太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路的製作方法

2023-07-13 04:26:51

專利名稱：太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及手電筒控制電路，特別涉及太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路。

背景技術：
在以往手電筒的控制電路中，存在如下不足1)有的手電筒內的控制電路只有太陽能電池板充電部分。2)有的手電筒內的控制電路只有簡單的電容降壓式交流市電充電功能。3)還有的手電筒內的控制電路在使用中需要經常更換電池。因此，使這些手電筒存在單一依賴一種能源供應或需要經常更換電池的弊端，不能較好地適應使用環境的缺陷。

發明內容
本實用新型的目的在於解決上述手電筒控制電路存在的問題，提供一種有太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，它即可用太陽能電池充電又可用交流市電輔助充電，使其適應使用環境更廣及應用範圍更寬。
本實用新型採用如下技術方案來解決技術問題一種太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，包含開關電源變換模塊、充電控制與指示模塊、發光二極體驅動電路模塊(以下簡稱LED驅動電路模塊)、發光二極體發光電路模塊(以下簡稱LED發光電路模塊)、太陽能電池板模塊和手電筒開關組成，交流220V市電接開關電源變換模塊的輸入，開關電源變換模塊的輸出接充電控制與指示模塊的第一輸入端，太陽能電池板模塊的輸入接充電控制與指示模塊的第二輸入端，充電控制與指示模塊的輸出接手電筒開關的一端，手電筒開關的另一端接二極體驅動電路模塊的輸入端，LED驅動電路模塊的輸出接LED發光電路模塊的輸入。
與現有技術相比，本實用新型具有如下優點1)使用了可再生能源-太陽能電池充電技術，作到了環保、節能的使用手電筒。2)使用了高頻開關電源變換技術，使得交流充電效率大大增高。達到了節約能源的效果。3)使用了高效的直流/直流(以下簡稱DC/DC)變換技術，作到了使電池電壓充分利用的效果。4)用了超高亮度發光二極體照明技術。具有發光效率高、使用壽命長，不產生熱量。

圖1是太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路原理框圖。
圖2是太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路具體電路圖。
圖3(a)是開關電源變換模塊I的電路原理框圖。
圖3(b)是開關電源變換模塊I的具體電路圖。
圖4(a)是充電控制與指示模塊II的電路原理框圖。
圖4(b)是充電控制與指示模塊II的具體電路圖。
圖5(a)是LED驅動電路模塊III的電路原理框圖。
圖5(b)是LED驅動電路模塊III的具體電路圖。
圖6(a)是LED發光電路模塊IV的電路原理框圖。
圖6(b)是LED發光電路模塊IV具體電路圖。
圖7(a)是太陽能電池板模塊V的電路原理框圖。
圖7(b)是太陽能電池板模塊V的具體電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，包含開關電源變換模塊I、充電控制與指示模塊II、LED驅動電路模塊III、LED發光電路模塊IV、太陽能電池板模塊V和手電筒開關VI組成，開關電源變換模塊I的輸出接充電控制與指示模塊II的第一輸入端，太陽能電池板模塊V的輸入接充電控制與指示模塊II的第二輸入端，充電控制與指示模塊II的輸出接手電筒開關VI的一端，手電筒開關VI的另一端接LED驅動電路模塊III的輸入端，LED驅動電路模塊III的輸出接LED發光電路模塊IV的輸入。
