專利名稱：自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦用燈具，特別是涉及到自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的礦用帽燈由礦用帽燈頭、電纜線及充電電池組成；電池電源大多是鉛酸電池，燈頭內(nèi)使用普通白熾燈泡。如中國(guó)公開的CN 208129U專利“一種少維護(hù)鉛酸蓄電池帽用礦燈”。它們體積較大，重量較重，使用壽命短，維護(hù)工作量大，特別是在煤礦中使用安全性能還是比較差。
為了減小體積和重量，近年來礦用帽燈開始采用鋰電池。這種新型礦燈實(shí)際推廣應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)了許多較嚴(yán)重的問題。主要有鋰電池的安全性能較差，盡管加入了保護(hù)電路，但是仍出現(xiàn)了電池組燃燒和爆炸的嚴(yán)重事故。安全性差，依然是礦用帽燈主要問題。此外，礦燈改用鋰離子電池后，原有的充電架不能對(duì)鋰電池礦燈充電，礦山必須更換充電架，造成巨大的資源浪費(fèi)。另外，由于鋰電池的價(jià)格較高，為現(xiàn)有鉛酸電池礦燈的3-4倍。因此大量普及這種新型礦燈的難度很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)以上背景技術(shù)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，提供自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈。它采用半導(dǎo)體照明燈和鋰電池，加裝過充電、過放電和短路保護(hù)電路，不僅保護(hù)電池，而且開燈、關(guān)燈甚至外部短路時(shí)，都不會(huì)產(chǎn)生火花，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全工作。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，由礦用帽燈頭、電纜線及充電電池三部分組成；礦用帽燈頭包括外殼、外殼內(nèi)裝的燈泡、反射器、以及扣在外殼上的鏡片與扣蓋；充電電池包括底殼、殼內(nèi)的電池、電池上蓋及電纜線卡、用螺釘固定在底殼上部的電池蓋片；其特點(diǎn)是a、所述的燈頭的燈泡為帶散熱片半導(dǎo)體照明燈，其燈前裝有一個(gè)聚光罩，并在燈外殼內(nèi)半導(dǎo)體照明燈后裝有充放電控制的電路板；b、所述的充電電池為鋰電池，在底殼內(nèi)蓋片下面裝有過充電、過放電、短路保護(hù)電路板。
所述的半導(dǎo)體照明燈是用固定電壓驅(qū)動(dòng)，或者用恒流源驅(qū)動(dòng)。恒流源驅(qū)動(dòng)電路圖4所示，由電阻R8與二極管VD1組成基準(zhǔn)電壓電路；連接分壓電阻R6、R7，并接到運(yùn)算放大器IC1的同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1的端腳1串電阻R5接調(diào)整管MOSFET的腳1，MOSFET的腳2與電阻R8之間接半導(dǎo)體照明燈LED；MOSFET的腳3接IC1反相輸入端2，及連接并聯(lián)電阻R1、R2、R3，并接低電位B-及IC1反相輸入端4，二極管VD1與電阻R7并聯(lián)后也接IC1腳4，組成采樣電路；IC1腳8與驅(qū)動(dòng)電路電阻R8及半導(dǎo)體照明燈LED相接，輸入電壓B+連接基準(zhǔn)電路與運(yùn)算放大器IC1的電路上有開關(guān)S1；MOSFET的腳2與腳3之間接限流電阻R4；采樣電路的采樣電壓加到運(yùn)算放大器IC1的反相輸入端2、4，與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，驅(qū)動(dòng)調(diào)壓管MOSFET使半導(dǎo)體照明燈LED發(fā)光；當(dāng)流過半導(dǎo)體照明燈的電流發(fā)生變化時(shí)，采樣電壓也發(fā)生變化，運(yùn)算放大器的輸入誤差電壓變化，運(yùn)算放大器的輸出電壓也變化，從而使半導(dǎo)體照明燈驅(qū)動(dòng)電路的電流為恒定。開關(guān)S1不需要照明時(shí)，該開關(guān)斷開，恒流驅(qū)動(dòng)電路的電源中斷，不消耗電池的能量。
