专利名称：Led矿工灯控制电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种LED矿工灯控制电路。
背景技术：
矿工灯是矿工在井下工作的照明工具，矿工灯的性能直接影响到井下矿工的工作效率和安全。近年来矿工灯开始采用锂离子电池(以下简称为锂电池)和超高亮发光二级管(以下简称为LED)。锂电池具有污染小，应用周期长，体积小，重量轻，寿命长达10 万小时。采用锂电池可使矿工灯实现整体式，全密封结构，提高了可靠性，能在恶劣易燃易爆环境下使用。目前我国市场上所用的LED矿工灯的控制电路大多是采用分立元件，主光源、辅光源的控制基本上是用多位开关组件。为了进一步提高可靠性和安全性，应采用更可靠的专用集成电路和无触点开关设计控制电路。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题，在于克服现有产品中存在的缺陷，提供一种安全、可靠、价格低廉的实用矿工灯设备，能够使用一个点动开关即可对主光源、辅光源状态进行组合控制，主光源、辅光源既可独立点亮又可在需要时同时点亮，确保在各种情况下的光源保障。为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下LED矿工灯控制电路，主要包括锂电池充电控制电路、锂电池放电控制电路和开关控制电路充电控制电路包括高精度磷酸铁锂电池充电管理及保护集成电路LTC4054、电阻Rl、电阻R2、充电指示LED3和外接电源指示LED4，所述集成电路LTC4054的I脚CHRG接充电指示LED3的阴极；集成电路LTC4054的3脚BAT接锂电池的正极，并且是锂电池放电控制电路、开关控制电路、及主、辅光源的总电源VCC;锂电池放电控制电路包括线性电流调制电路UCT4611A、电阻R3和MOSFET管T2，所述放电控制电路UCT461IA的3脚LED接主光源控制开关MOSFET管T2的源极，主光源LED2的阴极接MOSFET管T2的漏极，主光源LED2 的阳极接电源VCC ;开关控制电路包括4位同步计数器⑶40161、电阻、电容、三极管Tl、三极管T3和点动开关Kl，三极管Tl是用来控制辅光源LEDl的开关，同步计数器⑶40161的输出端Q1、输出端Q2、输出端Q3分别控制所述三极管Tl、MOSFET管T2和三极管T3的导通。其中，所述集成电路LTC4054的3脚BAT弓丨脚电平低于2. 9V，则充电器进入涓流充电模式，提供大约1/10的设定充电电流，以便将电池电压提升至一个安全电平，从而实现满电流充电；当3脚BAT引脚电平高于2. 9V时，充电器进入恒流充电模式，提供恒定的充电电流；当3脚BAT弓丨脚电压达到最终浮充电压4. 2V时，进入恒定电压模式，且充电电流开始减小；当充电电流降到设定值的1/10时，充电结束。锂电池充电采用预充电-恒流-恒压-再充电的方式，既可有效保护电池，又保证对电池容量的充分利用，最大限度地发挥高容量磷酸铁锂电池的特性。[0007]本实用新型采用先进的高精度锂电池专用充、放电及保护集成电路，具有过充电、 过放电、过压、过热、短路保护等功能；两种光源采用可组合控制的无触点开关电路设计，使用一个点动开关即可对主光源、辅光源状态进行组合控制，既可独立工作又可在需要时同时工作；电路简单、性能稳定，有效提高了 LED矿工灯的可靠性，并可直接装在煤矿现有充电架上充电。
图I是本实用新型LED矿工灯控制电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图I和具体实例，对本实用新型作进一步详细说明。本实用新型为了使矿工灯实现上述发明目的，首先应采用亮度高、用电省、寿命长、稳定可靠的大功率发光二极管，发光二极管坚固不易破碎，因此可靠性好，维护成本低。 能够满足矿工灯要求的大功率发光二极管所需工作电流约为200mA 350mA，这样可以选用容量小的锂电池，可降低锂电池的重量和价格。另外，在矿工灯控制电路内部必须加入充、放电控制、过充电、过放电和短路保护、温度保护等电路，不仅保护锂电池，而且开灯、关灯甚至外部短路时都不会产生火花，真正保证了安全工作。