如圖3(a)所示，上述開關電源變換模塊I包含整流與濾波電路101、啟動電路102、高頻變壓器103、開關三極體104和尖峰脈衝吸收電路105，交流220V市電接整流與濾波電路101的輸入端，其輸出端分別接啟動電路102的輸入端和高頻變壓器103的第一輸入端，啟動電路102的輸出接開關三極體104的第一輸入端，開關三極體104的輸出接尖峰脈衝吸收電路105的輸入端，尖峰脈衝吸收電路105的輸出接高頻變壓器103的第二輸入端，高頻變壓器的直流電壓和反饋電壓分別接開關三極體104的第二和第三輸入端，高頻變壓器103輸出高頻低壓電壓信號。
如圖4(a)所示，上述充電控制與指示模塊II包含二次整流濾波電路201、限流電路202、基準電壓電路203、充電控制三極體204、充滿指示二極體205、充電指示二極體206、墊枕二極體207、充電電池208和降壓限流電路209，從上述開關電源變換模塊I來的高頻低電壓信號接二次整流濾波電路201的第一輸入端，二次整流濾波電路201的第一輸出端接降壓限流電路209的輸入端，其第二輸出端接限流電路202的輸入端，其第三輸出端接充電指示二極體206的輸入端，降壓限流電路209的第一輸出端接基準電壓電路203的輸入端，其第二輸出端接充電控制三極體204的第一輸入端，限流電路202的一個輸出端接充電控制三極體204的第二輸入端，其另一個輸出端接充滿指示二極體205的輸入端，充電控制三極體204的輸出接墊枕二極體207的一個輸入端，充滿指示二極體205的輸出接墊枕二極體207的另一個輸入端，墊枕二極體207的輸出接充電電池208的輸入端，充電電池208的輸出接二次整流濾波電路201的第二輸入端，基準電壓電路203的輸出接二次整流濾波電路201的第三輸入端，充電指示二極體206接二次整流濾波電路201的第四輸入端。
如圖5(a)所示，上述LED驅動電路模塊III包含儲能電感301、直流/直流轉換器302、續流二極體303、濾波電容304，從開關VI的信號接儲能電感301的輸入端，儲能電感301的輸出端接直流/直流轉換器302和續流二極體303的輸入端，直流/直流轉換器302的輸出端和續流二極體303的輸出端相連接，接到濾波電容304的輸入端，續流二極體303的輸出端輸出驅動模塊(IV)信號。
下面對圖2的工作原理進行說明。電路是由六部分構成的。其中第I部分是開關電源變換模塊部分，它的任務是將交流AC220V市電變換為DC 5V左右的直流電壓，供電池充電之用。第II部分為充電控制與指示模塊部分，該部分具有充滿自停及涓流充電控制和充電狀態指示功能。也即在充電初期，充電電流要大一些，以達到快速充電的目的，隨著充電時間的推移，充電電流逐漸減小，充滿後還要具有涓流充電及指示功能。第III部分是LED驅動電路模塊部分，也既DC/DC驅動變換部分，該部分電路能在電池電壓從0.9V～4.2V範圍內變化時，輸出電壓穩定在3.05V～3.3V範圍內，它用的是一枚專用的LED驅動IC ME2100A。第IV部分電路是LED發光電路模塊部分，它由9枚白色超高亮度LED組成，這一部分電路獨立分裝在手電筒的燈頭內。第V部分是太陽能電池板模塊部分，它的任務是將太陽的光能轉換為能後給手電筒內的儲能電池充電，第VI部分是手電筒開關部分，開關閉合時手電筒點亮，斷開後，手電筒熄滅。
開關電源變換模塊I的電路原理框圖如圖3a所示，交流市電經整流與濾波電路101後，將交流AC220V市電變為直流約為DC310V電壓，分別供給啟動電路102和高頻變壓器103。經高頻變壓器出來的電壓分別加在開關三極體104上，將電源電壓變換為高頻交變的低電壓，供手電筒充電之用。高頻尖峰脈衝電壓吸收電路105的作用是消除由開關三極體104在截止期間產生的高頻、高壓反向脈衝，避免開關管104被反向擊穿。