所述的充放電控制的電路板的電路為電源負(fù)極控制的線性充電電路，由電壓電流基準(zhǔn)電路、電壓調(diào)整電路及電流限制電路組成；它由5V電源供電；電壓電流基準(zhǔn)電路含有電阻R103、R106、R107、R108、R111，電容C103、C104、C105，二極管VD101、穩(wěn)壓二極管VD102；電阻R107接電源+5V，并串聯(lián)電阻R108接至電阻R111及電阻R103上，電阻R111接地，并且在電阻R107上連接穩(wěn)壓管VD102后與電阻R111相連；電阻R106與R7并聯(lián)連接二極管VD101后接地，電容C103與電阻R6及二極管VD101并聯(lián)，電容C104與電阻R7并聯(lián)；電容C105與電阻R111并聯(lián)；電阻R103為電壓電流基準(zhǔn)電路輸出，并接電壓調(diào)整電路中的運(yùn)算放大器IC1A的反相輸入端2；電壓調(diào)整電路包括電阻R101、R102、R103、R104、電容C106、二極管VD103、運(yùn)算放大器IC1A、調(diào)整管MOSFET1、半導(dǎo)體照明LED，電阻R101接充電端子B-并與二極管VD103串聯(lián)，組成電壓采樣電路；并且連接電流限制電路運(yùn)算放大器IC1B輸出端腳7；在電阻R101與二極管VD103抽頭，取電壓信號(hào)，接至運(yùn)算放大器IC1A同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1A的端腳8接電源+5，端腳4接地gnd，輸出端腳1串聯(lián)電阻R102接調(diào)整管MOSFET1腳1；MOFET1腳2串聯(lián)半導(dǎo)體照明燈LED后接充電端子B-，MOSFET1腳3接采樣三只并聯(lián)電阻R112，其電阻R112的另一端接地gnd；在運(yùn)算放大器輸出端1上抽頭串聯(lián)電阻R104與電容C106后接至反相輸入端2，將運(yùn)算放大器的輸出電壓反饋；而電流限制電路包括并聯(lián)電阻R112、R109、R110、電容C107及運(yùn)算放大器IC1B；電阻R110與三只并聯(lián)電阻R112及調(diào)整管MOSFET1腳3相連，并且與運(yùn)算放大器IC1B反相輸入端6相接，運(yùn)算放大器IC1B同相輸入端5與電壓電流基準(zhǔn)電路上的電阻R106與二極管VD101之間的抽頭相接；運(yùn)算放大器IC1B的輸出端7與電壓調(diào)整電路上的二極管VD103相接，且運(yùn)算放大器的輸入端腳上連接電容C107電阻R109后接其反相輸入端6，反饋比較電壓信號(hào)給運(yùn)算放大器；所述的充放電控制電路板的電路上二極管VD102的兩端電壓加到運(yùn)算放大器IC1B的同相輸入端，電阻R112兩端的壓降，加到運(yùn)算放大器IC1B的反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較，其差值經(jīng)放大后，又經(jīng)IC1A放大，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管MOSFET1，將鋰電池的充電電流穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，穩(wěn)定電流在800mA，在鋰電池充電時(shí)充足后，電壓調(diào)整電路使充電電路B+、b-端電路輸出恒定電壓4.2V，穩(wěn)壓二極管VD2組成電壓基準(zhǔn)電路及由電阻R101與二極管VD103組成的電壓采樣電路，運(yùn)算放大器IC1A和調(diào)整管MOSFET1組成調(diào)整電路部分，采樣電壓與基準(zhǔn)電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A比較并放大后，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的電阻R102、調(diào)整管MOSFET1，使鋰電池的充電電壓穩(wěn)定在4.2V。
