专利名称：Led头戴矿灯及控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明灯具，特别是涉及一种关于井下矿工采矿作业照明用的新型头戴矿灯。
背景技术：
传统的矿灯是采用铅酸蓄电池供电的白炽灯泡照明，中间用一根电缆连接，用机械开关控制灯的明灭，使用时将灯头固定在安全帽上。这种传统矿灯，明显地存在着许多缺陷(1)头顶到腰间拖一根粗长的电缆，碍手碍脚，并由于蓄电池沉重，增大了体力的消耗；(2)灯头、电缆、蓄电池均需考虑防水、防爆和防震要求，因此，制造工艺要求高，结构复杂，故而材料消耗多，造价也高；(3)灯泡使用寿命短，抗震差，耗电多，效率低，需经常更换，开关也易损；(4)电缆外皮易破，两端根部常会折断，在作业时出现问题将影响正常工作，形成不安全因素；(5)铅酸蓄电池需要经常加液维护，难免接触硫酸等化学药品，对人体有害，而且使用寿命短，蓄电池充电与维护费用也高，废弃物对环境有污染。
上述缺陷造成了传统矿灯存在着使用不便、安全性差、可靠性低、造价高、寿命短、维护麻烦费用高和对环境有污染等不足。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，采用电子线路控制和全新式的结构进行更新，取得了满意的效果。
本发明的具体做法是(1)选用高亮度白色发光二极管即LED替代传统的白炽灯泡作为新型矿灯的发光体；(2)采用充电电池作为供电电源，本发明选用镍氢(Ni-MH)式充电池；(3)采用与外壳一体的轻触和手触摸两用开关代替机械式开关；(4)配套安全可靠的电子控制线路。
按此做法，本发明的具体结构特征是，在一个不大的矩形体外壳内，采用一些内部挡板分隔和固定充电池座、充电接口、安装好控制元器件的印刷电路板以及开关、集光透镜、防护玻璃等。其中(1)矩形体外壳，由具有一定韧性的优质塑料一次浇注成型，正面留有安装内部元器件和钢化玻璃的开口，壳体的上面有一个圆形突起用于安装触摸式开关，在突起部分的两侧或在背面留有作为充电接口的孔眼，背面有连为一体的用于和安全帽固定的插接片；(2)内部结构为主视中垂面对称看，在壳内两侧后面位置是两个对称放置的充电池座，可纵向排列置放两对充电池，在充电池座的前面横向竖置固定已安装好各元器件的印刷电路板，在两对充电池的内侧面靠上位置为充电接口，壳体上面的圆形突起处固定触摸式开关，主体的正面中心部位是圆形集光凸透镜或矩形钢化玻璃罩。
(3)发光控制电路的组成为有由多个发光二极管LED并联组成的发光源，该发光源可以集束式排列成蜂窝状，用一块小的电路板置于主体的中心，对应于集光透镜使用，也可分成左右两组展开交错排列对应于长方形的光照孔，均用于提供光亮，发光管束的后面为反射面；分置两边的串联式充电池座，每组可置放两节5号镍氢充电池，用于提供发光的电源；由半导体三极管和二极管、电阻、电容以及集成电路等按设计的电原理图装配成的控制电路，包括触摸电子开关电路、开启或关闭LED电源用的双稳态电路、为LED供电的开关式稳压集成电路、电池过放电保护的射极耦合双稳态电路和调光控制及状态记忆电路。
本发明在使用时与现行传统矿灯比具有如下特点(1)采用电子线路调控，内部与外部均没有任何产生电火花的器件，并进行了双重防爆设计，触摸开关和充电的电触点全部密封，而且内部元器件用胶体封装材料与外壳密封为一个整体，光线出射口还安装有钢化玻璃，因而具有防爆、防水、耐震、抗摔碰、效率高、寿命长、安全可靠等特点；(2)体积小(可控制在90×65×60mm3内)，重量轻(全部重小于250g)，免维护，不用外接电缆和蓄电池，可随意放置，使用时插在安全帽上即可；(3)采用两组共4节5号镍氢充电电池作为电源，充一次电，普通照明下可工作16小时以上，高亮度照明方式下可工作8小时以上，两种方式交替使用可工作12小时以上，正常寿命在4年以上，终身免维护，与蓄电池比较，总的投入少，省电、费用低；(4)采用与外壳一体的轻触和手触摸两用开关代替机械开关，用手指短促轻按即可进行开和关灯，当按住开关的时间超过4秒后可实现普通与高亮度的转换调光，使用随意而方便；(5)采用高亮度白色发光二极管作为发光器件，省电安全，自身发热小，寿命长(可达20000小时以上)，发光效率高，在目前元器件的性能条件下，取13个LED管组合可以达到30流明以上的光通量，随着技术的发展，到2008年有望提高到60流明以上的水平，届时可减少用管数量和进一步延长电池使用时间。
