消防應急燈控制電路的製作方法
2023-10-05 22:55:14
專利名稱：消防應急燈控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及消防應急燈，更具體地說，涉及一種用於消防應急照明燈或消防應急疏散標誌燈中的消防應急燈控制電路。
背景技術：
消防應急燈包括消防應急照明燈和消防應急疏散標誌燈。其中消防應急照明燈通常安裝於消防逃生通道處，當發生停電、消防火警等災害情況時可自動開燈而實現應急照明功能。消防應急疏散標誌燈則可用於提示消防逃生通道的位置以及逃生方向。
消防應急燈的主要功能單元有光源、電池、變壓電路、整流電路、充電電路、自動應急轉換電路、故障檢測電路、故障顯示電路、以及充電控制和保護電路。在現有產品中，通常是採用一個電池電壓檢測電路來檢測電池的電壓情況，只要檢測到其電壓低於預定值時，就通過充電電路對電池充電。由於電池的生產廠家、規格型號、新舊程度、使用環境的溫度等因素的差異，現有的充電模式很難滿足使用的需要，也就是說這種充電方式存在著先天不足，電壓稍一有降低就得充電，其結果是導致電池的使用壽命縮短。
實用新型內容針對現有技術的上述缺陷，本實用新型要解決現有消防應急燈由於其充電模式的局限而導致的電池的使用壽命不夠長的問題，同時還要解決現有分離元件組成的應急燈離散性大、功耗大、調試複雜等問題。
為解決上述問題，本實用新型提供一種消防應急燈控制電路，其中包括用於檢測由外部輸入的電源電壓是否正常的電源電壓檢測電路，其輸入端接外部輸入電源，其轉換控制輸出端可連接到相應的轉換控制開關器件以控制其導通或關斷；以及用於控制充電時間的充電計時電路，其輸入端接外部輸入電源，其充電控制輸出端可連接到相應的充電控制開關器件以控制其導通或關斷。
在本實用新型的消防應急燈控制電路中，還可包括用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路，其輸入端接電池，其應急控制輸出端可連接到相應的應急控制開關器件以控制其導通或關斷；電池開路顯示驅動電路，其輸入端與所述電池電壓檢測電路的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件以顯示出電池是否處於開路狀態；電池短路保護電路，其輸入端與所述電池電壓檢測電路的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端可連接到相應的充電控制開關器件以控制其導通或關斷；以及，用於檢測應急燈迴路是否開路的光源開路顯示驅動電路，其輸入端與應急燈迴路串聯，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件以顯示出電池是否處於開路狀態。
在本實用新型的消防應急燈控制電路中，所述充電計時電路以外部輸入的直流電源作為復位信號，並以市電交流頻率作為其時鐘信號；在每次通電復位後其充電控制輸出端輸出高電平或低電平並開始計時，計時到預定時間則其充電控制輸出端懸空。
如果將本實用新型的控制電路應用於應急疏散標誌燈，則還可包括一個電壓穩定電路，其輸出端可連接到相應的功率擴展器件以控制輸出電壓穩定。
上述各電路可集成在一個Bi-CMOS工藝的晶片中。
本實用新型的消防應急燈控制電路可製成多功能消防應急疏散標誌燈或照明燈控制晶片，其電壓適應範圍為直流3V到22V，主要用於實現消防應急燈的電池充電控制、交流電壓過低或斷電時的自動應急轉換、電池開路顯示驅動、電池電壓檢測、電池過放保護、電池短路保護等功能。它具有以下優點高性能Bi-CMOS工藝，優越的耐高壓性能，內置穩定度較好的基準電壓，適用於各種型號的鎳鎘電池或鎳氫電池，內置多種保護電路，工作電壓範圍寬。
