一种防止灯具闪烁的保护装置

技术领域

本发明涉及灯具照明领域，具体为一种防止灯具闪烁的保护装置。

背景技术

人们使用灯具照明的过程中，时常会遇到灯具闪烁的现象，从而对照明区域内人员的生产和生活造成较大影响。究其原因，主要有一下几种。第一，市电电源的电压不稳导致供电断断续续。第二，灯具的驱动模块出现老化现象导致其输出电压不稳定。第三，灯泡出现老化现象导致发光过程不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防止灯具闪烁的保护装置。此装置包括市电接入单元、整流滤波单元、第一稳压单元、第二稳压单元、信号采集单元、信号处理单元、信号显示单元和执行单元。此装置通过信号采集单元采集灯具的工作电流和市电电源的电压，并计算灯具的有功功率。信号处理单元根据信号采集单元采集和计算得到的参数，识别当前灯具工作状态，如出现灯具闪烁、电流、电压和功率异动等异常后，则向执行单元发出指令电压信号以关闭灯具，防止灯具闪烁造成灯光污染。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种防止灯具闪烁的保护装置，包括：

市电接入单元，其输入端与市电电源电性相连，用于将市电电源电压引入本装置和灯具；

整流滤波单元，其输入端与所述市电接入单元的输出端电性相连，用于将市电电源电压转换为单向脉动的直流电压；

第一稳压单元，其输入端与所述整流滤波单元的输出端电性相连，用于将单向脉动的直流电压转换为稳定的12V直流电压；

第二稳压单元，其输入端与所述第一稳压单元的输出端电性相连，用于将12V的直流电压转换为稳定的3.3V直流电压；

信号采集单元，其第一输入端与所述第二稳压单元的输出端电性相连，用于为所述信号采集单元提供3.3V的直流工作电压；其第二输入端与灯具的第二输入端N3电性相连，用于采集灯具的电流值；其第三输入端与所述市电接入单元的输出端电性相连，用于采集市电电源的电压值；其第一输出端输出灯具的电流信号；其第二输出端输出灯具的有功功率信号；

信号处理单元，其第一输入端与所述第二稳压单元的输出端电性相连，用于为所述信号处理单元提供3.3V的直流工作电压；其第二输入端与所述信号采集单元的第一输出端电性相连；其第三输入端与所述信号采集单元的第二输出端电性相连；其第一输出端输出灯具故障信号；其第二输出端输出灯具工作信号；其第三输出端输出执行信号；

信号显示单元，包括绿色指示灯和红色指示灯，其中绿色指示灯与所述信号处理单元的第一输出端电性相连，红色指示灯与所述信号处理单元的第二输出端电性相连；和

执行单元，其第一输入端与所述第一稳压单元的输出端电性相连，用于为所述执行单元提供12V的直流工作电压；其第二输入端与所述市电接入单元的输出端电性相连；其第三输入端与所述信号处理单元的第三输出端电性相连；其第一输出端与灯具的输入端电性相连。

进一步的，所述市电接入单元还包括：

保险管F，其第一端与市电电源的火线L端电性相连，用于防止市电电源出现异常电流对本装置和灯具造成损坏；和

压敏电阻RV，其第一端与保险管的第二端电性相连，并引出L1接线脚；其第二端与市电电源的零线N端电性相连，并引出N1接线脚；用于防止市电电源出现异常电压对本装置和灯具造成损坏。

进一步的，所述整流滤波单元还包括：

整流二极管D1，其输入端L2与所述市电接入单元的L1接线脚电性相连，用于对市电电源进行半波整流，使双向的市电电压转换为单向脉动直流电压；和

第一滤波电容E1，为有极电容，其输入端与所述整流二极管D1的输出端电性相连，并引出直流电压HV接线脚；其输出端接地；用于滤除所述整流二极管D1输出的脉动直流电压中的交流成分。

进一步的，所述第一稳压单元还包括：

第一稳压器U1，为三引脚的非隔离开关型稳压器，其D引脚与所述整流滤波单元的HV接线脚电性相连，用于将脉动直流电压引入所述第一稳压单元；

第一稳压电路，其第一输入端与所述第一稳压器U1的VDD引脚电性相连，其第二输入端与所述第一稳压器U1的CS引脚电性相连，用于将所述第一稳压器U1输出的直流稳定电压降为12V的直流稳定电压；和

