电容充电电路和航空障碍灯的制作方法

本发明涉及航空障碍灯技术领域，尤其是涉及一种电容充电电路和航空障碍灯。

背景技术：

为了防止空中飞行器与建筑物发生碰撞，在高层房屋、电视塔、通信铁塔等建筑物顶端一般安装发出闪光信号的航空障碍灯给飞行员提供醒目信号以避开障碍物。

近年来，随着半导体照明灯(led)技术取得突破性发展，单体led光源的功率可达200w以上，点亮速度非常快，几乎没有延迟，并且连续闪光对寿命无任何影响，已经成功应用于步道灯、投光灯、高光强信号灯、航空障碍灯等领域。但对于瞬时功率超过1kw的、需要大电流放电脉冲的航空障碍灯来说，小型电源无法满足，因此需要直接接市电或搭配开关电源，但此种电源体积较大，成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供电容充电电路和航空障碍灯，具有蓄电容量大、体积小、成本低且可长期供电的特点，还可满足超大电流充放电的要求。

第一方面，本发明实施例提供了一种电容充电电路，包括：电压检测电路、控制芯片、采样电路、电压控制电路和整流滤波电路；

所述电压检测电路，与所述控制芯片相连接，用于检测电源的输入电压值，并将所述输入电压值发送至所述控制芯片；

所述采样电路，与所述控制芯片相连接，用于对所述整流滤波电路中的电容组电压值进行采样，得到采样电压值，并将所述采样电压值发送至所述控制芯片；

所述控制芯片，与所述电压控制电路相连接，用于根据所述输入电压值和所述采样电压值生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述电压控制电路；

所述电压控制电路，与所述整流滤波电路相连接，用于根据所述控制信号，控制相应的继电器触点闭合，得到相应的供电电压，并将所述供电电压发送给所述整流滤波电路；

所述整流滤波电路，用于对所述供电电压进行整流滤波处理，以对负载进行供电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电压控制电路，包括变压器和控制电路，所述控制电路与所述变压器的次级线圈相连接；

所述控制电路，根据所述控制信号，控制相应的继电器触点闭合，以得到相应的次级电压，将所述次级电压供电电压，并将所述供电电压发送给所述整流滤波电路。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电压控制电路，包括变压器和控制电路，所述控制电路与所述变压器的初级线圈相连接；

所述控制电路，根据所述控制信号，控制相应的继电器触点闭合，以得到相应的初级电压，通过所述初级电压得到供电电压，并将所述供电电压发送给所述整流滤波电路。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述整流滤波电路的数目包括三路，所述整流滤波电路与负载相连接，其中，所述负载包括led灯阵列，所述led灯阵列包括72个单体led灯。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述整流滤波电路中的电容组包括14个并联的电解电容。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述电解电容用于深度放电，所述电解电容的额定标充电压为63v，最大耐受电压为90v。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述电解电容中任意时刻的电压值与电容充满时刻的电压值的比值大于0.9。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述电压检测电路通过电压互感器获取电源的所述输入电压值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括供电电路通过电磁兼容性器件为所述控制芯片和继电器提供电能。

第二方面，本发明实施例还提供一种航空障碍灯，包括如上所述的电容充电电路。

本发明实施例通过市电经变压器降压整流，后给电解电容组进行快速充放电，具有蓄电容量大、体积小、成本低且可长期供电的特点，还可满足超大电流充放电的要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例提供的电容充电电路结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的电容充电电路结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的电容充电电路中供电电路的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的电容充电电路中电压检测电路的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电容充电电路中控制电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电容充电电路中整流滤波电路的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电容充电电路中采样电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

近年来，随着半导体照明灯(led)技术取得突破性发展，单体led光源的功率可达200w以上，点亮速度非常快，几乎没有延迟，并且连续闪光对寿命无任何影响，已经成功应用于步道灯、投光灯、高光强信号灯、航空障碍灯等领域。但对于瞬时功率超过1kw的、需要大电流放电脉冲的航空障碍灯来说，小型电源无法满足，因此需要直接接市电或搭配开关电源，但此种电源体积较大，成本较高。

基于此，本发明实施例提供的一种电容充电电路和航空障碍灯，具有蓄电容量大、体积小、成本低且可长期供电的特点，还可满足超大电流充放电的要求。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种电容充电电路结构示意图。

参照图1，电容充电电路包括电压检测电路、控制芯片、采样电路、电压控制电路、供电电路和整流滤波电路，供电电路、电压检测电路和电压控制电路分别与电源火线l和零线n相连接。

供电电路通过电磁兼容性器件emc(electromagneticcompatibility)为控制芯片和电压控制电路中的继电器提供电能，具体如图3所示，通过火线l、零线n以及emc器件(包括共模线圈l1、x电容c16、y电容c14、c18、压敏电阻rv、气体放电管gdt1等器件)给电源模块td1供电，输出dc12v给控制继电器供电，之后再通过稳压芯片u2转换为dc3.3v给控制芯片mcu供电。

电压检测电路，与控制芯片相连接，用于检测电源的输入电压值，并将输入电压值发送至控制芯片；其中，电压检测电路通过电压互感器获取电源的输入电压值，具体如图4所示，电源检测电路主要是检测电源输入时的输入电压值，并将输入电压值发送给控制芯片。

采样电路，分别与电容组和控制芯片相连接，用于对整流滤波电路中的电容组电压值进行采样，得到采样电压值，并将采样电压值发送至控制芯片，具体参见图7；采样电路与电容组相并联，采样电路主要是实时检测经电压控制电路和整流滤波电路处理后的采样电压值，并将采样电压值发送给控制芯片；