所述的過充電、過放電、短路保護(hù)電路板的電路，包含鋰電池保護(hù)集成電路IC301，充、放電控制管MOSFET2，內(nèi)含兩只N溝道的MOSFET，電阻R301、R302、R303，電容C301、C302；單體鋰電池接在B+和B-之間的兩端子，電池組從P+與P-輸出電壓，B+與P+、B-與P-經(jīng)充電控制管MOSFET后連線相接；在B+與P+的連線上接電阻R301電容C301 B-，從電阻R301與電容C301之間抽頭接集成電路IC301的VCC腳5，電容C301至B-之間抽頭接集成電路IC301的GND腳6，其上的CS腳2串聯(lián)電阻R302接P-，在B-與P-之間，B-接充、放電控制管MOSFET2的管腳3，P-接其管腳2，MOSFET2的管腳1接集成電路IC301的OD腳1，MOSFET2的管腳4接集成電路IC301的OC腳3；電阻R303與電容C302并聯(lián)后接B-及集成電路IC301的CS腳2上；充電過程中，鋰電池電壓超過額定值-4.35V時(shí)，集成電路IC301的OC腳輸出信號(hào)使充電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止充電；放電過程中，鋰電池的電壓降到額定值2.30V時(shí)，集成電路IC301的OD腳輸出信號(hào)使放電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止放電；集成電路IC301的CS腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制管MOSFET2的導(dǎo)通壓降劇增，CS腳電壓迅速升高，其IC301輸出信號(hào)使充放電控制管MOSFET2迅速關(guān)斷；從而實(shí)現(xiàn)過充電、過放電、過電流保護(hù)。
本發(fā)明提供的自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈與背景技術(shù)相比較；首先，采用了亮度高，用電省的半導(dǎo)體照明燈。半導(dǎo)體照明燈具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、易維護(hù)等顯著特點(diǎn)，是國(guó)際上公認(rèn)的最有可能進(jìn)入普通照明領(lǐng)域的新型固態(tài)冷光源。能夠滿足礦燈要求的半導(dǎo)體照明燈所需工作電流約為200～350mA，僅為目前礦燈用白熾燈泡的30％～50％，這樣不僅可以節(jié)約70％～50％的電能，更重要的是可以選用容量更小的蓄電池。滿足11小時(shí)照明要求的電池容量可由8Ah減小到4Ah，這樣會(huì)使鋰電池組的成本價(jià)格可大大下降。另外，在帽燈內(nèi)部加入了充放電控制和保護(hù)系統(tǒng)，提高礦燈的安全性能。并且使其能夠利用現(xiàn)有的充電架充電，節(jié)省投資。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高鋰電池的安全性能，鋰電池可以選用安全性能較好的聚合物鋰電池。
半導(dǎo)體照明燈是一種新型照明用冷光源。目前，發(fā)光效率已達(dá)到25-35lm/w，最高可達(dá)到60lm/w，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白熾燈，和鹵鎢燈相當(dāng)。這種冷光源照明燈非常可靠，壽命可達(dá)5萬小時(shí)，可用12年以上。亮度為普通發(fā)光管的10-20倍。市售功率型半導(dǎo)體照明燈的正向壓降大多為3～3.8V，由于低壓供電，因此無電弧產(chǎn)生，安全性較好。目前，根據(jù)要求的亮度不同，功率型半導(dǎo)體照明燈的正向電流可達(dá)到150mA-1000mA。礦用帽燈用的1W半導(dǎo)體照明燈的工作電流只有350mA，只有目前白熾燈的1/2。按礦工每天照明10小時(shí)計(jì)算，每只礦燈一天節(jié)約能量為350mA×10h＝3500mAh。帽燈工作電壓為4V，因此每只帽燈每天節(jié)約的電能為4V×3500mAh＝14Wh。全國(guó)500萬礦工每天節(jié)約的電能將達(dá)到14Wh×5000000＝70000kWh。礦燈用半導(dǎo)體照明燈的工作電流約為350mA，兩端承受的電壓約為3.3V，大約有1W功耗。半導(dǎo)體照明燈上加星形散熱器，有效地散去半導(dǎo)體照明燈產(chǎn)生的熱量，確保了半導(dǎo)體照明燈安全工作。
因此，本發(fā)明自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，具有體積較小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小，使用安全等優(yōu)點(diǎn)?？稍诟鞣N礦井內(nèi)使用。
