一种复合功能管脚系统的制作方法

本实用新型涉及安防类应急灯技术领域，具体涉及一种复合功能管脚系统。

背景技术：

应急灯，应急照明用的灯具的总称。消防应急照明系统主要包括事故应急照明、应急出口标志及指示灯，是在发生火灾时正常照明电源切断后，引导被困人员疏散或展开灭火救援行动而设置的。但在日常的检查中发现，单位在消防应急灯具的选型、安装和使用过程中存在着许多问题。因此，合理选择应急照明系统供电控制方式、接线方式，做好日常维护工作，直接影响到消防应急照明系统作用的发挥。在日常生活中，要经常进行检查，防患未然。

现有的方案中，由于芯片的功能负载，所以传统的n个功能分别使用了n个管脚来实现。导致芯片管脚数目增加，进而增加了芯片的制作成本以及pcb的加工成本。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型公开了一种复合功能管脚系统，本实用新型极大提高系统集成度；减少集成电路管脚数量和外围元器件数量；降低了系统成本；缩小了产品尺寸。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种复合功能管脚系统，其特征在于：所述管脚系统将应急灯智能管理芯片的交流电检测、充电状态指示驱动、主电状态指示驱动、故障指示驱动，备用电池电压检测、应急boostdc/dc输出检测的功能，经过时序控制进行管脚功能复用的整合；所述管脚系统包括第一复合管脚、第二复合管脚和第三复合管脚，所述第一复合管脚集成有输入交流电压检测、按键开关检测和第一指示灯驱动，所述第二复合管脚集成有电池电压检测、boost开关管和第三指示灯驱动，所述第三复合管脚集成有输出电流检测和第二指示灯驱动。

优选的，所述输入交流电压检测正常工作时，pwm信号为低电平，m5截止，指示灯最低电压大于m1的阈值电压，m1的栅极和漏极短接，所述m1的漏极电压被钳位在vth，所述vth是m1这个管子的阈值电压；输入交流电压v经过电阻r之后，流过m1的电流是(vin-vth)/r,即输入交流电压信号的大小，经过两级的电流放大之后，流经电阻r2的电流是n1*n2*(vin-vth)/r，所述输入交流电压检测中m2与m1的宽长比为n1:1,m4与m3的宽长比为n2:1，比较器comp1的输入交流电压信号是vin*(r2/r)*(n1*n2)。

优选的，所述按键开关检测中，当按键开关被人为的按下，开关闭合，比较器comp2的输入交流电压接近于0v，其中，比较器comp2的参考电压vref2低于m1的场开启电压，正常工作的时候，按键开关截止，comp2的输入交流电压被钳位在m1的阈值电压vth，比较器comp2的输出电压为高电平。当按键开关被按下后，比较器comp2的输入交流电压小于vref2，comp2的输出电压翻转，comp2的输出信号经过延时模块2之后，给出按键有效信号。

优选的，所述第一指示灯驱动的电流由恒流源产生，由开关管m7控制，pwm信号为高电平的时候，电流通过开关管m7流出，并通过m5将m1和m2的栅极拉低，m1,m2两个管子截止，指示灯驱动电流通过指示灯，当pwm为低电平的时候，指示灯驱动电流被m7断开，m1,m2,r3,r4组成的电流采样电路正常工作。

优选的，所述电池电压检测中，电池处于充电状态下时，对电池充电时，charge信号为高电平，开关管m2和m3导通，对电池的充电电流由两部分组成，分别是i1和i2，其中i1经过充电电流指示灯，v1的电压等于电池电压vbat，通过比较器comp_oc，将v1电压与一个基准电压比较，得到过充信号，当电池电压高于overcharge_vref的时候，比较器的输出翻转为高电平，指示电池已经充电结束，此时i2的开关管截止，充电指示灯熄灭。

优选的，所述电池电压检测中，电池处于放电状态下时，在启动应急照明时，i1和i2充电回路上的开关管m2,m3都处于截止状态，此时电感lx处于开关导通状态，其开关状态由开关管m1决定，这时的电感等于开关电源中的储能元器件，并通过boost的工作模式，来得到输出电压，v2的电压等于电池电压，将v2的电压信号送入比较器comp_od的输入端，与一个基准电压比较，当电池电压低于基准电压的时候，比较器的输出翻转，输出信号为od，标示电池电压小于过放保护电压，停止boost工作。

优选的，所述第二指示灯驱动的电流由恒流源i1产生，由开关管m3控制，sw信号为高电平的时候，电流通过开关管m3流出，除小比例的电流流经电阻r之外，流出的电流均流经指示灯，当sw为低电平的时候，指示灯驱动电流被m3断开，此时段指示灯无驱动，当sw频率高于人眼分辨率的时候，指示灯用脉冲电流驱动，指示灯亮。

优选的，所述输出电流检测中，sw脉冲信号将fb管脚分时复用，在sw高电平时，管脚用于驱动指示灯，此时对输出电流检测信号进行信号保持，在sw低电平时用于输出电流检测信号的采样输入，在sw为低电平时，经过一次非交叠处理，使得输出电流检测信号的采样输入使能信号与指示灯驱动信号之间没有动态相交叠部分。