具體電路如圖3b所示，其工作原理如下AC220V交流市電經電阻R0限流、降壓，D1～D4全波整流後加在開關變壓器T1的主繞組①→②到開關管Q1的集電極C上；另一路經啟動電阻R1、R3→Q1的基極b，使Q1正偏導通，同時在T1的反饋繞組③④上產生的感應電壓，極性為③負；④正，該電壓經電阻R9、R8及加速電容C2共同作用也一併加致Q1的基極b。在上述電壓的共同作用下，Q1迅速導通飽和。Q1飽和時，開關變壓器T1中的磁通量Φ達到最大值；磁通增量ΔΦ為零。這各過程就是「電」生「磁」的過程，也既是「電」能以「磁」能的形式蓄存「能量」的過程。隨後，磁場迅速消失，在磁場消失的過程中，磁通增量ΔΦ為負的最大值，同時在各繞組中產生的感生電壓極性方向也相反。這又是「磁」能生成「電」能的過程，也既是「磁」能以「電」能的形式釋放「能量」的過程。此過程中，T1的各繞組產生的感生電壓極性為①負②正；③正④負；⑤負⑦正。①負②正的感生電壓及易擊穿開關管Q1。為防止Q1擊穿，電路中加了D2、C1、R3組成的削波抑制電路。③正④負的反饋電壓一方面促使了Q1的迅速反偏截止；另一方面給C4充電。C4的作用是為Q1反偏截止時提供電壓源，使Q1截止有足夠的能量。在T1的③→④→R9//C2→R8→Q1的be發射結→③迴路中，T1的③～④繞組中產生的感生電壓的極性不停的正向、反向、正向、反向……周而復始的變化著，從而導致了Q1反覆的工作在飽和、截止、飽和、截止……的開關振蕩狀態下。換句話說電路的功能是電能生成磁能；磁能又生成電能……的循環轉換過程。電路中的DW1、D10構成了箝位電路，使剛上電時的Q1基極b的電壓箝位在DW1的穩壓值與D10的正嚮導通壓降值的代數和範圍內，本電路中為9.1V+0.7V，目的是避免Q1一直處於導通失控的狀態。⑤負⑦正的感生電壓經D7整流、C3濾波後供給電池充電之用。也既是供給圖2的充電控制與指示模塊II。
充電控制與指示模塊II的電路框圖如圖4a所示，由開關變壓器輸出的高頻低電壓經二次整流濾波電路201後分三路一路經降壓限流電路209限流、降壓向基準電壓電路203和充電控制三極體204的基極供電，維持充電控制三極體204的工作條件；第二路供給充電指示二級管206作為工作電壓，做充電發光指示燈用；第三路經限流電路202限流後加到充電控制三極體204的集電極作充電電壓，同時向充滿電指示燈的工作電壓。
具體電路如圖4b所示，R4、RW1、U1組成基準電壓源，調節改變RW1的電阻值，可以改變Q2基極b的基準電壓。用不同的可充電電池時，其基準電壓也不相同。本手電筒採用1.2V鎳氫充電電池時，調節RW1使Q2的基極b的電壓為2.86V即可。R5為充電限流電阻，R5+R6構成了涓流充電限流電阻，可分別限制電池的最大充電電流和涓流充電電流。Q2是充電電壓調整、控制管，當充電電壓低於設定的電池充電電壓時Q2導通，可快速對電池充電；當充電電壓接近電池充滿電壓時Q2逐漸關閉，從而充電電流逐步減小，當電池充滿電時，Q2截止，進入涓流充電狀態，以保證電池充滿和不產生過充電。D8為充滿指示燈，在電池充滿電時點亮。D9為電源工作指示燈。其原理如下將手電筒插入AC220V市電後，D9點亮，表示手電筒工作在充電狀態下。此時，由於電池電壓低於1.42V，又因為Q2的基極b的電壓設定在2.86V，故Q2的基射極電壓Vbe＞0.7V而導通，充電電流經D7→R5→Q2→C→E→D5向電池充電。隨著充電時間的延長，電池的電壓逐漸升高，Q2的發射結結間壓差逐步減小，Q2的導通程度也逐漸減小，充電電流既隨之減小。當電池電壓升高致1.42V以上時，Q2的基射極電壓Vbe＜0.7V，Q2截止，主充電迴路停止向電池充電。此時電池進入涓流充電狀態。涓流充電電流由兩條支路構成，一路經D7→R4→Q2的b→e→D5→電池→T1⑤；另一路走D7→R5→D8→R6電池→T1⑤。