另外，本實用新型還提供一種消防應急燈，其中包括變壓電路、整流電路、充電電路以及可充電電池，還包括用於檢測由外部輸入的電源電壓是否正常的電源電壓檢測電路，其輸入端接所述整流電路的輸出端，其轉換控制輸出端連接到轉換控制三極體Q2的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q2的電源輸入端與所述電源電壓檢測電路的輸入端並聯；用於控制充電時間的充電計時電路，其輸入端接所述三極體Q2的電源輸出端，其充電控制輸出端連接到充電控制三極體Q3的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q3的電源輸入端經電阻R1與所述三極體Q2的電源輸出端連接。
在本實用新型的消防應急燈中，還包括用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路，其輸入端接電池，其應急控制輸出端連接到應急控制三極體Q4的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q4的電源輸入端接電池正極；電池開路顯示驅動電路，其輸入端與所述電池電壓檢測電路的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端連接到相應的發光器件D103以顯示出電池是否處於開路狀態；電池短路保護電路，其輸入端與所述電池電壓檢測電路的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端連接到充電控制三極體Q3的基極以控制其導通或關斷；以及，用於檢測應急燈迴路是否開路的光源開路顯示驅動電路，其輸入端與應急燈迴路串聯，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件D103以顯示出電池是否處於開路狀態。
如果所述消防應急燈為消防應急疏散標誌燈，則其中還可包括一個電壓穩定電路，其輸出端連接到穩壓控制三極體Q1的基極以控制其穩定輸出電壓值。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型優選實施例一中消防應急疏散標誌燈控制晶片的原理框圖；圖2是圖1所示晶片的封裝圖；圖3是用圖1所示晶片製成的消防應急疏散標誌燈的電路圖；圖4是本實用新型優選實施例二中消防應急照明燈控制晶片的原理框圖；圖5是圖4所示晶片的封裝圖；圖6是用圖4所示晶片製成的消防應急雙頭燈的電路圖；
圖7是用圖4所示晶片製成的消防應急節能燈的電路圖；圖8是用圖4所示晶片製成的消防應急日光燈的電路圖。
具體實施方式
經無數次的試驗，申請人發現，如果採用定時標準充電的模式，電池的使用壽命可延長一倍以上。本實用新型中所說的定時充電，是指當第一次通電使用、或者在使用過程中市電交流斷電後又恢復正常時，對電池充電，且充電時間設定為一個是最適合的時間值。試驗表明，當採用0.1C充電時，該最佳充電時間為15小時。
實施例一消防應急疏散標誌燈控制集成電路及其應用如圖1、圖2和圖3所示，本實施例中的控制集成電路的型號為GHY8001，它是一多功能消防應急疏散標誌燈控制晶片，如圖1所示，在該晶片的內部有以下電路用於提供穩定工作電壓的穩壓電路101；用於對整流電路所輸入的電壓進行檢測的電源電壓檢測電路102；用於實現充電計時功能的充電計時電路103；用於實現電池短路保護的電池短路保護電路104；用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路105；用於產生基準偏壓的基準偏壓電源106；用於驅動電池開路顯示燈的電池開路顯示驅動電路107；用於驅動應急燈開路顯示燈的光源開路顯示電路108，以及用於控制向標誌燈輸出穩定電壓的電壓穩定電路109。
如圖2所示為該晶片的封裝圖，其中有12個外部信號輸入腳，具體是VB(1腳，)，VCC(4腳)，ACL(5腳)，CLK(6腳)，VDD(7腳)，GND(9腳)，LAMPT(11腳)，A1(13腳)，BOPEN(14腳)，BOFF(15腳)，A2(16腳)，以及C1(18腳)。還有5個控制信號輸出腳，具體是LEDG(2腳)，LEDY(3腳)，LEDR(8腳)，LAMPC(10腳)，以及AOUT(17腳)。下面對各管腳的具體功能、作用進行說明1)VB(PIN1)，電池電壓檢測端。