分压电阻R2，其第一端与所述第一稳压电路的输出端电性相连，并引出CV1接线脚；其第二端接地；与所述第一稳压电路中的第二滤波电容E2形成RC滤波电路。

进一步的，所述第二稳压单元还包括：

第二稳压器U2，为三引脚的线性稳压器，其VIN端通过第一限流电阻R3与所述第一稳压单元的CV1接线脚电性相连，其VSS端接地，其VOUT端输出3.3V的直流稳定电压；和

第三滤波电容E3，为有极电容，其输入端与所述第二稳压器U2的VOUT端电性相连，并引出CV2接线脚；其输出端接地。

进一步的，所述信号采集单元还包括：

电能计量芯片U3，为八引脚的内置时钟单相插座表计量芯片，其VDD端与所述第二稳压单元的CV2接线脚电性相连，用于为所述电能计量芯片U3的运行提供3.3V的直流工作电压，同时VDD端还通过第一旁路电容C4接地；其GND端和SEL端均接地；其CFi端输出灯具的电流信号；其CF端输出灯具的有功功率信号；

电流采集电路，其第一输入端N4与灯具的第二输入端N3电性相连，其第二输入端N2与所述市电接入单元的N1接线脚电性相连，其第一输出端与所述电能计量芯片U3的IP端电性相连，其第二输出端与所述电能计量芯片U3的IN端电性相连，用于采集灯具的工作电流信号；和

电压采集电路，其第一输入端L3与所述市电接入单元的L1接线脚电性相连，其第二输入端N5与所述市电接入单元的N1接线脚电性相连，其输出端与所述电能计量芯片U3的VP端电性相连，用于采集市电电源的电压信号。

进一步的，所述信号处理单元还包括：

微控制器U4，为八引脚的8位微控制器，其VDD端与所述第二稳压单元的CV2接线脚电性相连，用于为所述微控制器U4的运行提供3.3V的直流工作电压，同时VDD端还通过第二旁路电容C5接地；其VSS端接地；其RA5端与所述电能计量芯片U3的CF端电性相连；其RA4端与所述电能计量芯片U3的CFi端电性相连；其RA0端输出灯具的工作信号；其RA1端输出灯具的故障信号；其RA2端输出执行信号。

进一步的，所述信号显示单元还包括：

绿色指示灯，为绿色发光二极管LEDG，其输入端通过第二限流电阻R12与所述微控制器U4的RA0端电性相连，其输出端接地，用于指示灯具的工作信号；和

红色指示灯，为红色发光二极管LEDR，其输入端通过第三限流电阻R13与所述微控制器U4的RA1端电性相连，其输出端接地，用于指示灯具的故障信号。

进一步的，所述执行单元还包括：

电磁继电器KT，其第一线圈引脚与所述第一稳压单元的CV1接线脚电性相连，用于为所述电磁继电器KT的电磁线圈LX2运行提供12V的直流工作电压；其第一负载引脚L4与所述市电接入单元的L1接线脚电性相连；其第二负载引脚L5与灯具的第一输入端L6电性相连；

三极管Q，其集极与所述电磁继电器KT的第二线圈引脚电性相连，其基极通过第四限流电阻R14与所述微控制器U4的RA2端电性相连，其射极接地；用于响应所述微控制器U4的执行信号，控制所述电磁继电器KT的电磁线圈LX2通电与否；

续流二极管D4，其输入端与所述电磁继电器KT的第二线圈引脚电性相连，其输出端与所述电磁继电器KT的第一线圈引脚电性相连；在市电电源断电后，用于释放所述电磁继电器KT的电磁线圈LX2中的电能；和

灭弧电容C9，其两端分别与所述电磁继电器的第一负载引脚L4和第二负载引脚L5电性相连，用于缓解所述电磁继电器KT接通或断开市电电源时产生的尖峰电压。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

一种防止灯具闪烁的保护装置包括市电接入单元、整流滤波单元、第一稳压单元、第二稳压单元、信号采集单元、信号处理单元、信号显示单元和执行单元。

其中市电接入单元将此装置的其他单元和灯具与市电电源隔离开，通过其中保险管F和压敏电阻RV的特性，可以防止市电电源中的异常电流和电压对此装置的其他单元和灯具造成损坏。

第一稳压单元中的第一稳压器U1能将整流滤波单元输出的单向脉动直流电压转变为较为稳定的高电压值直流电压，再通过第一稳压电路将高电压值的直流电压转变为12V的直流电压。同时再在第一稳压电路的第二滤波电容E2两端并联一个分压电阻R2，使得第二滤波电容E2和分压电阻R2共同构成RC滤波电路，以延缓第二滤波电容E2的放电过程，进而提高第二滤波电容E2保持12V直流电压稳定的能力。

