一种新型的消防应急灯具电路的制作方法

1.本发明涉及消防应急灯具技术领域，具体涉及一种新型的消防应急灯具电路。


背景技术：

2.2019年3月实施的《消防应急照明和疏散指示系统技术标准(gb51309
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2018)》对应急疏散中的相关设备技术规格等进行了规定，如明确了“1.设置消防控制室的场所应选择集中控制型系统；2.设置火灾自动报警系统，但未设置消防控制室的场所宜选择集中控制型系统”等；2020年4月国家市场监督管理总局优化强制性产品认证目录，消防应急照明和疏散指示产品从“火灾报警产品”中独立出来，成为一个独立品类。以上这些政策的出台，将带来应急照明和智能疏散产品业务的高速发展，尤其是集中控制型应急照明及疏散系统的发展。
3.目前，消防应急照明灯具一般采用单片机控制，通过疏散二总线，实现与应急照明集中电源的通信，同时控制led灯点亮、熄灭。led灯则采用专用的恒流驱动控制芯片驱动，该恒流驱动控制芯片外接电感和滤波电容，可通过调节外置电流检测电阻的阻值来设置流过led灯的电流。要实现led灯的开路及短路检测，需另外加检测电路，会导致正常监控状态下存在led灯微亮的情况。
4.目前，消防应急疏散标志灯具一般采用单片机控制，通过疏散二总线，实现与应急照明集中电源的通信，同时控制led灯点亮、熄灭。led灯则采用降压型的dc
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dc转化芯片降压，通过三极管进行控制，该芯片的最高允许工作输入电压一般为40v。
5.在实际应用时，由于集中电源与各灯具距离较远，在线路上产生的损耗较高，为了满足通信距离的要求并且减少损耗，需要提高输送电压，给灯具供电的应急照明集中电源主电供电时输出36v电压，备用一般采用三节12v蓄电池,电池充满电后电压超过40v，即消防应急照明灯具和消防应急疏散标志灯具的输入电压超过40v；此外，在地铁、隧道等场所，需要48v等级电压供电。为满足该应用，则需选用电压等级更高的led恒流驱动芯片，一方面会带来成本的上涨，另一方面，满足该需求的芯片相对较少。
6.综上所述，要满足实际工程应用，需选用电压等级更高的led驱动芯片，但会带来成本的上涨；并且消防应急照明灯具要实现光源故障检测，会存在led灯微亮的情况。


技术实现要素：

7.本发明为解决现有技术中当输入电压超过40v时，采用更高电压等级的led恒流驱动芯片导致成本高的技术问题，提供一种新型的消防应急灯具驱动电路，无需led恒流驱动芯片，电路简单，成本低，电压适用范围大。
8.本发明采用的技术方案：
9.一种新型的消防应急灯具电路，包括：
10.驱动单元，所述驱动单元用于将输入电压转换为驱动led光源单元工作的工作电压；所述驱动单元包括二极管d3、电容c4、电感l1和开关器件q1，所述二极管d3的阳极连接
输入电压的负极，所述二极管d3的阴极连接输入电压的正极，所述电容c4的第一端连接led光源单元的工作电压的正极和二极管d3的阴极，所述电容c4的第二端连接led光源单元的工作电压的负极和二极管d3的阳极，所述电感l1连接在所述二极管d3的阳极与电容c4的第二端之间或者连接在所述二极管d3的阴极与电容c4的第一端之间，即所述二极管d3的阳极与电容c4的第二端之间通过所述电感l1连接或者所述二极管d3的阴极与电容c4的第一端之间通过所述电感l1连接，所述开关器件q1的控制端连接mcu，所述开关器件q1的第一导通端和第二导通端连接在所述输入电压的正极与二极管d3的阴极之间或者连接在所述输入电压的负极与二极管d3的阳极之间；
11.采集单元，所述采集单元采集所述led光源单元的工作状态信息并将采集信号反馈给所述mcu，所述mcu根据接收到的采集信号改变控制所述开关器件q1通断的脉冲信号的占空比。