四

圖1是自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈的側(cè)示意圖；圖3是半導(dǎo)體照明礦用帽燈的燈頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是半導(dǎo)體照明燈恒流源驅(qū)動(dòng)電路示意圖；圖5是電源負(fù)極控制的線性充電電路示意圖；圖6是過充電、過放電、短路保護(hù)電路板的電路示意圖；圖7和圖8是帶星型散熱器半導(dǎo)體照明燈示意圖；圖9和圖10是聚光罩結(jié)構(gòu)示意圖；圖11和圖12是反射器結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施例方式
圖1和圖2所示，自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈。由礦用帽燈頭1、電纜線2及充電電池3三部分組成；圖3所示，礦用帽燈頭包括外殼101，燈泡為帶散熱片半導(dǎo)體照明燈102，反射器103，鏡片104與扣蓋105；以及外殼內(nèi)裝在燈前裝一個(gè)聚光罩106，外殼內(nèi)半導(dǎo)體照明燈后裝的充放電控制的電路板107。充電電池為聚合物鋰電池，充電電池包括底殼201，殼內(nèi)的電池202，電池上蓋203，上蓋內(nèi)固定的電纜線卡204，用螺釘固定在底殼上部的電池蓋片205，及在底殼內(nèi)蓋片下面裝的過充電、過放電、短路保護(hù)電路板206。
所述的半導(dǎo)體照明燈是用固定電壓驅(qū)動(dòng)，或者用恒流源驅(qū)動(dòng)。圖4所示，半導(dǎo)體照明燈恒流源驅(qū)動(dòng)電路。由電阻R8與二極管VD1組成基準(zhǔn)電壓電路；連接分壓電阻R6、R7，并接到運(yùn)算放大器IC1的同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1的端腳1串電阻R5接調(diào)整管MOSFET的腳1，MOSFET的腳2與電阻R8之間接半導(dǎo)體照明燈LED，MOSFET的腳3接IC1反相輸入端2，及連接并聯(lián)電阻R1、R2、R3，并接低電位B-及IC1反相輸入端4，二極管VD1與電阻R7并聯(lián)后也接IC1腳4，組成采樣電路；IC1腳8與驅(qū)動(dòng)電路電阻R8及半導(dǎo)體照明燈LED相接，輸入電壓B+連接基準(zhǔn)電路與運(yùn)算放大器IC1的電路上有開關(guān)S1；MOSFET的腳2與腳3之間接限流電阻R4；采樣電路的采樣電壓加到運(yùn)算放大器IC1的反相輸入端2、腳4，與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，驅(qū)動(dòng)調(diào)壓管MOSFET1使半導(dǎo)體照明燈LED發(fā)光；當(dāng)流過半導(dǎo)體照明燈的電流發(fā)生變化時(shí)，采樣電壓也發(fā)生變化，運(yùn)算放大器的輸入誤差電壓變化，運(yùn)算放大器的輸出電壓也變化，從而使半導(dǎo)體照明燈驅(qū)動(dòng)電路的電流為恒定。
聚合物鋰電池具有體積小，重量輕，安全性能較好等優(yōu)點(diǎn)，但是充電要求與原來礦燈的鉛酸電池充電架的特性差別較大。為了利用原有充電架對(duì)鋰電池礦燈充電，在礦燈燈頭內(nèi)加裝了電源負(fù)極控制的線性充電電路板，即半導(dǎo)體照明燈后裝的充放電控制的電路板107。
圖5所示，電源負(fù)極控制的線性充電電路。由電壓電流基準(zhǔn)電路、電壓調(diào)整電路及電流限制電路組成；它由5V電源供電。