第二稳压单元中的第二稳压器U2的VIN端通过第一限流电阻R3与第一稳压单元的12V电压输出端电性相连，可以防止异常电流对第二稳压器U2造成损坏。第二稳压器U2的VOUT端输出3.3V的稳定直流电压，同时VOUT端还通过第三滤波电容E3接地。第三滤波电容E3不仅能进一步滤除3.3V直流电压中的交流成分，还能利用自身的储能作用在3.3V直流电压发生波动时进行放电，使得3.3V直流电压更为稳定。

信号采集单元中的电能计量芯片U3的VDD端通过第一旁路电容C4接地，可滤除输入VDD端的3.3V直流电压中的交流成分，以确保3.3V直流电压的纯净性，从而提高电能计量芯片U3工作的稳定性。同时电能计量芯片U3能通过内置的集成电路，按照固定的频率不断的采集其IP端和IN端输入的灯具电流信号，以及VP端输入的市电电源电压信号。由于电能计量芯片U3的SEL端接地，其电位总是为0，以确保电能计量芯片U3的CFi端仅输出采集到的灯具电流信号。电能计量芯片U3通过运算整理后，将灯具的电流信号通过其CFi端输送给微控制器U4，并将灯具的有功功率信号通过其CF端输送给微控制器U4。

信号处理单元中的微控制器U4的VDD端通过第二旁路电容C5接地，可滤除输入VDD端的3.3V直流电压中的交流成分，以确保3.3V直流电压的纯净性，从而提高微控制器U4工作的稳定性。微控制器U4的RA4端接收电能计量芯片U3的CFi端输出的灯具电流信号，微控制器U4的RA5端接收电能计量芯片U3的CF端输出的灯具有功功率信号，经微控制器U4内置的集成电路对灯具的运行状态做出判断。当灯具运行正常时，微控制器U4的RA0端输出3.3V的直流电压，并驱动绿色指示灯亮起。当灯具出现闪烁时，微控制器U4的RA1端输出3.3V的直流电压，并驱动红色指示灯亮起；同时RA2端输出3.3V的直流电压，并加在执行单元中三极管Q的基极上，使得三极管Q成为通路。同时微控制器U4可以按照固定的频率重复上述判断过程，并根据新的判断结果刷新RA0、RA1和RA2三端的电压输出状态。

执行单元中的电磁继电器KT为常闭性电磁继电器，其第一线圈引脚与第一稳压单元的CV1接线脚电性相连，其第二线圈引脚与三极管Q的集极电性相连，三极管Q的射极接地。当微控制器U4的RA2端没有输出3.3V的直流电压时，三极管Q处于断路状态，使得电磁继电器KT的电磁线圈LX2无法形成回路，从而使得电磁继电器KT的开关不被吸起，灯具处于供电状态。当微控制器U4的RA2端输出3.3V的直流电压时，三极管Q处于通路状态，使得电磁继电器KT的电磁线圈LX2形成回路，从而使得电磁继电器KT的开关被吸起，灯具处于断电状态。

当微控制器U4的RA2端突然中断3.3V的直流电压时，三极管Q由通路状态变为断路状态，进而使得电磁继电器KT的电磁线圈LX2由通路状态变为断路状态，此时电磁线圈LX2中残余的电能将会通过与其并联的续流二极管D4得到释放，以防对电磁线圈LX2造成损坏。

电磁继电器KT的开关在打开和闭合的瞬间会产生尖峰电压，与其并联的灭弧电容C9能够使得该尖峰电压得到缓解，从而减缓电磁继电器KT节点的灼蚀现象。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

采用此装置为灯具供电，不仅能够防止市电电源中的异常电流和电压对灯具造成损坏，而且能够按照一定的频率采集灯具的工作电流和市电电源的电压参数，进而对灯具的工作状态做出判断。当灯具出现闪烁、电流、电压和功率异动等异常后则关闭灯具，防止灯具闪烁造成灯光污染。同时此装置还能按照一定频率重复上述判断过程，对灯具的运行状态重新做出相应的动作。

以上描述只是对技术方案的说明，而不是对技术方案的限定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的市电接入单元电路结构示意图；