本实施例矿工灯设两个功能光源，即主光源LED2为I瓦超高亮白色LED，辅光源 LEDl为超高亮O. I瓦白色LED。如图I所示，锂电池充电控制电路主要由高精度锂电池专用充电管理及保护集成电路LTC4054 (U1)、电阻R1、充电指示LED3、外接电源指示LED4等元件组成。集成电路 LTC4054的4脚VCC接外部电源(5V)，集成电路LTC4054的5脚PROG用来设定充电电流， 通过该脚连接一个外接电阻Rl，调节外接电阻Rl，就可设定LED的驱动电流.充电电流是 5脚PROG引脚输出电流的1000倍。外接电阻Rl和充电电流Irae由下列公式计算Ichg=IOOO (Vpk JRl )，其中 Vpkk=IV,充电电流由电阻 Rl 给定。本实施例中，电阻Rl为2000欧姆，充电电流为500mA。集成电路LTC4054的3脚 BAT接锂电池正极，一旦集成电路LTC4054的4脚VCC接入外部电源，就以预充电_恒流_恒压-再充电方式给锂电池充电，直到充电结束。加入的充电控制电路使其能够利用现有的充电架充电，节省投资。同时为了提高锂电池的安全性能，可以采用安全性能极好的磷酸铁锂电池。锂电池集成电路LTC4054的I脚CHRG端为状态输出引脚，提供充电指示电平。当锂电池连接到充电器时，即开始充电循环，集成电路LTC4054的I脚CHRG引脚被拉至低电平，该引脚能够吸收高达IOmA的电流，以驱动一个LED。本实用新型电路中的充电指示LED3 用于指示充电正在进行的红色LED。当充电循环结束时，则集成电路LTC4054的I脚CHRG 弓I脚变成高阻抗，充电指示LED3熄灭，指示充电循环结束。本实施例电路中的外接电源指示LED4是用于指示外部电源接入充电电路的绿色 LED。充电指示LED3、外接电源指示LED4均为直径3mm的小LED。本实用新型电路中锂电池放电控制电路由线性电流驱动集成电路UCT4611A(U2)、电阻R3、M0SFET管T2等组成。线性电流驱动集成电路UCT4611A是一款工作于2. 7V 到6V的线性电流调制电路，能够对大功率发光二极管提供高达800mA的恒定电流，其内部集成了高精度的电压参考源、误差放大器、电流调整单元和低压差的大功率MOSFET管。此外，还具有过温保护，LED开路、短路保护等功能；当由于过载或者发光二极管短路而导致线性电流驱动集成电路UCT461IA的结温超过125 °C时，线性电流驱动集成电路UCT461IA 进入过温保护状态，在这种情况下，器件内部功率管被关断，没有电流流入LED，保护器件不会被损坏。当线性电流驱动集成电路UCT461IA的结温低于114 1时，线性电流驱动集成电路UCT4611A自动从热保护状态释放出来，重新正常工作。这样在过载或者LED短路时，线性电流驱动集成电路UCT4611A将在热保护模式和正常工作模式之间不断切换，从而达到保护器件的目的。线性电流驱动集成电路UCT4611A的I脚VDD是电源正端，接锂电池的正极；线性电流驱动集成电路UCT4611A的3脚LED是输出引脚，与发光二极管的阴极连接。本实用新型电路中线性电流驱动集成电路UCT4611A的3脚与MOSFET管T2的源极相连，MOSFET管 T2是控制主光源LED2的开关，当MOSFET管T2的栅极为高电平时(即同步计数器⑶40161 的输出端Q2为I时)，MOSFET管T2导通，则线性电流驱动集成电路UCT461IA的驱动电流流过MOSFET管T2和与MOSFET管T2漏极相连的主光源LED2，从而点亮主光源LED2。线性电流驱动集成电路UCT4611A的4脚ISET是LED恒定电流设置端，恒定电流通过在线性电流驱动集成电路UCT4611A的4脚ISET管脚和I脚VDD管脚之间连接一个电阻R3来实现，计算电流的公式为ILED=910伏/R3。其中，ILED的单位是安培(A)，电阻R3的单位是欧姆。 本实施例中，电阻R3为3600欧姆，主光源LED2的恒定电流约250mA。本实用新型电路中开关控制电路由4位同步计数器CD40161(U3)、晶体管T1、T2和 Τ3、电阻、电容和点动开关Kl组成。同步计数器⑶40161是一个4位同步计数器，在时钟脉冲CLK的作用下进行二进制计数，本电路只计数到3位(二进制数000—100)。