优选的，所述第三复合管脚中，在有效的输出电流检测信号采样时段内，应急照明灯驱动电流流经电阻rs上产生的电压降被采样输入到误差放大器的正向输入端口，在误差放大器的作用下，采样输入的电压与负向输入端口的参考电压基准之间的电压差被放大，再经过δd模块，将输出电流误差转化为脉宽调制信号的脉宽增减步进量，经过加法模块，使得pwm信号占空比设计值d叠加上反馈回路产生的pwm信号占空比增加量δd，最后形成环路稳定状态下所需的恒定输出电流。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型应用本技术的芯片符合最新的安防类国标，就技术本身来说，通过内部逻辑的设置，本技术广泛适用于有状态指示、电池充电管理、交流电检测、应急dc/dc源等整合了相关功能的系统，极大提高系统集成度；减少集成电路管脚数量和外围元器件数量；降低了系统成本；缩小了产品尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是第一复合管脚的原理框图；

图2是第一复合管脚的电路原理图；

图3是第二复合管脚的原理框图；

图4是第二复合管脚的电路原理图；

图5是第三复合管脚的原理框图；

图6是第三复合管脚的电路原理图；

图7是输入交流电压检测电路原理图；

图8是按键开关检测电路原理图；

图9是第一指示灯驱动电路原理图；

图10是输出电流检测电路原理图；

图11是第二指示灯驱动电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种复合功能管脚系统，所述管脚系统将应急灯智能管理芯片的交流电检测、充电状态指示驱动、主电状态指示驱动、故障指示驱动，备用电池电压检测、应急boostdc/dc输出检测的功能，经过时序控制进行管脚功能复用的整合；所述管脚系统包括第一复合管脚、第二复合管脚和第三复合管脚，如图1和图2所示的第一复合管脚集成有输入交流电压检测、按键开关检测和第一指示灯驱动，如图3和图4所示的第二复合管脚集成有电池电压检测、boost开关管和第三指示灯驱动，如图5和图6所示的第三复合管脚集成有输出电流检测和第二指示灯驱动。

本实用新型是将安防类应急灯智能管理芯片的交流电检测、充电状态指示驱动、主电状态指示驱动、故障指示驱动，备用电池电压检测、应急boostdc/dc输出检测等各看似无关的功能，经过时序控制，进行管脚功能复用的整合设计。

其中，本专利将故障指示灯驱动输出，测试按键输入，交流电检测输入等三个功能整合成一个管脚，采用防抖滤波技术，和低频滤波技术将交流检测信号和按键输入信号识别出来，通过分时复用技术，将故障指示灯驱动输出与交流点检测、按键输入功能分时处理。

将第三指示灯驱动与应急boostdc/dc环反馈端复用，在系统功能的需求逻辑上，第三指示灯驱动与应急boostdc/dc环反馈端不会同时作用，即有充电状态的情况下，应急boostdc/dc环反馈不会工作，应急boostdc/dc环反馈工作时，系统停止充电状态。

备用电池电压检测输入端口和主电状态驱动输出端口复用，通过分时复用技术，将备用电池电压检测功能和主电状态指示灯驱动输出在时域上分离开并做到非交叠重合，确保此二者合用一个管脚但不相互干扰。主电状态指示灯的驱动电流还能作为备用电池的补电能量，做到能量回收。

实施例2

如图7所示的输入交流电压检测电路，正常工作时，pwm信号为低电平，m5截止。同时，由于指示灯需要工作的最低电压大于m1的阈值电压，m1的栅极和漏极短接，这样，m1的漏极电压就被钳位在vth，vth就是m1这个管子的阈值电压。那么输入交流电压v经过电阻r之后，流过m1的电流是(vin-vth)/r,这个电流信号就反应出了输入交流电压信号的大小。经过两级的电流放大之后，流经电阻r2的电流是n1*n2*(vin-vth)/r。其中，m2与m1的宽长比为n1:1,m4与m3的宽长比为n2:1。这样，比较器comp1的输入交流电压信号就是vin*(r2/r)*(n1*n2).实际应用中，由于vin远远大于vth,所以在计算中忽略了vth。当比较器的输入交流电压超过其内部设定的基准vref1的时候，比较器的输出翻转。这样，就可以判断出输入交流电压何时欠压。

如图8所示的按键开关检测电路，当按键开关被人为的按下，开关闭合，由于按键开关的导通阻抗远远小于电阻r，所以比较器comp2的输入交流电压接近于0v。其中，比较器comp2的参考电压vref2为正，并且也接近0v。正常工作的时候，按键开关截止，comp2的输入交流电压被钳位在m1的阈值电压vth。比较器comp2的输出电压为高电平。当按键开关被按下后，比较器comp2的输入交流电压小于vref2，从而导致comp2的输出电压翻转。为了有效消除手动按键在按动开关瞬间产生的毛刺，comp2的输出信号经过延时模块2之后，给出按键有效信号。