2)LEDG(PIN2)，交流過低應急轉換控制端，用於控制外接PNP三極體Q2及綠色LED指示燈D101，當電路電壓正常時，LEDG輸出低電平點亮綠燈及開啟三極體Q2；電路電壓過低或掉電時，LEDG處於懸空態輸出，綠燈滅，三極體Q2關閉。
3)LEDY(PIN3)，故障顯示控制端，該端輸出控制LED指示燈D103，作為電池開路及光源開路故障指示端，當出現如前所述兩種情況時，LEDY輸出高電平點亮外接LED燈103，提示電路中有故障。
4)VCC(PIN4)，電源輸入端，可輸入由外部交流電整流降壓後給晶片提供直流電源。
5)ACL(PIN5)，交流過低應急轉換設定端，該端外接電阻用於設定當VCC輸入電壓低於何值時關斷LEDG輸出，停止對電池充電。
6)CLK(PIN6)，充電計時時鐘基頻輸入端，該端可直接連接交流電壓，當該端外接50Hz交流電壓時，其充電計時長度為15小時。
7)VDD(PIN7)，充電計時復位端，通過VDD給充電計時電路提供電源，即讓其開始進行充電計時。
8)LEDR(PIN8)，充電控制端，用於控制外接PNP三極體在Q3及紅色LED指示燈D102，當電路處於充電狀態時，LEDR輸出低電平點亮紅燈及開啟三極體Q3，使外部電源對電池進行充電；當充電結束或電路掉電時，LEDR處於懸空輸出，紅燈滅，三極體Q3關閉，電源停止對電池進行充電。
9)GND(PIN9)，電源地。
10)LAMPC(PIN10)，應急輸出控制端，當電路外於充電狀態時，LAMPC處於懸空輸出態，其相應外接的PNP三極體Q4關閉，應急燈處於交流工作狀態；當電路掉電或電壓過低時，晶片控制LAMPC輸出低電平，開啟外接的三極體Q4，使電池對應急燈供電，應急燈處於應急工作狀態，若一段時間後，電池電壓過低，晶片將控制LAMPC處於懸空輸出態，三極體關閉，應急燈關閉。
11)LAMPT(PIN11)，光源檢測端，其輸入信號可表示光源是否處於開路狀態。
12)VREF(PIN12)，測試端。
13)A1(PIN13)，穩壓採樣輸入端。
14)BOPEN(PIN14)，電池開路電壓設定端，用於外接電阻以設定電池開路電壓值，即由VB檢測到的電池電壓為多少時判定電池開路。
15)BOFF(PIN15)，電池過放保護設定端，用於外接電阻以設定當電池電壓低到多少時關斷電池對應急燈的供電。
16)A2(PIN16)，穩壓調整端，用於外接電阻以設定所需穩定的電壓值。
17)AOUT(PIN17)，穩壓控制端。
18)C1(PIN18)，外接電容端，用於外接濾波電容。
上述晶片配以簡單的外部線路，即能滿足消防應急燈具之國家標準GB17945-2000中的電氣性能指標，並且使用方便、安全可靠，能大幅降低消防應急燈具的生產成本。下面將結合圖1、圖2和圖3對GHY8001的總體功能進行說明。
當交流電路有電時，由VCC(PIN4)給晶片提供電源，這時晶片開始正常工作，由LEDG(PIN2)輸出低電平使得外接綠燈D101亮，並使三極體Q2導通，此時VDD(PIN7)有電壓，從而由VDD提供電源給晶片內的充電計時電路103，使得計時開始。充電計時電路103的計時時鐘由外部交流正弦信號提供給CLK(PIN6)，當交流的頻率為50HZ時，計時長度為15小時。在充電過程中，LEDR(PIN8)輸出低電平將相應紅燈D102點亮及三極體Q3開啟，當計時時間到後，LEDR輸出高阻，相應紅燈滅及三極體Q3關閉，電池充電結束。此後，如果一直未發生掉電情況，則由電阻R1和電阻R2組成的支路可對電池進行涓流補充充電，以保持其電量。