图3为本发明的整流滤波单元电路结构示意图；

图4为本发明的第一稳压单元电路结构示意图；

图5为本发明的第二稳压单元电路结构示意图；

图6为本发明的信号采集单元电路结构示意图；

图7为本发明的信号处理单元电路结构示意图；

图8为本发明的信号显示单元电路结构示意图；

图9为本发明的执行单元电路结构示意图；

图10为本发明的灯具接线结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

本发明提供的一种防止灯具闪烁的保护装置，根据说明书附图1可知，一种防止灯具闪烁的保护装置包括：

市电接入单元，其输入端与市电电源电性相连，用于将市电电源电压引入本装置和灯具。在市电电源出现异常电流和电压时，可以确保本装置和灯具免受损坏。

整流滤波单元，其输入端与市电接入单元的输出端电性相连，用于将市电电源电压转换为单向脉动的直流电压。

第一稳压单元，其输入端与整流滤波单元的输出端电性相连，用于将单向脉动的直流电压转换为稳定的12V直流电压。

第二稳压单元，其输入端与第一稳压单元的输出端电性相连，用于将12V的直流电压转换为稳定的3.3V直流电压。

信号采集单元，其第一输入端与第二稳压单元的输出端电性相连，用于为信号采集单元提供3.3V的直流工作电压；其第二输入端与灯具的第二输入端N3电性相连，用于采集灯具的电流值；其第三输入端与市电接入单元的输出端电性相连，用于采集市电电源的电压值；其第一输出端输出灯具的电流信号；其第二输出端输出灯具的有功功率信号。

信号处理单元，其第一输入端与第二稳压单元的输出端电性相连，用于为信号处理单元提供3.3V的直流工作电压；其第二输入端与信号采集单元的第一输出端电性相连；其第三输入端与信号采集单元的第二输出端电性相连；其第一输出端输出灯具故障信号；其第二输出端输出灯具工作信号；其第三输出端输出执行信号。

信号显示单元，包括绿色指示灯和红色指示灯，其中绿色指示灯与信号处理单元的第一输出端电性相连，红色指示灯与信号处理单元的第二输出端电性相连。

执行单元，其第一输入端与第一稳压单元的输出端电性相连，用于为执行单元提供12V的直流工作电压；其第二输入端与市电接入单元的输出端电性相连；其第三输入端与信号处理单元的第三输出端电性相连；其第一输出端与灯具的输入端电性相连。

作为一种实施例，结合图2所示，市电接入单元还包括：

型号为T5A/250V的保险管F，其第一端与市电电源的火线L端电性相连，用于防止市电电源出现异常电流对本装置和灯具造成损坏。

型号为7D471的压敏电阻RV，其第一端与保险管的第二端电性相连，并引出L1接线脚；其第二端与市电电源的零线N端电性相连，并引出N1接线脚；用于防止市电电源出现异常电压对本装置和灯具造成损坏。

本实施例中，结合图2和3所示，整流滤波单元还包括：

型号为M7的整流二极管D1，其输入端L2与市电接入单元的L1接线脚电性相连，用于对市电电源进行半波整流，使双向的市电电压转换为单向脉动直流电压。

容量为1μF的有极性第一滤波电容E1，其输入端与整流二极管的输出端电性相连，并引出直流电压HV接线脚；其输出端接地；用于滤除整流二极管D1输出的脉动直流电压中的交流成分，同时还能使得脉动直流电压变得较为平滑。

本实施例中，结合图3和4所示，第一稳压单元还包括：

第一稳压器U1，型号为KP3110的三引脚非隔离开关型稳压器，其D引脚与整流滤波单元的HV接线脚电性相连，用于将脉动直流电压引入第一稳压单元。

第一稳压电路，其第一输入端与第一稳压器U1的VDD引脚电性相连，其第二输入端与第一稳压器U1的CS引脚电性相连，用于将第一稳压器U1输出的直流稳定电压降为12V的直流稳定电压。

阻值为3.3KΩ的分压电阻R2，其第一端与第一稳压电路的输出端电性相连，并引出CV1接线脚；其第二端接地。分压电阻R2与第一稳压电路中的第二滤波电容E2形成RC滤波电路，其中第二滤波电容E2的容量为220μF，它不仅能进一步滤除12V直流电压中的交流成分，还能利用自身的储能作用在12V直流电压发生波动时进行放电，使得12V直流电压更为稳定。分压电阻R2能延缓第二滤波电容E2的放电过程，进一步提高了第二滤波电容E2稳定12V直流电压的能力。

