专利名称：一种基于pwm调光的可充电照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明装置。
背景技术：
随着户外运动越来越受到人们的欢迎，野外宿营在所难免，而可靠的照明设备也就必不可少。目前微电子技术不断发展，数字式控制芯片的可靠性和高精度得到很大的提高，现有照明装置主要采用可控硅调光器和与可控硅调光器串接的电源，这种调光的功耗比较大，相对而言PWM调光功耗更低，更符合节约和环保的要求。而目前利用PWM调光的LED灯，功能比较单一，缺少充电和电池管理系统，不能实现快速充电和长时间使用电池照明的功能，无法将低功耗的照明装置应用到可携带的户外领域。综上所述，需要发明一种综合运用了电池充电管理技术和PWM调光技术的便捷式照明装置，供长时间利用电池照明的场合使用。
发明内容
为了克服现有技术功耗大、电源的效率低、不便于完成快速充电和方便携带等不足，本发明提供了一种照明装置，运用PWM调光技术降低功耗，运用电池充电管理技术为照明装置充电，使其便于携带。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括电源变换器、电池充电管理电路、锂电池、LED灯驱动电路和CPU。电源变换器使用宽输入范围(4. 5V 36V)单芯片DC-DC逆变器实现，可实现宽输入电压范围，并且通过正向保护二极管实现电源变换器防反接保护功能。电池充电管理电路则是运用电源变换器输出的稳定电压为锂电池充电，充电过程采用恒流充电，通过调节充电电阻的阻值可以改变恒流充电的电流值，本发明中采用1.5A的充电电流，为电池快速充电。锂电池通过LED驱动电路驱动LED灯发光，为实现对照明亮度的调节，CPU控制输入给LED驱动电路的信号，通过对占空比脉宽调节实现照明亮度的调节。为实现电池电压检测功能、PWM调光输出，选用MCU芯片作为系统控制CPU。CPU通过AD采集锂电池电压来检测锂电池的电量，并通过开关量检查来读取按键信息，根据所采集的锂电池电量和按键信息输出不同占空比的PWM方波给驱动电路实现调光。在关机状态下，CPU处于待机状态，确保电池储存时待机电流足够低。通过电源变换器与电池充电管理电路就可以完成给电池快速充电的功能，当运用电池点亮LED照明灯时，通过用MCU发出不同占空比实现不同亮度照明。本发明的有益效果是与现有发明对比，本发明利用PWM亮度调节技术实现照明亮度的调节，大大降低了 LED驱动的功耗，提高了 LED照明装置的效率，节约电能消耗；同时，本发明配备了快速充电电路，在短时间内完成电池充电；二者结合充分实现了低功耗、可长时间电池工作的照明功能。本发明的特点在于(I)使用了 PWM调光技术，本装置采用Micochip公司的12f683MCU,其具有宽范围工作电压，最高8M的内部震荡器，低功耗，且配有AD转换电路，完全可以实现根据指令发出不同占空比的PWM ； (2)在低功耗的基础上，配备了电池充电管理电路，本装置采用MPS公司的MP2607，可实现对锂电池的智能化充放电管理，自带电池温度监测热敏电阻输入接口防止电池过热。(3)电源变换器电路，本装置采用MPS公司的集成稳压器芯片MP4462，电压转换电路使用宽输入范围单芯片DC-DC逆变器实现，为满足宽输入电压范围4. 5V 30V，大大提高了电池充电的方便性。
图I :本发明所述LED整体的结构示意图；图2 :电源变换器电路原理图；图3 :电池充电管理电路原理图；图4 =CPU及LED驱动电路原理图。
具体实施例方式本发明包括电源变换器、电池充电管理电路、锂电池、LED灯驱动电路和CPU。电源变换器使用宽输入范围(4. 5V 36V)单芯片DC-DC逆变器实现，可实现宽输入电压范围，并且通过正向保护二极管实现电源变换器防反接保护功能。电池充电管理电路则是运用电源变换器输出的稳定电压为锂电池充电，充电过程采用恒流充电，通过调节充电电阻的阻值可以改变恒流充电的电流值，本发明中采用I. 5A的充电电流，为电池快速充电。LED驱动电路驱动LED灯发光，为实现对照明亮度的调节，CPU控制输入给LED驱动电路的信号，通过对占空比脉宽调节实现照明亮度的调节。为实现电池电压检测功能、PWM调光输出，选用MCU芯片作为系统控制CPU。CPU通过AD采集锂电池电压来检测锂电池的电量，并通过开关量检查来读取按键信息，根据所采集的锂电池电量和按键信息输出不同占空比的PWM方波给驱动电路实现调光。在关机状态下，CPU处于，确保电池储存时待机电流足够低。通过电源变换器与电池充电管理电路就可以完成给电池快速充电的功能，当运用电池点亮LED照明灯时，通过用MCU发出不同占空比实现不同亮度照明。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图I所不,本发明包含有电源变换器(输入电压范围4. 5V 30V)、电池充电管理电路、锂电池、LED灯驱动电路、CPU及壳体。电源变换器电路是将4. 