控制芯片，与电压控制电路相连接，根据输入电压值和采样电压值判断当前的输入电压值处于何种电压范围，并确保经充电后的电解电容采样电压值在正常范围内，根据上述两种控制条件生成控制信号，并将控制信号发送至电压控制电路，以使控制电路根据控制信号，从而打开与控制信号相对应的继电器闭合，得到供电电压，能够可靠给电解电容进行充电。

本发明实施例中控制芯片mcu部分主要功能为对输入电压和采样电压检测、根据上述两种电压值判断生成的控制信号种类、根据生成的控制信号进行处理等操作，控制芯片选用nxp系列的mke02z64vlh4，包括高达40mhz的cortex-m0+内核、单周期32位x32位乘法器、单周期i/o访问端口等主要性能。

电压控制电路，与整流滤波电路相连接，用于根据控制信号，控制相应的继电器触点闭合，得到相应的供电电压，并将供电电压发送给整流滤波电路；

在一些可能的优选实施例中，如图1所示，电压控制电路，包括变压器和控制电路，控制电路与变压器的次级线圈相连接；控制电路，根据控制信号，控制相应的继电器触点闭合，以得到相应的次级电压，将次级电压供电电压，并将供电电压发送给整流滤波电路。

在另一种优选实施例中，如图2所示，电压控制电路，包括变压器和控制电路，控制电路与变压器的初级线圈相连接；控制电路，根据控制信号，控制相应的继电器触点闭合，以得到相应的初级电压，通过初级电压和变压器初级线圈、次级线圈匝数比等参数得到供电电压(次级电压)，并将供电电压发送给整流滤波电路。

如图5所示，电压控制电路主要是通过控制芯片mcu检测电源输入端的输入电压值后，得到的控制信号控制对应的继电器(j1、j3、j2、j5)，从而控制变压器的抽头，抽头电压有ac220v、ac240v、ac260v、ac200v，即当输入电压为分别ac220v、ac240v、ac260v、ac200v时，根据输入电压对应生成的控制信号，控制对应的继电器j1、j3、j2、j5闭合工作，根据电解电容采样电压等特性，控制变压器次级电压在ac43v左右(可通过调节初级、次级线圈匝数比)，以使ac43v电压可以在电容组进行在整流滤波后的输出电压在合理范围内，并通过输出电压为负载(后端大功率led)提供恒定的脉冲放电电流。

整流滤波电路是通过将变压器次级输出的供电电压经整流桥及电容组进行滤波后，得到输出电压，并为led负载供电。参见图1和图6，整流滤波电路，用于对供电电压进行整流滤波处理，以对负载(图中未示出)进行供电。整流滤波电路的数目包括三路，每路整流滤波电路都与负载相连接，其中，为了满足航空障碍灯的应用标准指标(光照强度等指标)，本发明实施例的负载包括led灯阵列，led灯阵列包括相连接的8个led灯单元，共72个单体led灯，其中，led灯单元包括三个相并联的led灯排，每个led灯排包括三个相串联的单体led灯。

在负载工作(即led灯闪烁)时，电容组给负载供电。设v0为电容上的初始电压值；vu为电容充满终止电压值；vt为任意时刻t电容上的电压值，则vt＝v0+(vu-v0)*[1-exp(-t/rc)](1)，当本发明实施例提供的航空障碍灯工作时，每个led灯的闪烁周期1.5秒,放电时间0.1秒，将上述数值带入公式(1)计算得出，在理论上选用最少14颗22000uf的电解电容并联，可满足在电容放电至电压最低时，vt/vu>0.9(达到设计所需求的驱动参数)，从而保证负载稳定可靠的工作。

因此，结合上述理论计算，整流滤波电路中的电容组包括14个并联的电解电容。电解电容用于深度放电(从电量充满到电量放空)，电解电容的额定标充电压为63v，最大耐受电压为90v。电解电容中任意时刻的电压值与电容充满时刻的电压值的比值大于0.9。

需要说明的是，由于本发明实施例应用的航空障碍灯领域的标准要求，若在本发明实施例的基础上采用本领域常规的电解电容不能实现适用于航空障碍灯领域的负载的要求。

本发明实施例通过市电经变压器降压整流，后给电解电容组进行快速充放电，具有蓄电容量大、体积小、成本低且可长期供电的特点，还可满足超大电流充放电的要求。

本发明实施例主要是解决传统开关电源瞬间大功率输出问题，也就是瞬间需要3000w的功率输出，如用传统开关电源，体积大，成本高；本发明实施例主要包括供电电路、变压器、大容量电容器和充放电控制组成的供电系统以及led串并联方阵等部分，结构新颖、成本低、体积小、使用寿命长、节电效果好。为了实现对该电容充电电路混快速安全充电,在市电接入与电容充放电系统之间,加入电压控制电路。该系统供电稳定，能量大。使用本发明实施例提供的电容充电方案，可以解决体积和成本问题。

进一步的，由于led灯功耗大大降低,并且电容组可提供超大脉冲电流,确保led闪光灯的发光强度达到应用领域的标准要求。同时由于led灯的点灯延迟时间极短,并且工作在闪光状态时,寿命不受影响,通过电容组提供大脉冲光电流。不仅降低系统成本,还能使产品性能更可靠。

本发明实施例还提供一种航空障碍灯，包括航空障碍灯的外壳和设置在外壳内部的如上所述的电容充电电路。

本发明实施例提供的航空障碍灯，与上述实施例提供的电容充电电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本发明实施例的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。