图1为本发明的外形图示意，其中，1-1为主视图，1-2为俯视图，1-3为左视图；图2为内部结构示意图，其中，2-1为俯视器件布置示意，2-2为侧视器件布置示意；图3为加装了集光透镜后的外形示意，其中3-1为主视图，3-2为俯视图，3-3为左视图；图4为加装了集光透镜后的内部结构示意，其中，4-1为俯视布置示意，4-2为左视布置示意，4-3为发光二极管集束式布置示意；图5为开关结构示意，其中，5-1为主视示意，5-2俯视示意；图6为充电触点与通气孔结构示意；图7为控制电原理图。
上述各结构图中1为外壳，2为两用开关，3为充电接口及气体排放孔，4为固定在矿帽上的插接片，5为光线出口处的钢化玻璃，6为集光透镜，7为充电电池，8为发光二极管，9为印刷电路板，10为突出外壳上的开关壳体，11为压紧开关触片边缘的侧面带有螺纹的压圈，12为开关触片，13为开关导电触点，14为密封螺钉，15为O形橡胶密封圈，16为充电电池通气孔，17为充电用金属触点。
电路图中，R1～R33为电阻，C1～C8为电容，D1～D24为二极管(其中，D4～D16为高亮度发光管，D20为稳压管，D22为红色发光管)，V1～V12为三极管，V13为场效应管，IC1为开关稳压集成电路，K1为开关，E为充电电池，T1、T2为充电插口触点。
具体实施例方式
(1)主体制作。
本发明的制作工艺并不复杂，对照图1～图7，主体制作和安装情况如下①本发明主体的矩形外壳1可用具有一定韧性的优质塑料一次注塑成型，在正面留有安装内部元器件和钢化玻璃的开口，在上部突起一个圆台用于安装触摸开关2，在突起的两侧靠后或壳体后面适当位置处，留孔作为充电接口和通气孔眼3，其余，外壳内设计的用于安装电池7的挡板、开关2的壳体10中需要的平台和螺纹、充电接口的孔眼3中需要的平台罗纹和通气孔、外壳正面开口处安装钢化玻璃5需要的槽口以及背面安装插接片4所需要的插槽等均可在注塑时一次成型，整个外型尺寸不大于90×65×60mm3。
②按图7的电路组装电子元件对于矩形光出口型式，印刷电路板为两块，将图7中虚线框内的电子线路元件焊接组装在后面的调光控制板上，其它元件组装在前面的主控板上，两块电路板垂直安放，所述的发光源按13个LED并联装配，分三行按4+5+4的点阵排列，与其它元器件一同组装在大块电路板上；对于集光透镜出口型式，印刷电路板为三块，一小两大八字形摆放，13个LED管按图4-3所示呈蜂窝状集束排列，安装在中心部位的发光小电路板上，其余各元件分别安装在一侧的主控电路板上和另一侧的调光电路板上，为使光线集中，需在发光源后加装一个抛物形反射面。
③在外壳的开关壳体10内安装2个开关触点，在2个充电接口的孔内分别安装一个充电触点，在外壳内部将以上4个触点分别焊接上适当长度的导线，分别和对应的电阻接点和电池座连接上。
④安装开关将开关K1的触片12，用旋紧压圈11压紧，该触片采用2mm厚的高弹性橡胶圆片，外表面压有开关的标识图样，在内表面的中间粘合一片导电橡胶片，压圈11采用工程塑料一次注塑成形，侧面有螺纹。
⑤连接好各接点和导线，固定印刷电路板，通电试验，正常后用适当胶体材料填充壳内空间进行固化密封处理。
⑥安装钢化玻璃并对边缘进行密封处理。对于集束光型式的结构尚需在钢化玻璃的内表面预先粘贴一块树脂材料凸透镜并可镀一层增透膜以提高光通量，并在中部集束发光管后安装一个抛物面的反光镜。全部总装后的总重量不大于250g。
⑦进行电气性能检验和防爆试验，装饰美化、包装出厂。
(2)对照图7，控制电路的分部构成和工作方式为K1、R1、R2、R3、V1和V2共同组成触摸电子开关线路，K1的两个触点既可以通过按压导电橡胶片来接通，也可以通过手指触摸的方式来接通电路，当K1接通时V2将输出低电平；R4、R5、R6、R7、R8、R9、V3、V4、D1、D2、C1、C2组成双稳态电路，与其它电路配合后可开启或关闭LED管的电源，从而控制其明灭，同时可记忆开关状态；D4～D10共7个LED并联组合，是普通照明方式下和高亮度照明方式下都亮的一组发光源，而D11～D16共6个LED并联组合组成调光照明源，受V13控制，普通照明方式下不亮，只在高亮度照明方式下发光；R10、R11、D3、V5、C3、C4、IC1组成了开关式稳压器，高效率地为LED供电，其中，R10、D3和V5是IC1的工作控制电路；C5为电源退耦电容，E1为电源，由4节5号镍氢充电电池组成，D18、D19可防止充电时极性接反，同时也是隔离外部电极在短路情况下也不会放电，是一种防爆措施；R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、D20、V6、V7组成射极耦合双稳态电路，作为电池过放电保护电路，其作用是监测电池E1的电压，当电池电压下降到4.0V时，一方面使红色指示灯D22发亮以提醒电池需要充电，另方面通过D17来控制V5关闭LED的电源供给进而来保护电池；R20、D21、D22、V8组成了红色指示灯电路；R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、C6、C7、C8、V9、V10、V11、V12、V13、D23、D24组成了调光控制及状态记忆电路，在按压开关K1超过4秒时便实行调光，并可记忆调光状态。