電壓電流基準(zhǔn)電路含有電阻R103、R106、R107、R108、R111，電容C103、C104、C105，二極管VD101、穩(wěn)壓二極管VD102；電阻R107接電源+5V，并串聯(lián)電阻R108接至電阻R111及電阻R103上，電阻R111接地，并且在電阻R107上連接穩(wěn)壓管VD102后與電阻R111相連；電阻R106與R107并聯(lián)連接二極管VD101后接地，電容C103與電阻R106及二極管VD101并聯(lián)，電容C104與電阻R107并聯(lián)；電容C105與電阻R111并聯(lián)；電阻R103為電壓電流基準(zhǔn)電路輸出，并接電壓調(diào)整電路中的運(yùn)算放大器IC1A的反相輸入端2；電壓調(diào)整電路包括電阻R101、R102、R103、R104、電容C106、二極管VD103、運(yùn)算放大器IC1A、調(diào)整管MOSFET1、半導(dǎo)體照明LED，電阻R101接充電端子B-并與二極管VD103串聯(lián)，組成電壓采樣電路；并且連接電流限制電路運(yùn)算放大器IC1B輸出端腳7；在電阻R101與二極管VD103抽頭，取電壓信號(hào)，接至運(yùn)算放大器IC1A同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1A的端腳8接電源+5，端腳4接地gnd，輸出端腳1串聯(lián)電阻R102接調(diào)整管MOSFET1腳1；MOFET1腳2串聯(lián)半導(dǎo)體照明燈LED后接充電端子B-，MOSFET1腳3接采樣三只并聯(lián)電阻R112，其電阻R112的另一端接地gnd；在運(yùn)算放大器輸出端1上抽頭串聯(lián)電阻R104與電容C106后接至反相輸入端2，將運(yùn)算放大器的輸出電壓反饋；而電流限制電路包括并聯(lián)電阻R112、R109、R110、電容C107及運(yùn)算放大器IC1B，電阻R110與三只并聯(lián)電阻R112及調(diào)整管MOSFET1腳3相連，并且與運(yùn)算放大器IC1B反相輸入端6相接，運(yùn)算放大器IC1B同相輸入端5與電壓電流基準(zhǔn)電路上的電阻R106與二極管VD101之間的抽頭相接；運(yùn)算放大器IC1B的輸出端7與電壓調(diào)整電路上的二極管VD103相接，且運(yùn)算放大器的輸入端腳上連接電容C107電阻R109后接其反相輸入端6，反饋比較電壓信號(hào)給運(yùn)算放大器；所述的充放電控制電路板的電路上二極管VD102的兩端電壓加到運(yùn)算放大器IC1B的相同輸入端，電阻R112兩端的壓降，加到運(yùn)算放大器IC1B的反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較，其差值經(jīng)放大后，又經(jīng)IC1A放大，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管MOSFET1，將鋰電池的充電電流穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，穩(wěn)定電流在800mA，在鋰電池充電時(shí)充足后，電壓調(diào)整電路使充電電路B+、b-端電路輸出恒定電壓4.2V，穩(wěn)壓二極管VD2組成電壓基準(zhǔn)電路電阻R101與二極管VD103組成的電壓采樣電路，運(yùn)算放大器IC1A和調(diào)整管MOSFET1的調(diào)整電路部分，采樣電壓與基準(zhǔn)電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A比較并放大后，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)調(diào)整管MOSFET1，使鋰電池的充電電壓穩(wěn)定在4.2V。
根據(jù)礦燈充電架國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，充電架輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定在5V±0.1V。采用半導(dǎo)體照明燈后，最大工作電流只有350mA，達(dá)到11小時(shí)照明時(shí)間所需電池的容量只有4Ah。這樣采用2/10C充電速率時(shí)，充電電流只有800mA。選用額定工作電流為5A的MOSFET1作串聯(lián)調(diào)整元件，工作過程中串聯(lián)調(diào)整元件最大壓降較小，不加散熱器，串聯(lián)調(diào)整元件也不會(huì)損壞。