同時，當有交流電時，若由VB(PIN1)輸入的檢測信號表示電池短路，則晶片立即通過電池短路保護電路104使LEDG輸出高阻，從而使充電電路即無法向電池充電；若電池處於開路，則電池開路顯示驅動電路107將使LEDY(PIN3)輸出高電平信號點亮相應的黃燈D103，提示電池處於開路狀態；當VDD(PIN7)有電壓時，若由LAMPT(PIN11)輸入的檢測信號表示光源(即相應的標誌燈)處於開路狀態時，則光源開路顯示電路107將控制LEDY輸出高電平信號點亮相應的黃燈D103，提示燈絲開路。
當無市電交流電，即電路掉電時，VCC、VDD均無電壓，此時將由電池從VB給晶片中的部分電路提供工作電源，整個電路處於應急狀態，晶片的LAMPC(PIN10)輸出低電平，使得相應的PNP三極體Q4導通，電池通過迴路向應急燈提供電流，應急燈被點亮。若當電池電壓檢測電路105檢測到電池電壓低於預定值時，晶片將關斷LAMPC輸出，應急燈滅。
此外，其中的電壓穩定電路109是結合外接電路檢測交流電整流後供給某種燈電壓的大小，圖3中是用於控制三極體Q1的工作狀態，從而動態調整其輸出電壓的大小，達到恆壓的目的。
GHY8001的輸入與輸出端的關係如表一所示表一 在表一中所列關係是除了所列輸入端外的其餘輸入端均處於正常狀態下，且ACL、BOFF、BOPEN端所接電阻大小已確定時的輸出端的狀態。其中A1、A2、AOUT為運放的三個埠，因此不列入此表中。
實施例二，消防應急照明燈控制集成電路及其應用本實施例中控制集成電路的型號為GHY8002，如圖4所示，在該晶片的內部有以下電路用於提供穩定工作電壓的穩壓電路101；用於對整流電路所輸入的電壓進行檢測的電源電壓檢測電路102；用於實現充電計時功能的充電計時電路103；用於實現電池短路保護的電池短路保護電路104；用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路105；用於產生基準偏壓的基準偏壓電源106；用於驅動電池開路顯示燈的電池開路顯示驅動電路107；用於驅動應急燈開路顯示燈的光源開路顯示電路108，以及用於控制向標誌燈輸出穩定電壓的電壓穩定電路109。
如圖5所示為該晶片的封裝圖，其中有10個外部信號輸入端，具體是VCC(3腳)，ACL(4腳)，CLK(5腳)，VDD(6腳)，GND(9腳)，LAMPT(11腳)，BOPEN(13腳)，BOFF(14腳)，C1(15腳)，以及VB(16腳)。還有4個控制信號輸出腳，具體是LEDG(1腳)，LEDY(2腳)，LEDR(8腳)，以及LAMPC(10腳)。正面將對各管腳進行具體說明1)LEDG(PIN1)，交流過低應急轉換控制端，用於控制外接PNP三極體Q2及綠色LED指示燈D101，當電路電壓正常時，LEDG輸出低電平點亮綠燈及開啟三極體Q2；電路電壓過低或掉電時，LEDG處於懸空態輸出，綠燈滅，三極體Q2關閉。
2)LEDY(PIN2)，故障顯示控制端，該端輸出控制黃色LED指示燈D103，作為電池開路及光源開路故障指示端，當出現如前所述兩種情況時，LEDY輸出高電平點亮外接LED燈，提示電路中有故障。
3)VCC(PIN3)，電源，外部交流電整流降壓後提供給晶片給電池充電的直流電源。
4)ACL(PIN4)，交流過低應急轉換設定端，該端外接電阻用於設定當VCC輸入電壓低於何值時關斷LEDG輸出，停止對電池充電。
5)CLK(PIN5)，充電計時時鐘基頻輸入端，該端可直接連接交流電壓，當該端外接50Hz交流電壓時，其充電計時長度為15小時。
6)VDD(PIN6)，充電計時復位端。通過VDD給充電計時電路提供電源，即讓其開始進行充電計時。
7)Y24(PIN7)，測試端。
8)LEDR(PIN8)，充電控制端，輸出控制外接PNP三極體Q3及紅色LED指示燈D102，當電路處於充電狀態時，LEDR輸出低電平點亮紅燈及開啟三極體Q3，使外部電源對電池進行充電；當充電結束或電路掉電時，LEDR處於懸空輸出，紅燈滅，三極體Q3關閉，電源停止對電池進行充電。
9)GND(PIN9)，電源地。