如图9所示的第一指示灯驱动电路，指示灯的驱动电流由一个恒流源产生。并且由一个开关管m7来控制。pwm信号为高电平的时候，电流通过开关管m7流出，并通过m5将m1和m2的栅极拉低。这样，m1,m2两个管子截止，指示灯驱动电流就可以完全通过指示灯。当pwm为低电平的时候，指示灯驱动电流被m7断开，m1,m2,r3,r4组成的电流采样模块可以正常工作。当pwm频率足够高的时候，指示灯相当于用一个pwm的电流来驱动，人眼看到的效果，就是指示灯一直在亮。

实施例3

如图3和图4所示的第二复合管脚：

1.电池处于充电状态下，电压检测部分的工作原理：

图4是输入交流电压检测的一个具体实现电路原理图。对电池充电时，charge信号为高电平，开关管m2和m3导通。此时，对电池的充电电流由两部分组成，分别是i1和i2。其中i1经过充电电流指示灯，并将指示灯点亮。由于电感lx在直流情况下等效于一根导线，因此，v1的电压等于电池电压vbat。并且，通过比较器comp_oc，将v1电压与一个基准电压比较，从而得到过充信号。当电池电压高于overcharge-vref的时候，比较器的输出翻转为高电平。指示电池已经充电结束。此时i2的开关管截止，充电指示灯熄灭。在某些情况下，m2也被截止，则i1的电流通路也被截止。在另外的应用中，m2由导通状态切换为pwm状态，那么i2的电流也将会变为pwm的电流。

2.电池处于放电状态下，电压检测部分的工作原理：

在启动应急照明时，i1和i2充电回路上的开关管m2,m3都处于截止状态。此时，电感lx处于开关导通状态，其开关状态由开关管m1决定。这时的电感等于开关电源中的储能元器件，并通过boost的工作模式，来得到输出电压。并且，由于i2等于0，充电指示灯和电阻r均无电流经过，v2的电压就等于电池电压。将v2的电压信号送入比较器comp_od的输入端，与一个基准电压比较，当电池电压低于基准电压的时候，比较器的输出翻转，输出信号为od，标示电池电压小于过放保护电压，此时应该停止boost工作。

实施例4

如图11所示，是第二指示灯驱动的一个具体实现电路原理图。

指示灯的驱动电流由一个恒流源i1产生。并且由一个开关管m3来控制。sw信号为高电平的时候，电流通过开关管m3流出，除小比例的电流流经电阻r之外，流出的电流主要流经指示灯。当sw为低电平的时候，指示灯驱动电流被m3断开，此时段指示灯无驱动。当sw频率高于人眼分辨率的时候，指示灯相当于用一个一定脉宽的脉冲电流来驱动，人眼看到的效果，就是指示灯一直在亮。

如图10所示，sw脉冲信号将fb管脚分时复用，在sw高电平时，管脚用于驱动指示灯，此时对输出电流检测信号进行信号保持，在sw低电平时用于输出电流检测信号的采样输入。在sw为低电平时，经过一次非交叠处理，使得输出电流检测信号的采样输入使能信号与指示灯驱动信号之间没有动态相交叠部分。

在有效的输出电流检测信号采样时段内，应急照明灯驱动电流流经电阻rs上产生的电压降被采样输入到误差放大器的正向输入端口，在误差放大器的作用下，采样输入的电压与负向输入端口的参考电压基准之间的电压差被放大大。再经过δd模块，将输出电流误差转化为脉宽调制信号的脉宽增减步进量。经过加法模块，使得pwm信号占空比设计值d叠加上反馈回路产生的pwm信号占空比增加量δd，最后形成环路稳定状态下所需的恒定输出电流。在特殊情况下，比如指示灯是充电指示灯。因为充电状态和应急启动状态是两种非交叠状态，也就是说这两种状态不会同时发生。这种特例下，输出电流检测信号的输入并不需要采样保持模块s/h。

本实用新型是将安防类应急灯智能管理芯片的交流电检测、充电状态指示驱动、主电状态指示驱动、故障指示驱动，备用电池电压检测、应急boostdc/dc输出检测等各看似无关的功能，经过时序控制，进行管脚功能复用的整合设计。其中，本专利将故障指示灯驱动输出，测试按键输入，交流电检测输入等三个功能整合成一个管脚，采用防抖滤波技术，和低频滤波技术将交流检测信号和按键输入信号识别出来，通过分时复用技术，将故障指示灯驱动输出与交流点检测、按键输入功能分时处理；将第三指示灯驱动与应急boostdc/dc环反馈端复用，在系统功能的需求逻辑上，第三指示灯驱动与应急boostdc/dc环反馈端不会同时作用，即有充电状态的情况下，应急boostdc/dc环反馈不会工作，应急boostdc/dc环反馈工作时，系统停止充电状态；备用电池电压检测输入端口和主电状态驱动输出端口复用，通过分时复用技术，将备用电池电压检测功能和主电状态指示灯驱动输出在时域上分离开并做到非交叠重合，确保此二者合用一个管脚但不相互干扰。主电状态指示灯的驱动电流还能作为备用电池的补电能量，做到能量回收。极大提高系统集成度；减少集成电路管脚数量和外围元器件数量；降低了系统成本；缩小了产品尺寸。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。