D8在這裡作電池充滿電指示用，它的正極接Q2的集電極C。工作原理如下在Q2導通充電過程中，D8兩端電壓低於其導通電壓，故它截止，不發光；當Q2截止時，D8兩端電壓＞1.8V(LED點亮電壓)，故發光，表示電池電壓已充滿。
LED驅動電路模塊III的電路原理框圖如圖5a所示，充電電池的電壓經開關601加在儲能電感301上，經儲能電感301後向DC/DC轉換器302和續流二極體303供電。在上述器件的共同作用下將充電電池208的電壓由1.2V升高致3V以上，再經濾波電容304濾波後將DC/DC變換後的電壓輸出致LED發光二極體401。
其具體電路如圖5(b)所示，由手電筒開關模塊VI進來的電池電壓首先經過L1。L1為升壓電感，經L1加到續流二極體D11和DC/DC升壓模塊IC1上。在它們的共同作用下產生超高亮白色發光二極體工作所需的3V以上電壓，供點亮LED用。
IC1是專用LED超高亮白色發光二極體驅動IC ME2100A。它在工作電壓低致1V以下時應能維持振蕩工作，產生輸出電壓用以驅動LED發光二極體。用ME2100A製作的DC-DC升壓變換器電路只需要一個電感、電容、肖特基二極體，且電路免調試。ME2100A是採用CMOS工藝製造的高效低噪聲、微功耗、低閥值DC-DC升壓、穩壓器集成電路，採用貼片式SOT-89-3型封裝。自身功耗電流＜1μA，它的工作電壓可低致1V以下，其最低啟動電壓＜0.9V，輸出電壓為3.3V(可選)，ME2100A採用PFM頻率調製控制方式，工作頻率可達100KHz。
LED發光電路模塊IV具體電路圖如圖6b所示，電路框圖如圖6a。它由LED11～LED16、6隻白色超高亮度LED組成，它的輸入端接模塊III的輸出端。當模塊IV工作時，其輸出電壓加在它的輸入埠J11上，LED11～LED16既工作發光。
太陽能電池板模塊V具體電路圖如圖7b所示，圖7a是其具體電路圖。太陽能電池輸出的正極接模塊V中的D121N5819的正極；負極接模塊II中的充電電池的負極。當太陽能電池所發出的電壓大於D12的導通電壓與充電電池電壓之合時，太陽能電池既可對手電筒中的儲能電池充電。因此，本手電筒即可用太陽能電池充電又可用交流市電輔助充電。
手電筒開關VI是手電筒發光控制部分，當K閉合時，模塊III、IV工作，手電筒發光；當K打開時，模塊III、IV停止工作，手電筒不發光。
綜上所述，本實用新型的效果在於1)在手電筒內增加了開關電源充電電路，更好的解決了手電筒的交流充電功能。2)在手電筒上加裝有太陽能電池板充電部分。3)在手電筒內的加裝有鎳氫可充電電池，從而杜絕了在使用中需要經常更換電池的弊端。因此，解決了手電筒存在單一依賴一種能源供應或需要經常更換電池的不足，能較好地適應使用環境的缺陷。
權利要求1.一種太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，其特徵在於，
包含開關電源變換模塊(I)、充電控制與指示模塊(II)、發光二極體驅動電路模塊(III)、發光二極體發光電路模塊(IV)、太陽能電池板模塊(V)和手電筒開關(VI)組成，交流220V市電接開關電源變換模塊(I)的輸入，開關電源變換模塊的輸出接充電控制與指示模塊(II)的第一輸入端，太陽能電池板模塊(V)的輸入接充電控制與指示模塊(II)的第二輸入端，充電控制與指示模塊(II)的輸出接手電筒開關(VI)的一端，手電筒開關(VI)的另一端接二極體驅動電路模塊(III)的輸入端，發光二極體驅動電路模塊(III)的輸出接發光二極體發光電路模塊(IV)的輸入。
2.根據權利要求1所述的太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，其特徵在於，