10)LAMPC(PIN10)，應急輸出控制端，當電路外於充電狀態時，LAMPC處於懸空輸出態，其相應外接的PNP三極體Q4關閉，應急燈不亮；當電路掉電或電壓過低時，晶片控制LAMPC輸出低電平，開啟外接的PNP三極體Q4，使電池對應急燈供電，應急燈亮，若一段時間後，電池電壓過低，晶片將控制LAMPC處於懸空輸出態，PNP三極體Q4關閉，應急燈滅。
11)LAMPT(PIN11)，光源檢測端，檢測光源是否處於開路狀態。
12)VREF(PIN12)，測試端。
13)BOPEN(PIN13)，電池開路電壓設定端，用於外接電阻以設定電池開路電壓值，即由VB檢測到電池電壓為多少時判定電池開路。
14)BOFF(PIN14)，電池過放保護設定端，用於外接電阻以設定當電池電壓低到幾伏時關斷電池對應急燈的供電。
15)C1(PIN15)，外接電容端，用於外接濾波電容。
16)VB(PIN16)，電池電壓檢測端。
下面將結合圖4、圖5、圖6、圖7和圖8，對GHY8002的總體功能進行說明。其中，圖6是用圖4所示晶片製成的消防應急雙頭燈的電路圖；圖7是用圖4所示晶片製成的消防應急節能燈的電路圖；圖8是用圖4所示晶片製成的消防應急日光燈的電路圖。
當交流電路有電時，由VCC(PIN3)給晶片提供電源，這時晶片開始正常工作，由LEDG(PIN1)輸出低電平使得外接綠燈D101亮及PNP三極體Q2導通，此時VDD(PIN6)有電壓，從而由VDD提供電源給晶片內的充電計時電路203，使得計時開始。充電計時電路203的計時時鐘由外部交流正弦信號提供給CLK(PIN5)，當市電交流的頻率為50HZ時，計時長度為15小時。在充電過程中，LEDR(PIN8)輸出低電平將相應紅燈點D102亮及PNP三極體Q3開啟，當計時時間到後，LEDR輸出高阻，相應紅燈滅及PNP三極體Q3關閉，電池充電結束。
同時，當有交流電時，若由VB(PIN16)輸入的信號表明電池短路，則晶片立即通過電池短路保護電路204使LEDG輸出高阻，電路即無法向電池充電；若電池處於開路時，則電池開路顯示驅動電路207將使LEDY(PIN2)輸出高電平信號點亮相應的黃燈D103，提示電池處於開路狀態；當VDD(PIN6)有電壓時，若由LAMPT(PIN11)檢測出光源處於開路狀態時，則光源開路顯示電路208將控制LEDY輸出高電平信號點亮相應的黃燈D103，提示燈絲開路。
當電路中無交流電，即電路掉電時，VCC、VDD均無電壓，此時晶片由電池從VB給晶片中部分電路提供電源電壓。這時整個電路處於應急狀態，晶片LAMPC(PIN10)輸出低電平，使得相應的PNP三極體Q4導通，電池通過迴路向應急燈提供電流，應急燈處於應急工作狀態。若當電池電壓檢測電路205檢測到電池電壓低於預定值時，晶片即關斷LAMPC輸出GHY8002的輸入與輸出端的關係如表二所示表二 在表二中所列關係是除了所列輸入端外的其餘輸入端均處於正常狀態下，且ACL、BOFF、BOPEN端所接電阻大小已確定時的輸出端的狀態。
權利要求1.一種消防應急燈控制電路，其特徵在於，包括用於檢測由外部輸入的電源電壓是否正常的電源電壓檢測電路(102)，其輸入端接外部輸入電源，其轉換控制輸出端可連接到相應的轉換控制開關器件以控制其導通或關斷；用於控制充電時間的充電計時電路(103)，其輸入端接外部輸入電源，其充電控制輸出端可連接到相應的充電控制開關器件以控制其導通或關斷。
2.根據權利要求1所述的消防應急燈控制電路，其特徵在於，其中還包括用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路(105)，其輸入端接電池，其應急控制輸出端可連接到相應的應急控制開關器件以控制其導通或關斷；電池開路顯示驅動電路(107)，其輸入端與所述電池電壓檢測電路(105)的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件以顯示出電池是否處於開路狀態；電池短路保護電路(106)，其輸入端與所述電池電壓檢測電路(105)的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端可連接到相應的充電控制開關器件以控制其導通或關斷；以及，用於檢測應急燈迴路是否開路的光源開路顯示驅動電路(108)，其輸入端與應急燈迴路串聯，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件以顯示出電池是否處於開路狀態。