12.进一步地，所述采集单元包括电流采集单元，所述电流采集单元采集所述led光源单元的工作电流，并将电流采集信号反馈给所述mcu，所述电流采集单元包括电阻r6和电阻r4，所述开关器件q1的第一导通端经所述电阻r6连接所述输入电压的负极，所述开关器件q1的第二导通端连接所述二极管d3的阳极，所述电阻r6的第一端连接所述开关器件q1的第一导通端，所述电阻r6的第二端连接所述输入电压的负极，所述电阻r4的第一端连接所述电阻r6的第一端，所述电阻r4的第二端连接所述mcu。
13.进一步地，所述消防应急灯具电路还包括电阻r5，所述电阻r5的第一端连接所述电阻r6的第一端，所述电阻r5的第二端连接所述mcu，当所述led光源单元所在回路发生短路时，所述电阻r6的第一端突变为高电平，所述mcu控制所述开关器件q1截止。
14.进一步地，所述采集单元包括电压采集单元，所述电压采集单元采集所述led光源单元的工作电压，并将电压采集信号反馈给所述mcu，所述电压采集单元包括电阻r7、电阻r8、电阻r9和电阻r11，所述电阻r7的第一端连接所述led光源单元的工作电压的负极，所述r7的第二端经所述电阻r8接地，所述电阻r7的第二端连接所述mcu；所述电阻r9的第一端连接所述led光源单元的工作电压的正极，所述r9的第二端经所述电阻r11接地，所述电阻r9的第二端连接所述mcu。
15.进一步地，所述消防应急灯具电路包括总线输入单元，所述总线输入单元经疏散二总线连接于集中电源，所述总线输入单元包括整流桥db1和电容c7，所述整流桥db1将所述疏散二总线的电压整流并通过所述电容c7进行滤波得到所述输入电压。
16.可选地，所述消防应急灯具电路还包括解码及回码单元，所述解码及回码单元用于集中电源和mcu之间的通讯，所述总线输入单元还包括二极管d4，所述二极管d4的阳极连接所述整流桥db1，所述二极管d4的阴极连接所述输入电压的正极，所述解码及回码单元的正极输入端连接所述二极管d4的阳极。
17.可选地，所述消防应急灯具电路还包括解码及回码单元，所述解码及回码单元用于集中电源和mcu之间的通讯，所述总线输入单元还包括二极管d10和二极管d11,所述二极管d10的阳极和二极管d11的阳极分别连接于所述疏散二总线的两根线缆，所述二极管d10的阴极和二极管d11的阴极均连接于所述解码及回码单元的正极输入端。
18.进一步地，所述led光源单元包括一个或多个led灯组，所述led光源单元包括多个led灯组时，各led灯组均包括相同数量的led灯珠，且各led灯组并联，所述led灯组的两端
还并联有电阻r18。
19.进一步地，所述开关器件q1为场效应管。
20.进一步地，所述驱动单元还包括驱动模块，所述驱动模块包括电阻r1、电阻r2和二极管d2，所述电阻r1连接在所述mcu和开关器件q1的控制端之间，所述电阻r2连接在所述开关器件q1的控制端和所述输入电压的负极之间，所述二极管d2并联在所述电阻r1的两端，并且所述二极管d2的阳极连接所述开关器件q1的控制端。
21.本发明的有益效果：
22.1、本发明的驱动单元由场效应管、电感、电容等分立元件搭建，元件的数量少，并且分立元件的成本低，能有效降低材料成本。
23.2、本发明的驱动单元电压适用范围大，只需选用对应电压等级的二极管、电容和场效应管即可实现，和采用恒流驱动芯片相比，成本大大降低。
24.3、本发明的驱动单元应用灵活，对于不同类型和功率的灯具，选用相应型号的场效应管、电容和电感即可实现。
25.4、本发明的消防应急灯具电路通用性强，可应用于消防照明灯具，也可应用于消防应急疏散标志灯具。
26.5、本发明通过电流采集单元和电压采集单元对led光源单元的工作状态信息进行采集，并且将采集信号发送给mcu，mcu通过实时动态调整占空比使得led光源单元处于恒功率工作状态，保证各发光二极管持续、稳定点亮，并且可进行led光源单元的短路及断路检测以对电路进行保护。而且，电压采集单元和电流采集单元也仅采用了分立元件，成本低。此外，本发明的采集单元，在正常监控状态下不会对发光二极管供电，也就不会产生发光二极管微亮的问题。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