本实施例中，结合图4和5所示，第二稳压单元还包括：

第二稳压器U2，型号为ME6208A33的三引脚线性稳压器，其VIN端通过一个阻值为100Ω的第一限流电阻R3与第一稳压单元的CV1接线脚电性相连，以防异常电流对第二稳压器U2造成损坏；其VSS端接地，其VOUT端输出3.3V的直流稳定电压；

容量为100μF的有极性第三滤波电容E3，其输入端与第二稳压器U2的VOUT端电性相连，并引出CV2接线脚；其输出端接地。第三滤波电容E3不仅能进一步滤除3.3V直流电压中的交流成分，还能利用自身的储能作用在3.3V直流电压发生波动时进行放电，使得3.3V直流电压更为稳定。

本实施例中，结合图2、5、6和10所示，信号采集单元还包括：

电能计量芯片U3，型号为BL0937的八引脚内置时钟单相插座表计量芯片，其VDD端与第二稳压单元的CV2接线脚电性相连，用于为电能计量芯片的运行提供3.3V的直流工作电压；同时VDD端还通过一个容量为0.1μF的第一旁路电容C4接地，可滤除输入VDD端的3.3V直流电压中的交流成分，以确保3.3V直流电压的纯净性。电能计量芯片U3的GND端和SEL端均接地，其CFi端输出灯具的电流信号，其CF端输出灯具的有功功率信号。

电流采集电路，其第一输入端N4与灯具的第二输入端N3电性相连，其第二输入端N2与市电接入单元的N1接线脚电性相连，其第一输出端与电能计量芯片U3的IP端电性相连，其第二输出端与电能计量芯片U3的IN端电性相连，用于采集灯具的工作电流信号。

电压采集电路，其第一输入端L3与市电接入单元的L1接线脚电性相连，其第二输入端N5与市电接入单元的N1接线脚电性相连，其输出端与电能计量芯片U3的VP端电性相连，用于采集市电电源的电压信号。

本实施例中，结合图5、6和7所示，述信号处理单元还包括：

微控制器U4，型号为12F1501的八引脚8位微控制器，其VDD端与第二稳压单元的CV2接线脚电性相连，用于为微控制器U4的运行提供3.3V的直流工作电压；同时VDD端还通过一个容量为0.1μF的第二旁路电容C5接地，可滤除输入VDD端的3.3V直流电压中的交流成分，以确保3.3V直流电压的纯净性。微控制器U4的VSS端接地，其RA5端与电能计量芯片U3的CF端电性相连，其RA4端与电能计量芯片U3的CFi端电性相连，其RA0端输出灯具的工作信号，其RA1端输出灯具的故障信号，其RA2端输出执行信号。

本实施例中，结合图7和8所示，信号显示单元还包括：

绿色指示灯，为绿色发光二极管LEDG，其输入端通过一个阻值为2.2KΩ的第二限流电阻R12与微控制器U4的RA0端电性相连，其输出端接地，用于指示灯具的工作信号。

红色指示灯，为红色发光二极管LEDR，其输入端通过一个阻值为2.2KΩ的第三限流电阻R13与微控制器U4的RA1端电性相连，其输出端接地，用于指示灯具的故障信号。

本实施例中，结合图2、4、7、9和10所示，执行单元还包括：

型号为JQC-3FF-012-1ZST的常开型电磁继电器KT，其第一线圈引脚与第一稳压单元的CV1接线脚电性相连，用于为电磁继电器KT的电磁线圈LX2运行提供12V的直流工作电压；其第一负载引脚L4与市电接入单元的L1接线脚电性相连；其第二负载引脚L5与灯具的第一输入端L6电性相连。

三极管Q，其集极与电磁继电器KT的第二线圈引脚电性相连，其基极通过一个阻值为2.2KΩ的第四限流电阻R14与微控制器U4的RA2端电性相连，其射极接地；用于响应微控制器U4的执行信号，控制电磁继电器KT的电磁线圈LX2通电与否；

型号为M7的续流二极管D4，其输入端与电磁继电器KT的第二线圈引脚电性相连，其输出端与电磁继电器KT的第一线圈引脚电性相连；在市电电源断电后，用于释放电磁继电器KT的电磁线圈LX2中的电能。

容量为1nF的灭弧电容C9，其两端分别与电磁继电器的第一负载引脚L4和第二负载引脚L5电性相连，用于缓解电磁继电器KT接通或断开市电电源时产生的尖峰电压，以减少对电磁继电器KT节点的灼蚀现象。

需要说明的是，在本专利申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素，在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。