圖6所示，過充電、過放電、短路保護(hù)電路板的電路。過充電、過放電、短路保護(hù)電路包含鋰電池保護(hù)集成電路IC301，充、放電控制管MOSFET2，內(nèi)含兩只N溝道的MOSFET，電阻R301、R302、R303，電容C301、C302；單體鋰電池接在B+和B-之間的兩端子，電池組從P+與P-輸出電壓，B+與P+、B-與P-經(jīng)充電控制管MOSFET后連線相接；在B+與P+的連線上接電阻R301電容、C301后接B-，從電阻R301與電容C301之間抽頭接集成電路IC301的VCC腳5，電容C301至B-之間抽頭接集成電路IC301的GND腳6，其上的CS腳2串聯(lián)電阻R302接P-，在B-與P-之間，B-接充、放電控制管MOSFET2的管腳3，P-接其管腳2，MOSFET2的管腳1接集成電路IC301的OD腳1，MOSFET2的管腳4接集成電路IC301的OC腳3；電阻R303與電容C302并聯(lián)后接B-及集成電路IC301的CS腳2上；充電過程中，鋰電池電壓超過額定值-4.35V時(shí)，集成電路IC301的OC腳輸出信號(hào)使充電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止充電；放電過程中，鋰電池的電壓降到額定值2.30V時(shí)，集成電路IC301的OD腳輸出信號(hào)使放電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止放電；集成電路IC301的CS腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制管MOSFET2的導(dǎo)通壓降劇增，CS腳電壓迅速升高，其IC301輸出信號(hào)使充放電控制管MOSFET2迅速關(guān)斷；從而實(shí)現(xiàn)過充電、過放電、過電流保護(hù)。
圖7和圖8所示，帶星型散熱器半導(dǎo)體照明燈。半導(dǎo)體照明燈102的散熱片為星型散熱器。
礦工采礦時(shí)，礦燈必須具有一定的照射角度和照射距離，為了達(dá)到一定的照射距離，在半導(dǎo)體照明燈前加了聚光罩。圖9和圖10所示為聚光罩，由罩體1061、罩體上的凸鏡1062組成。在罩體的底部設(shè)有定位的銷1063。此外為了達(dá)到更遠(yuǎn)的照射距離和一定的照射角度，對(duì)原有礦燈的光反射器進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，圖11和圖12所示為反射器，其外形結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有礦用帽燈中的結(jié)構(gòu)基本相同。
本發(fā)明提供的自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈中采用的鋰電池充電控制電路與鋰電池過充電、過放電、過電流保護(hù)電路主要元器件如下1、二極管VD1 IN41482、穩(wěn)壓二極管VD2 TL431C3、二極管VD103 11DQ104、運(yùn)算放大器IC1ALM3585、運(yùn)算放大器IC1BLM3586、調(diào)壓管MOSFET1 IRFLML24027、鋰電池保護(hù)集成電路IC301 已有專用產(chǎn)品DWO18、充放電控制管MOSFET2 IRF730權(quán)利要求
1.一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，由燈頭(1)、電纜線(2)及充電電池(3)組成；燈頭包括外殼(101)、外殼內(nèi)裝的燈泡(102)、反射器(103)、以及扣在外殼上的鏡片(104)與扣蓋(105)；充電電池包括底殼(201)、殼內(nèi)的電池(202)、電池上蓋(203)及電纜線卡(204)、用螺釘固定在底殼上部的電池蓋片(205)；其特征在于a、所述的燈頭的燈泡為帶散熱片半導(dǎo)體照明燈，其燈前裝有一個(gè)聚光罩(106)，并在燈外殼內(nèi)半導(dǎo)體照明燈后裝有充放電控制的電路板(107)；b、所述的充電電池為鋰電池，在底殼內(nèi)蓋片下面裝有過充電、過放電、短路保護(hù)電路板(206)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，其特征在于所述的半導(dǎo)體照明燈是用固定電壓驅(qū)動(dòng)，或者用恒流源驅(qū)動(dòng)；由電阻R8與二極管VD1組成基準(zhǔn)電壓電路；連接分壓電阻R6、R7，并接到運(yùn)算放大器IC1的同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1的端腳1串電阻R5接調(diào)整管MOSFET的腳1，MOSFET的腳2與電阻R8之間接半導(dǎo)體照明燈LED；MOSFET的腳3接IC1