28.图1为实施例一的消防应急灯具电路的原理图；
29.图2为实施例一的驱动单元和电流采集单元的电路结构图；
30.图3为实施例一的电压采集单元的电路结构图；
31.图4为实施例一的总线输入单元的电路结构图；
32.图5为实施例一的led光源单元的电路结构图；
33.图6为实施例二的总线输入单元的电路结构图。
具体实施方式
34.本发明的目的是提供一种取代专用led恒流驱动控制芯片、降压型的dc
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dc转化芯片，通过mcu单片机控制实现led恒功率控制，开路、短路检测和保护的消防应急灯具电路。下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
35.实施例一：
36.如图1所示，本实施例提供一种新型的消防应急灯具电路，包括驱动单元和led光源单元，其中，驱动单元用于将输入电压转换为驱动led光源单元工作的工作电压，输入电压和工作电压均为直流电，led光源单元可用于消防应急照明灯具或者是消防应急疏散标志灯具。
37.如图2所示，本实施例的驱动单元包括有二极管d3、电容c4、电感l1和开关器件q1，其中，二极管d3的阳极经开关器件q1连接输入电压的负极gnd，二极管d3的阴极连接输入电压的正极vin；电容c4的第一端同时连接led光源单元的工作电压的正极led 和二极管d3的阴极，电容c4的第二端连接led光源单元的工作电压的负极led
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，并且电容c4的第二端还经电感l1连接于二极管d3的阳极；开关器件q1的控制端连接mcu，开关器件q1的第一导通端和第二导通端分别连接于输入电压的负极gnd和二极管d3的阳极。
38.mcu发出具有一定占空比的脉冲信号给开关器件q1的控制端来控制其第一导通端和第二导通端之间的通断，开关器件q1可选为场效应管、三极管等，本实施例中开关器件q1采用nmos管，其控制端即为nmos管的栅极，第一导通端即为nmos管的源极，第二导通端即为nmos管的漏极。当mcu发出的脉冲信号为高电平时，开关器件q1导通，二极管d3反向截止，输入电流给led光源单元供电，并且流经电感l1，电感l1将电能存储起来；当mcu发出的脉冲信号为低电平时，开关器件q1截止，电感l1的电流不能突变，由二极管d3进行续流，电感l1将电能提供给led光源单元，电容c4用于降低工作电压的脉动，可以根据需要选择一个或者多个并联；这样led光源单元的工作电压则为固定值，且等于输入电压乘以占空比，只需改变mcu输出的脉冲信号的占空比即可改变led光源单元的工作电压。当然，电感l1也可以连接在二极管d3的阴极与电容c4的第一端之间,即二极管d3的阴极和电容c4的第一端之间通过电感l1连接；开关器件q1的两个导通端也可以分别串联连接于输入电压的正极vin与二极管d3的阴极，但是该种结构控制较复杂，成本较高，因此优选图2所示的结构。
39.这样，本实施例的驱动单元由场效应管、电感、电容等分立元件搭建，元件的数量少，并且分立元件的成本低，能有效降低材料成本。本实施例的驱动单元电压适用范围大，如当输入电压高于40v时，只需选用对应电压等级的二极管、电容和场效应管即可实现，和采用恒流驱动芯片相比，成本大大降低，并且在后期维修或者有进一步的升压需求时，也仅需相应更换分立元件，方便、易实现且成本低。此外，本实施例的驱动单元应用灵活，对于不同类型和功率的灯具，选用相应型号的场效应管、电容和电感即可实现，而且通用性强，可应用于消防照明灯具也可应用于消防应急疏散标志灯具。
40.进一步地，本实施例的消防应急灯具电路还包括采集单元，采集单元采集led光源单元的工作状态信息，如正常工作、过电压或过电流、短路或短路等，并将采集信号反馈给mcu，mcu根据接收到的采集信号改变控制开关器件q1通断的脉冲信号的占空比。例如，当检测到led光源单元的工作电压较高或较小时，可相应调整占空比使其回复额定值；当检测到led光源单元发生短路或者断路时，控制占空比输出为0，对电路进行保护，甚至可与集中电源通信，将故障信息上报。