同步计数器 ⑶40161的I脚CL是复位端，电阻R5、电容C3构成其上电复位电路，同步计数器⑶40161 的2脚CLK是计数脉冲输入端。当第一次按动点动开关Kl后，同步计数器⑶40161为001 (二进制数)，其输出端Ql为高电平1，三极管Tl导通，相应的辅光源LEDl点亮；当第2次按动点动开关Kl，同步计数器⑶40161为010(二进制数)，其输出端Q2为高电平I,MOSFET管 Τ2导通，相应的主光源LED2点亮；当第3次按动点动开关Κ1，同步计数器⑶40161为011 (二进制数)，其输出端Q1、输出端Q2同时为高电平1，三极管Tl、三极管Τ2同时导通，相应的辅光源LED1、主光源LED2同时点亮；当第4次按动点动开关Κ1，同步计数器⑶40161为 100 (二进制数)，其输出端Q3为高电平1，三极管Τ3导通，三极管Τ3的集电极C为低电平， 由于三极管Τ3的集电极C极接同步计数器CD40161的CLR端(清零端)，从而使同步计数器⑶40161清零，恢复到初始状态，主光源LED2、辅光源LEDl均熄灭。由于电容C2的滤波作用，消除了点动开关Kl的抖动，不会使计数器误计数。该同步计数器⑶40161使用一个点动开关Kl即可对主光源LED2、辅光源LEDl进行组合控制，而且采用了无触点开关，不会产生火花，在任何环境下使用不会发生危险。本实用新型电路当只使用辅光源时为节能工作状态，可维持矿工在照明亮度低的情况下使用，以延长照明时间。由于采用主光源和辅助光源双光源，可以组合构成上述照明方式，且一个光源损坏则另一个仍可正常使用，保证了任何条件下的使用安全。
权利要求1.LED矿工灯控制电路，主要包括锂电池充电控制电路、锂电池放电控制电路和开关控制电路，其特征在于充电控制电路包括高精度磷酸铁锂电池充电管理及保护集成电路 LTC4054、电阻R1、电阻R2、充电指示LED3和外接电源指示LED4，所述集成电路LTC4054的 I脚CHRG接充电指示LED3的阴极；集成电路LTC4054的3脚BAT接锂电池的正极，并且是锂电池放电控制电路、开关控制电路、及主、辅光源的总电源VCC ;锂电池放电控制电路包括线性电流调制电路UCT4611A、电阻R3和MOSFET管T2，所述放电控制电路UCT4611A的3 脚LED接主光源控制开关MOSFET管T2的源极，主光源LED2的阴极接MOSFET管T2的漏极，主光源LED2的阳极接电源VCC ;开关控制电路包括4位同步计数器⑶40161、电阻、电容、三极管Tl、三极管T3和点动开关Kl，三极管Tl是用来控制辅光源LEDl的开关，同步计数器⑶40161的输出端Ql、输出端Q2、输出端Q3分别控制所述三极管Tl、MOSFET管T2和三极管T3的导通。
2.根据权利要求I所述的LED矿工灯控制电路，其特征在于，当所述集成电路LTC4054 的3脚BAT引脚电平低于2. 9V，则充电器进入涓流充电模式，提供大约1/10的设定充电电流；当3脚BAT引脚电平高于2. 9V时，充电器进入恒流充电模式，提供恒定的充电电流；当 3脚BAT弓丨脚电压达到最终浮充电压4. 2V时，进入恒定电压模式，且充电电流开始减小；当充电电流降到设定值的1/10时，充电结束。
专利摘要本实用新型公开了一种LED矿工灯控制电路。该电路主要包括锂电池充电控制电路、锂电池放电控制电路和开关控制电路。充电控制电路包括高精度磷酸铁锂电池充电管理及保护集成电路LTC4054、电阻R1、R2、充电指示LED3和外接电源指示LED4等，充电采用预充电-恒流-恒压-再充电方式；锂电池放电控制电路包括线性电流调制电路UCT4611A、电阻R3和MOSFET管T2；开关控制电路包括4位同步计数器CD40161、几个电阻、电容、两个三极管T1、T3和点动开关K1，可对主光源、辅光源状态进行组合控制。本实用新型的控制电路简单、性能稳定，有效提高了LED矿工灯的可靠性，是一种安全、可靠、价格低廉的实用矿工灯控制电路。
文档编号H02J7/00GK202353849SQ20112034669
公开日2012年7月25日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者逯景涛, 郭怡倩 申请人:南京师范大学