上述開關電源變換模塊(I)包含整流與濾波電路(101)、啟動電路(102)、高頻變壓器(103)、開關三極體(104)和尖峰脈衝吸收電路(105)，交流220V市電接整流與濾波電路(101)的輸入端，其輸出端分別接啟動電路(102)的輸入端和高頻變壓器(103)的第一輸入端，啟動電路(102)的輸出接開關三極體(104)的第一輸入端，開關三極體(104)的輸出接尖峰脈衝吸收電路(105)的輸入端，尖峰脈衝吸收電路(105)的輸出接高頻變壓器(103)的第二輸入端，高頻變壓器的直流電壓和反饋電壓分別接開關三極體(104)的第二和第三輸入端，高頻變壓器(103)輸出高頻低壓電壓信號。
3.根據權利要求1所述的太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，其特徵在於，
上述充電控制與指示模塊(II)包含二次整流濾波電路(201)、限流電路(202)、基準電壓電路(203)、充電控制三極體(204)、充滿指示二極體(205)、充電指示二極體(206)、墊枕二極體(207)、充電電池(208)和降壓限流電路(209)，從上述開關電源變換模塊(I)來的高頻低電壓信號接二次整流濾波電路(201)的第一輸入端，二次整流濾波電路(201)的第一輸出端接降壓限流電路(209)的輸入端，其第二輸出端接限流電路(202)的輸入端，其第三輸出端接充電指示二極體(206)的輸入端，降壓限流電路(209)的第一輸出端接基準電壓電路(203)的輸入端，其第二輸出端接充電控制三極體(204)的第一輸入端，限流電路(202)的一個輸出端接充電控制三極體(204)的第二輸入端，其另一個輸出端接充滿指示二極體(205)的輸入端，充電控制三極體(204)的輸出接墊枕二極體(207)的一個輸入端，充滿指示二極體(205)的輸出接墊枕二極體(207)的另一個輸入端，墊枕二極體(207)的輸出接充電電池(208)的輸入端，充電電池(208)的輸出接二次整流濾波電路(201)的第二輸入端，基準電壓電路(203)的輸出接二次整流濾波電路(201)的第三輸入端，充電指示二極體(206)接二次整流濾波電路(201)的第四輸入端。
4.根據權利要求1所述的太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，其特徵在於，
上述發光二極體驅動電路模塊(III)包含儲能電感(301)、直流/直流轉換器(302)、續流二極體(303)、濾波電容(304)，從開關VI的信號接儲能電感(301)的輸入端，儲能電感(301)的輸出端接直流/直流轉換器(302)和續流二極體(303)的輸入端，直流/直流轉換器(302)的輸出端和續流二極體(303)的輸出端相連接，接到濾波電容(304)的輸入端，續流二極體(303)的輸出端輸出驅動模塊(IV)信號。
專利摘要為解決現有技術中手電筒單一依賴一種能源供應或需要經常更換電池的問題，本實用新型提供一種太陽能/交流充電兩用節能手電筒控制電路，包含開關電源變換模塊、充電控制與指示模塊、LED驅動電路模塊、LED發光電路模塊、太陽能電池板模塊和手電筒開關組成，交流220V市電接開關電源變換模塊的輸入，開關電源變換模塊的輸出接充電控制與指示模塊的第一輸入端，太陽能電池板模塊的輸入接充電控制與指示模塊的第二輸入端，充電控制與指示模塊的輸出接手電筒開關的一端，手電筒開關的另一端接LED驅動電路模塊的輸入端，LED驅動電路模塊的輸出接LED發光電路模塊的輸入。它既可用太陽能電池充電又可用交流市電輔助充電。
文檔編號H02J7/04GK201054509SQ20062012568
公開日2008年4月30日 申請日期2006年12月7日 優先權日2006年12月7日
發明者張曉光 申請人:中電電氣集團有限公司