41.本实施例的采集单元包括电流采集单元，电流采集单元采集led光源单元的工作电流，并将电流采集信号反馈给mcu,mcu根据电流采集信号实时动态调整输出占空比。具体地，如图2，电流采集单元包括电阻r6和电阻r4，开关器件q1的第一导通端经电阻r6连接输入电压的负极gnd，开关器件q1的第二导通端连接二极管d3的阳极，电阻r6的第一端连接开
关器件q1的第一导通端，电阻r6的第二端连接输入电压的负极gnd，电阻r4的第一端连接电阻r6的第一端，电阻r4的第二端连接mcu，并通过电容c6滤波。这样，将采集到的电阻r4的第一端的电压大小除去电阻r6的阻值即可得到led光源单元的工作电流，电阻r6一般取值较小以降低损耗。
42.进一步地，本实施例的采集单元还包括电压采集单元，电压采集单元采集led光源单元的工作电压，并将电压采集信号反馈给mcu,mcu根据电压采集信号实时动态调整输出占空比。具体地，如图3，电压采集单元包括电阻r7、电阻r8、电阻r9和电阻r11，电阻r7的第一端连接led光源单元的工作电压的负极led
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，r7的第二端经电阻r8接地，电阻r7的第二端连接mcu；电阻r9的第一端连接led光源单元的工作电压的正极led ，电阻r9的第二端经电阻r11接地，电阻r9的第二端连接mcu。mcu根据采集到的电压通过分压换算便可得到led光源单元的工作电压。
43.这样，本实施例通过电流采集单元和电压采集单元对led光源单元的工作状态信息进行采集，并且将采集信号发送给mcu，mcu通过实时动态调整占空比使得led光源单元处于恒功率工作状态，保证各发光二极管持续、稳定点亮，并且可进行led光源单元的短路及断路检测以对电路进行保护。而且，电流采集单元和电压采集单元也仅采用了分立元件，成本低。此外，本实施例的各采集单元，在正常监控状态下不会对发光二极管供电，也就不会产生发光二极管微亮的问题。
44.如图2所示，本实施例还设置有电阻r5和电容c5，电阻r5的第一端连接电阻r6的第一端，电阻r5的第二端连接于mcu，并通过电容c5接地，当mcu检测到in2点突变为高电平时，可通过中断等来快速反应。当然也可以根据图2中in1点处的ad采样结果来做出反应，但是ad采样较慢，而采样速度快的mcu芯片成本又较高，因此本实施例通过设置电阻r5和电容c5可以在出现短路时快速动作，并且成本较低。在实际应用时，可以选择同时使用电阻r4、电容c6和电阻r5、电容c5两组，分别用来进行采样和保护；也可以只选择其中一组，来进行采样和保护。
45.如图1和4所示，本实施例的消防应急灯具电路包括总线输入单元，总线输入单元经疏散二总线连接于集中电源，将集中电源提供的电压转换为驱动单元的输入电压，具体地，总线输入单元包括整流桥db1和电容c7，整流桥db1将疏散二总线上的电压整流并通过电容c7进行滤波得到输入电压，电容c7可根据led光源单元的功率选择一个或者多个并联。集中电源到总线输入单元之间的疏散二总线长度很长，可能达到几百米的长度，在灯具安装现场，难以区分从集中电源过来的疏散二总线中哪根线是正极、哪根线是负极，本实施例为了保证连接至驱动单元的正负极的准确性和现场安装的便利性，通过设置整流桥db1，不管疏散二总线中哪根线对应正极、哪根线对应负极，整流桥db1输出的电压vin肯定为正极，gnd肯定为负极。
46.进一步地，该总线输入单元还包括保险丝f1、电容c2和电容c3，保险丝f1设置在疏散二总线电压的正极z1和整流桥db1之间，通过保险丝f1进行保护；电容c2和电容c3分别在疏散二总线的电压为正向和反向时进行滤波。