反相輸入端2，及連接并聯(lián)電阻R1、R2、R3，并接低電位B-及IC1反相輸入端4，二極管VD1與電阻R7并聯(lián)后也接IC1腳4，組成采樣電路；IC1腳8與驅(qū)動(dòng)電路電阻R8及半導(dǎo)體照明燈LED相接，輸入電壓B+連接基準(zhǔn)電路與運(yùn)算放大器IC1的電路上有開關(guān)S1；MOSFET的腳2與腳3之間接限流電阻R4；采樣電路的采樣電壓加到運(yùn)算放大器IC1的反相輸入端2、4，與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，驅(qū)動(dòng)調(diào)壓管MOSFET使半導(dǎo)體照明燈LED發(fā)光；當(dāng)流過半導(dǎo)體照明燈的電流發(fā)生變化時(shí)，采樣電壓也發(fā)生變化，運(yùn)算放大器的輸入誤差電壓變化，運(yùn)算放大器的輸出電壓也變化，從而使半導(dǎo)體照明燈驅(qū)動(dòng)電路的電流為恒定；開關(guān)S1不需要照明時(shí)，該開關(guān)斷開，恒流驅(qū)動(dòng)電路的電源中斷，不消耗電池的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，其特征在于所述的充放電控制的電路板的電路為電源負(fù)極控制的線性充電電路，由電壓電流基準(zhǔn)電路、電壓調(diào)整電路及電流限制電路組成；它由5V電源供電；電壓電流基準(zhǔn)電路含有電阻R103、R106、R107、R108、R111，電容C103、C104、C105，二極管VD101、穩(wěn)壓二極管VD102；電阻R107接電源+5V，并串聯(lián)電阻R108接至電阻R111及電阻R103上，電阻R111接地，并且在電阻R107上連接穩(wěn)壓管VD102后與電阻R111相連；電阻R106與R107并聯(lián)連接二極管VD101后接地，電容C103與電阻R106及二極管VD101并聯(lián)，電容C104與電阻R107并聯(lián)；電容C105與電阻R111并聯(lián)；電阻R103為電壓電流基準(zhǔn)電路輸出，并接電壓調(diào)整電路中的運(yùn)算放大器IC1A的反相輸入端2；電壓調(diào)整電路包括電阻R101、R102、R103、R104、電容C106、二極管VD103、運(yùn)算放大器IC1A、調(diào)整管MOSFET1、半導(dǎo)體照明LED，電阻R101接充電端子B-并與二極管VD103串聯(lián)，組成電壓采樣電路；并且連接電流限制電路運(yùn)算放大器IC1B輸出端腳7；在電阻R101與二極管VD103抽頭，取電壓信號(hào)，接至運(yùn)算放大器IC1A同相輸入端3，運(yùn)算放大器IC1A的端腳8接電源+5，端腳4接地gnd，輸出端腳1串聯(lián)電阻R102接調(diào)整管MOSFET1腳1；MOFET1腳2串聯(lián)半導(dǎo)體照明燈LED后接充電端子B-，MOSFET1腳3接采樣三只并聯(lián)電阻R112，其電阻R112的另一端接地gnd；在運(yùn)算放大器輸出端1上抽頭串聯(lián)電阻R104與電容C106后接至反相輸入端2，將運(yùn)算放大器的輸出電壓反饋；而電流限制電路包括并聯(lián)電阻R112、R109、R110、電容C107及運(yùn)算放大器IC1B；電阻R110與三只并聯(lián)電阻R112及調(diào)整管MOSFET1腳3相連，并且與運(yùn)算放大器IC1B反相輸入端6相接，運(yùn)算放大器IC1B同相輸入端5與電壓電流基準(zhǔn)電路上的電阻R106與二極管VD101之間的抽頭相接；運(yùn)算放大器IC1B的輸出端7與電壓調(diào)整電路上的二極管VD103相接，且運(yùn)算放大器的輸入端腳上連接電容C107電阻R109后接其反相輸入端6，反饋比較電壓信號(hào)給運(yùn)算放大器；所述的充放電控制電路板的電路上二極管VD102的兩端電壓加到運(yùn)算放大器IC1B的同相輸入端，電阻R112兩端的壓降，加到運(yùn)算放大器IC1B的反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較，其差值經(jīng)放大后，又經(jīng)IC1A放大，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管MOSFET1，將鋰電池的充電