯1设置,所述第二二极管D2设置在环境温度下,温度环境的范围为24-26℃,优选25℃;
[0040] 这样,采用上述结构,通过负反馈模块2、参考电压模块3、失效检测模块4以及单片机之间的相互配合实现对LED灯1失效状态的判断;
[0041] 并且根据失效状态通过单片机调节负反馈模块2的电源电压以实现对LED灯1的保护。
[0042] 其中,第六二极管D6的型号为BAS21,第二二极管D2的型号为BAW56W,其温度曲线如图2所示;
[0043] 所述LED灯1的失效状态包括开路失效、短路失效以及过温失效。
[0044] 所述负反馈模块2包括对称设置的第一三极管TR1和第二三极管TR2,所述第一三极管TR1的基极和第二三极管TR2的基极连接,所述第一三极管TR1的发射极一路和参考电压模块3连接,另一路和第九电容C9连接,所述第二三极管TR2的发射极和第十电容C10连接,所述第九电容C9和第十电容C10共接地,所述第十电容C10与第七电阻R7并联,所述第一三极管TR1的集电极通过第五电阻R5接VCC_SW,所述第二三极管TR2的集电极通过第六电阻R6接VCC_SW;还包括第三场效应三极管Q3,所述第三场效应三极管Q3的栅极和第一三极管TR1的集电极连接,所述第三场效应三极管Q3的漏极和LED灯1的阴极连接,所述第三场效应三极管Q3的源极和第七电阻R7连接;
[0045] 所述第一三极管TR1和第二三极管TR2构成对称性晶体管Q4,所述晶体管Q4的信号为BCV61C;
[0046] 这样,负反馈模块2的恒流电路功能的实现过程为:由于第一三极管TR1和第二三极管TR2的基极互相连接而处于同电位,第一三极管TR1和第二三极管TR2为对称型BJT管,故Vbe_TR1≈Vbe_TR2,VR7≈VR3,由于R7小于R3的阻值,则电流IR7大于IR3,至此由负反馈模块2产生电流不平衡效应并使得第三场效应三极管Q3的极电压Vgs_Q3>Vgs(th)_Q3(值电压),从而使得第三场效应三极管Q3作为纯开关导通以达到LED灯1导通目的。
[0047] 通过负反馈模块2进行LED灯1恒流负反馈稳定控制的过程为:LED灯1的电流(IR7)增大→VR7增大→Vb_TR1/TR2增大→Ib_TR1/TR2增大→Ic_TR1增大→VR5增大→Vgs_Q3下降→Ids_Q3下降;通过增加第九电容C9,第十电容C10,第二十四电容C24的电容值增加LED灯电流(IR7)的滤波及相位裕量的偏移,从而提高反馈环路稳定性
[0048] 所述参考电压模块3包括第一三极管Q1,所述第一三极管Q1的基极与端口CMD_PL连接,所述第一三极管Q1的发射极一路通过第四电容C4和第一三极管Q1的基极连接,另一路和第三电阻R3连接,所述第三电阻R3一路通过第四电阻R4和第一三极管Q1的集电极连接,另一路和第二电阻R2连接,所述第二电阻R2一路通过第三十电容C30接地,另一路和负反馈模块2连接;所述端口CMD_PL用于产生高电平或低电平;
[0049] 这样,通过参考电压模块3动态调节LED灯1电流的实现过程为:由于VR7≈VR3,则有:ILED=IR7=(VR7/R7)=(VR3/R7),由此可知VR3的值即可控制LED灯1电流动态变化,ILED为LED灯1的电流;
[0050] 高亮电流模式:当端口CMD_PL为低电平时,第一三极管Q1关闭,则有:ILED=IR7=(VR7/R7)=(VCC_SW*R3)/(R2+R3);
[0051] 过温电流模式:当端口CMD_PL为高电平时,第一三极管Q1饱和开通,第四电阻R4与第三电阻R3并联,则有:
[0052] ILED=(VR7/R7)=(VCC_SW*(R3//R4))/(R2+(R3//R4))。
[0053] 所述失效检测模块4还包括与第六二极管D6并联的第三十四电容C34、与第二二极管D2并联的第二电容C2,所述第六二极管D6和第三十四电容C34并联后通过第二十电阻R20接VCC,所述第二二极管D2和第二电容C2并联后形成失效检测模块4的输出端。
[0054] 工作过程:
[0055] 判断LED灯1是否为开路失效,具体为:
[0056] 根据叠加定律有VFAILURE=(VD6+VQ3_ds+VR7)-VD2,假如此时LED灯1开路,则第三场效应三极管Q3为纯开关,其漏源极间电流Ids为0,则VQ3_ds的值约为零;
[0057] 因此当VFAILURE≈(VD6+VR7)-VD2成立时,则判断LED灯1是为开路失效。
[0058] 判断LED灯1是否为短路失效,具体为:
[0059] 根据叠加定律有VFAILURE=(VD6+VQ3_ds+VR7)-VD2,假如此时时LED灯1短路,则第三场效应三极管Q3漏极电压接近负反馈模块2的电源电压VCC_SW;
[0060] 因此当VFAILURE≈VCC_SW成立时,则判断LED灯1是为短路失效。
[0061] 判断LED灯1是否为过温失效,具体为:
[0062] 参考市场上多数LED灯生产商给出的规格书得知,工作温度125℃为LED灯使用寿命保证点;当第六二极管D6(对管)放置在最临近LED灯1位置时可近似认为二者的工作温度一致,参考附图二得到正常工作温度范围下VD6的值(此数据应实际根据所选二极管规格书得到,本发明参考S1G二极管得到0.5~0.7V);
[0063] 根据叠加定律有VFAILURE=(VD6+VQ3_ds+VR7)-VD2,假如LED灯1过温失效,则第三场效应三极管Q3为纯开关,其漏源极间电流Ids为LED灯1的电流ILED,第三场效应三极管Q3电压VQ3_ds:
[0064] 则有:VQ3_ds≈(ILED^2)*Rds(on);
[0065] 而Rds(on)是第三场效应三极管Q3漏极与源极之间导通时的电阻,是恒定值,ILED电流也是恒定值,从而VQ3_ds为恒定值;
[0066] 故有:VFAILURE-(VQ3_ds+VR7)≈VD6-VD2;
[0067] 由此可知(VFAILURE-(VQ3_ds+VR7))在此(VD6-VD2)范围以外为LED灯1过温失效模式。
[0068] 本实施例通过失效检测模块可以检测出LED灯的失效状态,并且根据失效状态做出相应的措施以防止LED灯损坏;同时,本发明采用外置的参考电压模块和负反馈模块实现了对LED灯电流的动态调节。
[0069] 实施例2
[0070] 本发明实施例2提供LED灯的失效检测方法,其应用实施例1所述的用于LED灯的失效检测电路,该检测方法具体为:
[0071] 通过失效检测模块4输出端的电压判断LED灯1电气失效的状态;所述电气失效的状态包括开路失效和短路失效,具体为:
[0072] 如公式(1)成立,则判定LED灯1的失效状态为开路失效;
[0073] VFAILURE≈(VD6+VR7)-VD2  (1)
[0074] 其中,VFAILURE为失效检测模块4输出端的电压,VD6、VR7以及VD2分别为第六二极管D6、第七电阻R7和第二二极管D2处的电压;
[0075] 如公式(2)成立,则判定LED灯1的失效状态为短路失效;
[0076] VFAILURE≈VCC_SW  (2)
[0077] 其中,VCC_SW为负反馈模块2的电源电压;
[0078] 若公式(1)和(2)均不成立,则判定所述LED灯1为非电气失效;
[0079] 通过失效检测模块4输出端和负反馈模块2的电压差、与第六二极管D6和第二二极管D2的电压差之间的关系判断LED灯1是否处于过温失效模式,具体为:
[0080] 若公式(3)不成立,则判定所述LED灯1为过温失效,反之其为非过温失效状态:
[0081] VFAILURE-(VQ3_ds+VR7)≈VD6-VD2  (3)
[0082] 其中,VQ3_ds为第三场效应三极管Q3的电压。
[0083] 该方法进一步包括:当所述LED灯1处于电气失效状态时,单片机关闭负反馈模块2的电源VCC_SW;
[0084] 当所述LED灯1处于过温失效模式时,通过负反馈模块2和参考电压模块3降低流经LED灯1的电流使LED灯1温度下降。
[0085] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,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的保护范围为准。
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