47.进一步地，该总线输入单元还包括二极管d4，二极管d4的阳极连接整流桥db1，二极管d4的阴极连接上述输入电压的正极vin。本实施例的消防应急灯具电路还包括有解码及回码单元，解码及回码单元的正极输入端vin2连接于上述二极管d4的阳极。该解码及回
码单元用于集中电源和mcu之间的双向通讯，疏散二总线上的电压具有高低电平，经过整流桥db1后仍具有高低电平，解码及回码单元将该高低电平反应的通讯信息解码后发送给mcu，mcu控制led光源单元作出相应的动作，如亮、闭、闪烁等，mcu也可通过该解码及回码单元将相关信息反馈给集中电源。本实施例通过设置二极管d4，在疏散二总线上的电压为低电平时，防止电容c7的释放电压对解码及回码单元造成干扰。
48.本实施例的总线输入单元一方面连接解码及回码单元进行通讯，另一方面生成输入电压给驱动单元和mcu供电，并且电压适用范围大、应用灵活，根据疏散二总线电压、灯具类型和功率，选用不同型号的整流桥、二极管、电容以及电容的数量即可。
49.如图5所示，led光源单元可以包括一个led灯组或者多个led灯组，本实施例中采用两个led灯组，各led灯组均包括四个led灯珠即发光二极管，并且两个led灯组并联。当然，在其他实施例中，可根据需要，通过不同数量的发光二极管的串联、并联以实现不同功率的输出。进一步地，本实施例在led灯组的两端还并联有电阻r18,可在电路开启或关断的瞬间对电路进行保护。
50.进一步地，如图2，本实施例的驱动单元还包括有驱动模块，该驱动模块包括电阻r1、电阻r2和二极管d2，电阻r1连接在mcu和开关器件q1的控制端之间，电阻r2连接在开关器件q1的控制端和输入电压的负极gnd之间，其中电阻r1为限流电阻以减缓电压突变，电阻r2起到提供偏置电压和泄放保护的作用。二极管d2并联在电阻r1的两端，并且二极管d2的阳极连接开关器件q1的控制端，二极管d2的阴极连接mcu，如此，在启动时通过电阻r1进行缓启动，有利于控制emi，而在关断时通过二极管d2可以加速关断，降低关断损耗。当然在其他实施例中也可以仅采用电阻r1和电阻r2，不采用二极管d2；或者仅采用电阻r1，不采用电阻r2和二极管d2。
51.综上所述，本实施例提供的一种新型的消防应急灯具电路，可使灯具处于恒功率工作状态，无需专用的led恒流驱动芯片，电路简单、成本低，并且电压适用范围大，应用灵活，通用性强，而且可对灯具的工作状态进行检测，对电路进行短路和断路保护。需要说明的是，在安装现场可能有成百上千个灯具，每个灯具均采用本实施例的消防应急灯具电路，和使用专用恒流驱动芯片相比，使得整体的成本大大降低。
52.实施例二：
53.在实施例一中，如图4，随着led光源单元功率的增加，二极管d4的功率也要增加，就需要选取大功率的二极管，导致成本增加，尤其是在灯具数量较多时，整体的成本增加很多。本实施例旨在解决该技术问题。
54.如图6所示，本实施例的总线输入单元也包括整流桥db1和电容c7，整流桥db1的前端连接疏散二总线，整流桥db1的后端经电容c7生成所述输入电压。本实施例的总线输入单元还包括二极管d10和二极管d11，二极管d10的阳极和二极管d11的阳极分别连接于疏散二总线的两根线缆，二极管d10的阴极和二极管d11的阴极均连接于解码及回码单元的正极输入端vin2，无论疏散二总线中哪根线缆是正，均可将正电压提供给解码及回码单元。如此，同样可以实现集中电源和mcu之间的通讯，并且，当led光源单元的功率增大时，二极管d10和二极管d11的功率无需增加，型号不变，由于小功率的二极管d10和二极管d11的价格低于大功率的二极管d4，在灯具数量很多时，使得成本大大降低。
55.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括
一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的电路、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
56.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。