一种用于LED灯的失效检测电路及检测方法与流程

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：

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。

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。

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。

技术实现要素：

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模块和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。

本发明的另一目的是提供一种led灯失效检测方法。

本发明所采用的技术方案是：

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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；

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。

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；

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。

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：

如公式(1)成立，则判定led灯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灯的失效状态为短路失效；

vfailure≈vcc_sw(2)

其中，vcc_sw为负反馈模块的电源电压；

若公式(1)和(2)均不成立，则判定所述led灯为非电气失效。

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：

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：

vfailure-(vq3_ds+vr7)≈vd6-vd2(3)

其中，vq3_ds为第三场效应三极管q3的电压。

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

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；

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

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。

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”、“水平”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。

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。

实施例1

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；

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℃；

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；

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。

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；

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。

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；

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；

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的门极电压vgs_q3>vgs(th)_q3(阀值电压)，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。

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。

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；

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；

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)；

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：

iled＝(vr7/r7)＝(vcc_sw*(r3//r4))/(r2+(r3//r4))。

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。

工作过程：

判断led灯1是否为开路失效，具体为：

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；

因此当vfailure≈(vd6+vr7)-vd2成立时，则判断led灯1是为开路失效。

判断led灯1是否为短路失效，具体为：

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；

因此当vfailure≈vcc_sw成立时，则判断led灯1是为短路失效。

判断led灯1是否为过温失效，具体为：

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)；

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：

则有：vq3_ds≈(iled^2)*rds(on)；

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；

故有：vfailure-(vq3_ds+vr7)≈vd6-vd2；

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。

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。

实施例2

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：

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：

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；

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。

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。

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。