電流穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)，在鋰電池充電時(shí)充足后，電壓調(diào)整電路使充電電路B+、b-端電路輸出恒定電壓4.2V，穩(wěn)壓二極管VD2組成電壓基準(zhǔn)電路及由電阻R101與二極管VD103組成的電壓采樣電路，運(yùn)算放大器IC1A和調(diào)整管MOSFET1組成調(diào)整電路部分，采樣電壓與基準(zhǔn)電壓經(jīng)運(yùn)算放大器IC1A比較并放大后，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的電阻R102、調(diào)整管MOSFET1，使鋰電池的充電電壓穩(wěn)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，其特征在于所述的過充電、過放電、短路保護(hù)電路板的電路，包含鋰電池保護(hù)集成電路IC301，充、放電控制管MOSFET2，內(nèi)含兩只N溝道的MOSFET，電阻R301、R302、R303，電容C301、C302；單體鋰電池接在B+和B-之間的兩端子，電池組從P+與P-輸出電壓，B+與P+、B-與P-經(jīng)充電控制管MOSFET后連線相接；在B+與P+的連線上接電阻R301電容C301 B-，從電阻R301與電容C301之間抽頭接集成電路IC301的VCC腳5，電容C301至B-之間抽頭接集成電路IC301的GND腳6，其上的CS腳2串聯(lián)電阻R302接P-，在B-與P-之間，B-接充、放電控制管MOSFET2的管腳3，P-接其管腳2，MOSFET2的管腳1接集成電路IC301的OD腳1，MOSFET2的管腳4接集成電路IC301的OC腳3；電阻R303與電容C302并聯(lián)后接B-及集成電路IC301的CS腳2上；充電過程中，鋰電池電壓超過額定值-4.35V時(shí)，集成電路IC301的OC腳輸出信號(hào)使充電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止充電；放電過程中，鋰電池的電壓降到額定值2.30V時(shí)，集成電路IC301的OD腳輸出信號(hào)使放電控制管MOSFET2關(guān)斷，鋰電池立即停止放電；集成電路IC301的CS腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制管MOSFET2的導(dǎo)通壓降劇增，CS腳電壓迅速升高，其IC301輸出信號(hào)使充放電控制管MOSFET2迅速關(guān)斷；從而實(shí)現(xiàn)過充電、過放電、過電流保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，其特征在于所述的帶半導(dǎo)體照明燈(102)的散熱片為星型散熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，其特征在于所述的聚光罩(106)由罩體(1061)、罩體上的凸鏡(1062)組成；在罩體的底部設(shè)有定位的銷(1063)。
全文摘要
本發(fā)明提供了自帶充放電控制與保護(hù)系統(tǒng)的半導(dǎo)體照明礦用帽燈，由燈頭1、電纜線2及充電電池3組成；燈頭包括外殼101、外殼內(nèi)裝的燈泡102、反射器103、以及扣在外殼上的鏡片104與扣蓋(105)；充電電池包括底殼201、殼內(nèi)的電池202、電池上蓋203及電纜線卡204、用螺釘固定在底殼上部的電池蓋片205；其特點(diǎn)是a.燈頭的燈泡為帶散熱片半導(dǎo)體照明燈，其燈前裝有一個(gè)聚光罩106，并在燈外殼內(nèi)半導(dǎo)體照明燈后裝有充放電控制的電路板107與電路；b.充電電池為鋰電池，在底殼內(nèi)蓋片下面裝有過充電、過放電、短路保護(hù)電路板206與電路。具有體積較小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)工作量小，使用安全等優(yōu)點(diǎn)?？稍诟鞣N礦井內(nèi)的使用。
文檔編號(hào)F21L4/08GK1558137SQ200410005148
公開日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月9日
發(fā)明者許福貴, 王鴻麟, 賈留寶, 范龍來 申請(qǐng)人:山西光宇電源有限公司