(3)使用方法。
本发明矿灯使用时插在矿工头戴的安全帽上，用手指短促轻按一下开关，灯即亮，再按一下时灯便灭；若按住开关的时间超过4秒，就实现普通照明和高亮度照明的相互调光转换；本发明具有记忆调光状态的功能；另外，在开关触片损坏或丢失时用手指触摸开关的两个电极时仍可实现开、关和调光。使用中，当红色指示灯发亮时，表示电池需要充电并同时将灯关闭。配套本矿灯应提供一个多灯共用充电器。为消除电池可能发生的记忆效应，每使用一定时间后，应利用自身LED作一次彻底放电。
权利要求
1.LED头戴矿灯及控制电路，包含有外壳、发光源、电池和控制电路，其特征是外壳为一个矩形体，正面留有安装内部元器件和钢化玻璃的开口，壳体的上面有一个圆形突起，在突起部分的两侧或在背面留有孔眼，背面有连为一体插接片；在壳体内，主视中垂面对称，在两侧的后面位置是两个装有充电电池的池座，在充电池座的前面横向竖置固定已安装好各元器件的印刷电路板，在两对充电池的内侧面靠上位置固定充电接口，壳体上面的圆形突起处固定触摸式开关，主体的正面中心部位固定钢化玻璃罩；发光源是由多个发光二极管即LED并联组成，该发光源可以集束式排列为一簇置于电路板中心，也可分成左右两组交错排列，固定在控制电路板上。
2.LED头戴矿灯的控制电路，由半导体三极管和二极管、电阻、电容以及集成电路等按设计的电原理图装配而成，对照图7，其特征是包括由K1、R1、R2、R3、V1和V2共同组成触摸电子开关线路、R4、R5、R6、R7、R8、R9、V3、V4、D1、D2、C1、C2组成的开启或关闭LED电源用的双稳态电路，R10、R11、D3、V5、C3、C4、IC1组成的开关式稳压集成电路，R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、D20、V6、V7组成的射极耦合双稳态电路。
3.按权利要求1和2所述的LED头戴矿灯及控制电路，其特征是对于矩形光出口型式，。印刷电路板为两块，垂直安放，将权利2所述的各电路元件组装在前面的主控板上，其中的发光源按13个LED装配，分三行按4+5+4的布阵排放，将另加的调光控制及状态记忆电路的电子元件焊接组装在后面的调光控制板上。
4.按权利要求1和2所述的LED头戴矿灯及控制电路，其特征是对于集光透镜光出口型式，.印刷电路板为三块，八字形摆放，作为发光源的13个LED，置中心部位的发光电路板上，呈蜂窝状集束排列，将权利2所述的各电路元件安装在一侧的主控电路板，另加的调光控制及状态记忆电路的电子元件焊接组装在对侧的调光控制板。
5.按权利要求2所述的LED头戴矿灯及控制电路，其特征是可增加由R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33、C6、C7、C8、V9、V10、V11、V12、V13、D23、D24组成的调光控制及状态记忆电路。
6.按权利要求1和4所述的LED头戴矿灯及控制电路，其特征是对于集束光型式的结构，在钢化玻璃的内表面预先粘贴一块树脂材料凸透镜，并在中部集束发光管后安装一个抛物面的反光镜。
全文摘要
LED头戴矿灯及控制电路，是一种关于井下矿工采矿作业照明用的新型头戴矿灯。是针对由铅酸蓄电池供电、用白炽灯泡照明、中间用一根电缆连接、用机械开关控制灯的明灭，但明显存在着许多缺陷的传统矿灯所进行的更新，总的做法是改用电子线路控制和全新式的小型化结构。其具体做法是选用高亮度白色发光二极管即LED作为发光体；采用镍氢(Ni－MH)充电电池作为供电电源；采用与外壳一体的轻触和手触摸两用开关；配套安全可靠的电子控制线路及调光记忆电路。取得了满意的效果，省电、安全，防爆、防水、耐震，自身发热小，发光效率高，体积小，重量轻，免维护，寿命长，不用外接电缆和蓄电池，可随意放置，使用时插在安全帽上即可。
文档编号F21V3/00GK1755190SQ20041007905
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者李新生 申请人:李新生