5V 30V的电源电压经过降压电路，变换为稳定的电压输出给电池充电管理电路；电源变换器电路采用MP4462芯片，电路连接关系如图2所示，Sff管脚与D1、LI、C2形成一个buck电路，输出电压由Rl和R2值调节。本发明R1、R2值选择270K、56K，输出电压VCHG为5V。低正向压降的肖特基二极管Dl接地并且二极管接近SW引脚以减少开关尖峰。通过VIN连接EN管脚，可以使得在有电压输入的情况下使能电源变换器，完成降压功能。CPMP管脚可以输出误差放大器的，这个引脚控制回路频率补偿，其功能使得输出的电压更加平稳。R4的值决定着BUCK电路开关频率程序输入。本发明选用R4的值为200K Ω，开关频率为900KHZ。电池充电管理电路一方面可以电压变换器输出的稳定电压为电池充电，充电方式采用恒流充电模式；另一方面，管理电池或者用变换器输出电压为系统供电，其电路联接图如图3所示，IN为电压变换器输出电压联接管脚，MODE为电路输入电压模式选择管脚，通过上拉或者下拉选择电源适配器输入电压或者USB输入电压，本发明上拉选择电源适配器模式；ICHSET与外接电阻R12可以选择电池充电过程中恒流值，本发明选择R12为I. 5K电阻(充电电流为I. 5A)，本发明中电池容量为4200mAh，则充电时间为2. 8小时。TMR与外接电容ClO设置连续充电时间上限，为保证电池能够一次充完，连续充电上限要大于2. 8小时，故ClO选择4. 7uF(充电时间上限为7. 2小时)，CEB为芯片使能管脚，低电平有效，故采用下拉接地的方式使能。VSYS作为输出，给系统供电，同时电路有两个指示灯，能够指示充电、充满、故障状态。BATT与电池正极相连，用于电池的充电和管理。
CPU及LED驱动电路是实现低功耗LED照明的主要电路，其电路连接图如图4所示，CPU采用的是Microchip公司的PIC12F683，驱动电路主要采用MPS公司的MP3305芯片驱动LED灯发光。CPU根据KEYl、KEY2按键命令以及P⑶、PGC (AD转换口 )的相关功能信息，由软件配置不同的占空比并通过GP5管脚向LED驱动电路发出PWM，该管脚发出的PWM由驱动芯片的使能管脚EN接受，MP3305的EN脚在高电平时使能芯片工作，从而运用PWM改变LED的亮度。在驱动电路中，Cl、L以及D组成一个boost升压电路，每片驱动芯片可以驱动六盏LED同时发光，ISET引脚是内部调光控制开关的输出源，通过外接电阻Rset改变LED电流，本发明选择3. 3Ω电阻，在亮度最高时LED总电流为170mA，4200mA电池可以连续点亮24. 5小时，实现了低功耗、耐用的照明功能。
权利要求
1.一种基于PWM调光的可充电照明装置，包括电源变换器、电池充电管理电路、锂电池、LED灯驱动电路和CPU，其特征在于电源变换器输入电压，并通过正向保护二极管实现电源变换器防反接保护；电池充电管理电路运用电源变换器输出的稳定电压为锂电池充电，锂电池通过LED驱动电路驱动LED灯发光，CPU控制输入给LED驱动电路的信号，通过对占空比脉宽调节实现照明亮度的调节；CPU通过AD采集锂电池电压来检测锂电池的电量，并通过开关量检查来读取按键信息，根据所采集的锂电池电量和按键信息输出不同占空比的PWM方波给LED驱动电路实现调光。
2.根据权利要求I所述的基于PWM调光的可充电照明装置，其特征在于所述的电源变换器使用输入范围为4. 5V 36V的单芯片DC-DC逆变器实现。
3.根据权利要求I所述的基于PWM调光的可充电照明装置，其特征在于所述的锂电池充电的充电过程采用恒流充电，通过调节充电电阻的阻值改变恒流充电的电流值。
4.根据权利要求I所述的基于PWM调光的可充电照明装置，其特征在于所述的锂电池充电采用I. 5A的充电电流。
5.根据权利要求I所述的基于PWM调光的可充电照明装置，其特征在于所述的CPU采用MCU芯片。
6.根据权利要求I所述的基于PWM调光的可充电照明装置，其特征在于所述的CPU在关机状态下处于待机状态。
全文摘要
本发明公开了一种基于PWM调光的可充电照明装置，电源变换器输入电压，并通过正向保护二极管实现电源变换器防反接保护；电池充电管理电路运用电源变换器输出的稳定电压为锂电池充电，锂电池通过LED驱动电路驱动LED灯发光，CPU控制输入给LED驱动电路的信号，通过对占空比脉宽调节实现照明亮度的调节；CPU通过AD采集锂电池电压来检测锂电池的电量，并通过开关量检查来读取按键信息，根据所采集的锂电池电量和按键信息输出不同占空比的PWM方波给LED驱动电路实现调光。本发明降低了LED驱动的功耗，提高了LED照明装置的效率，能够在短时间内完成电池充电。
文档编号H05B37/02GK102625535SQ20121007621
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者卢刚, 周勇, 周广伟, 张松松, 李东松, 李鑫, 杨静伟, 江修立, 王严伟, 魏世克 申请人:西北工业大学