3.根據權利要求2所述的消防應急燈控制電路，其特徵在於，所述充電計時電路(103)以外部輸入的直流電源作為復位信號，並以市電交流頻率作為其時鐘信號；在每次通電復位後其充電控制輸出端輸出高電平或低電平並開始計時，計時到預定時間則其充電控制輸出端懸空。
4.根據權利要求3所述的消防應急燈控制電路，其特徵在於，還包括一個電壓穩定電路(109)，其輸出端可連接到相應的功率擴展器件以控制輸出電壓穩定。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的消防應急燈控制電路，其特徵在於，所述各電路被集成在一個Bi-CMOS晶片中。
6.一種消防應急燈，其中包括變壓電路、整流電路、充電電路以及可充電電池，其特徵在於，還包括用於檢測由外部輸入的電源電壓是否正常的電源電壓檢測電路(102)，其輸入端接所述整流電路的輸出端，其轉換控制輸出端連接到轉換控制三極體Q2的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q2的電源輸入端與所述電源電壓檢測電路(102)的輸入端並聯；用於控制充電時間的充電計時電路(103)，其輸入端接所述三極體Q2的電源輸出端，其充電控制輸出端連接到充電控制三極體Q3的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q3的電源輸入端經電阻R1與所述三極體Q2的電源輸出端連接。
7.根據權利要求6所述的消防應急燈，其特徵在於，還包括用於檢測電池電壓的電池電壓檢測電路(105)，其輸入端接電池，其應急控制輸出端連接到應急控制三極體Q4的基極以控制其導通或關斷，所述三極體Q4的電源輸入端接電池正極；電池開路顯示驅動電路(107)，其輸入端與所述電池電壓檢測電路(105)的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端連接到相應的發光器件D103以顯示出電池是否處於開路狀態；電池短路保護電路(106)，其輸入端與所述電池電壓檢測電路(105)的檢測輸出端連接，其故障信號輸出端連接到充電控制三極體Q3的基極以控制其導通或關斷；以及，用於檢測應急燈迴路是否開路的光源開路顯示驅動電路(108)，其輸入端與應急燈迴路串聯，其故障信號輸出端可連接到相應的發光器件D103以顯示出電池是否處於開路狀態。
8.根據權利要求7所述的消防應急燈，其特徵在於，所述消防應急燈為消防應急照明燈。
9.根據權利要求7所述的消防應急燈，其特徵在於，所述消防應急燈為消防應急疏散標誌燈，其中還包括一個電壓穩定電路(109)，其輸出端連接到穩壓控制三極體Q1的基極以控制其穩定輸出電壓值。
專利摘要本實用新型提供一種安全可靠的消防應急燈控制電路，特別是一種消防應急燈控制集成電路(IC)，以及由其製成的消防應急燈。所述控制電路中採用一個充電計時電路來對充電時間進行控制，所述充電計時電路以外部輸入的直流電源作為復位信號，並以市電交流頻率作為其時鐘信號；在每次通電復位後其充電控制輸出端可控制相應的充電控制開關器件導通，並開始計時；當計時到預定時間後則關斷所述形狀器件，停止充電。所述集成電路採用Bi－COMS工藝製成。本實用新型在充電控制方面採用了定時標準充電，可使電池的充電效果有明顯的改善，且使電池的使用壽命延長一倍以上。且使用方便、安全可靠，能大幅降低消防應急燈具的生產成本。
文檔編號H02J7/00GK2702510SQ200420042658
公開日2005年5月25日 申請日期2004年2月17日 優先權日2004年2月17日
發明者湯魯文, 王紹先 申請人:王紹先, 湯魯文