一种提高led灯中电池组寿命的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高LED灯中电池组寿命的系统和方法，包括电池盒控制器和LED灯组，电池盒控制器包括有：直流电源BT，轻触开关S，单片机IC，外部振荡电路，限流滤波防反接供电回路，DC-DC升压电路，在控制器不断电的情况下，程序设定随着时间改变自动增加占空比。通过DC-DC升压电路给系统提供足够的电压，通过占空比增加，保证了随时间改变，电池电压不足时，供电输出电量基本不变。采用本系统和方法能够取得很好的节能效果。
【专利说明】—种提高LED灯中电池组寿命的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及节能领域，具体涉及通过单片机控制达到节能目的的电池组节能系统以及通过该系统实现的节能方法。
技术背景
[0002]在我国大力倡导节能环保的今天，有一份的节能就是有一份的贡献，智能控制领域，虽然整体一个系统耗电量不是很多，但是，当大范围的应用中就会有比较显著地节电效果和节能意义，当我们在街道上看到如LED组成的霓虹灯工作时，会有很强的增加视觉的效果，但是现有LED供电设计中对于LED灯组较多时，为了保证LED供电电压和电流和保护LED正常工作，采用的主要方式是:增加电源电压，同时在LED灯组串联限流电阻，这种方式可以保证LED正常工作，但是串联限流电阻必然带来限流电阻的能耗，减少电池使用寿命。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提高输出电压，以达到LED的工作电压，减少限流电阻的无用功消耗，以及通过软件编程在单片机上实现，随时间改变增加占空比，减少电量供应，从而降低能耗，节约电池的使用时间。
[0004]本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是:一种提高LED灯中电池组寿命的系统，包括电池盒控制器和LED灯组，其特征在于:电池盒控制器包括有:直流电源BT，轻触开关S，单片机1C，外部振荡电路，限流滤波防反接供电回路，DC-DC升压电路，直流电源BT，单片机IC分别与直流电源，轻触开关S，外部振荡电路，限流滤波防反接供电回路，DC-DC升压电路相连接。
[0005]其中单片机连接有外部晶振电路能够提供较高频率方波和较为稳定的工作状态，单片机内部集成有定时器和分频器，可以通过扫描溢出，来精确任意设定控制器的开启和关闭时间，单片机ROM中可以写入客户需要的各种闪烁机码，设置轻触开关，通过闭合时的单片机输入出口的电平变化，开启控制器，顺序转换多种灯跳模式，长按(大于3秒)可以关闭控制器，由于3节AA电池的工作范围在4.5V-2.7V之间，电池使用的早期，由于电池电压比较高，经过DC-DC转换输出的电压也比较高，LED灯串就比较明亮，随着电池电压的降低，LED就会明显变暗，为了解决这个问题，在控制器不断电的情况下，程序设定了随着时间改变自动增加占空比的功能，确保LED亮度基本不变。由于采用的3节AA电池，所以输出电压只有4.5V，为了点亮正常工作电压3V左右的绿蓝LED，需要将若干个LED并联，为了达至IJ设计电流，往往还要串联电阻，在电阻上浪费了能量。单片机输出可变化占空比的150KHZ的方波，配合外围电阻电容二极管三极管，就能得到升高的电压，确保不用串联电阻就能输出合适的电压供给LED工作，避免了电能的浪费。
[0006]优选地，DC-DC升压电路由两个电阻R3、R4，两个电容C4、C5，色环带磁芯电感LI，开关二极管D2，开关三极管Ql连接组成，连接方式为:单片机输出端口依次串联连接电阻R3，R4后接地，单片机输出端口连接电容C4的一个极板，另一块极板连接到三极管的基极，R3和R4之间并接一根导线到三极管基极，三极管发射极接地线，直流电源连接电感LI，电感LI另一端连接三极管Ql集电极、二极管D2正极，二极管负极与地线之间连接电容C5。
[0007]优选地，限流滤波防反接供电回路由二极管D1，电阻R2和电容C3连接组成，连接方式为:二极管Dl正极连接直流电源正极，二极管Dl负极通过电阻R2连接到单片机端口，二极管负极通过电容C3后接地。
[0008]优选地，以上所述电阻采用碳膜电阻，所述电容采用瓷片电容。
[0009]采用上述系统，会出现这样一个现象，就是电池使用的早期，由于电池电压比较高，经过DC-DC转换输出的电压比较高，LED灯组比较明亮，随着电池电压的降低，LED就会明显变暗。
[0010]为了解决上述技术问题，本发明采用软件程序解决方法是:一种提高LED灯中电池组寿命的方法，在控制器不断电的情况下，程序设定随着时间改变自动增加占空比。
[0011]优选地，当按键按下时，关闭方波输出，计时清零，计数器清零，从新计时累加记数。
[0012]通过占空比增加，保证了随时间改变，电池电压不足时，供电输出电量基本不变，这样就能够确保LED亮度基本不变，增加了 LED输出的亮度的稳定性。
[0013]优选地，单片机输出可变化占空比的150KHZ的方波，变化的速率小于5毫秒。
[0014]优选地，单片机输出的矩形波占空比数值变化范围在0-75%之间。
[0015]优选地，低占空比、中占空比、高占空比的数值分别为42%、46%和50%。
[0016]采用本发明方法能够达到的有益效果是:在电池电量充足时间段，提供较低占空比的电压，能够满足灯组的亮度需求，当随着电池电量不足时，单片机控制输出电压占空比增加满足供电需求，这样有一段时间流过LED的电流很小，或者为零，等于关闭了电源，由于电压变化非常快，大于人的视觉停留时间，因此人眼感觉不到LED变暗或者不亮，达到了节能的效果。
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的电路连接图
[0019]图2是DC-DC等效升压电路图
[0020]图3是本发明方法的单片机上电工作流程图
【具体实施方式】
[0021]如图1所示的电路连接图，包括电池盒控制器I和LED灯组2，电池可控制器I由单片机连接由电容Cl、C2，晶振Y组成的晶振电路模块，直流电源BT，由轻触S和电阻Rl组成的按键模块，由电阻R2、电容C3和二极管Dl组成的限流滤波防反接供电电路，由电阻R3、R4，电容C4、C5，三极管Ql，二极管D2和色环带磁芯电感组成的DC-DC升压电路。
[0022]如图2所示的等效DC-DC升压电路，输入一个较低的直流电压，通过一部分时间的开关S闭合，向电感L在充电,然后再断开开关S,输出电压就是UI+UL,输出电压大于输入电压，实现了生压。
[0023]在图1实际使用的线路中，图2中的开关换成了开关三极管，利用单片机输出的具有一定频率具有一定占空比的高频矩形波，控制三极管的饱和导通和截止，Uo=Ui/l-D, (D是占空比。实际应用中，在4节电池6V供电的情况下，将输出电压升高到24V，就需要单片机输出占空比为75%的矩形波，如单片机程序控制的方波输出是在0-75%之间变化的，变化的速率小于5毫秒,输出的电压在6V-24V之间变化,这样有一段时间输出电压低于灯串LED的工作电压，这段时间所产生的电流很小，或者根本没有电流，这样等于短时间关闭了电源，但由于电压变化非常快，变化速率大于人眼的视觉停留时间，因此人眼感觉不到LED变暗或者不亮，达到了节能的效果。
[0024]单片机中软件【具体实施方式】如图3所示，包括计时工作时间6小时模块，断电时间模块18小时，共计24小时。计时工作时间模块，单片机上电工作后，计数器清零，计时开始；单片机输出可变化占空比的150KHZ的方波，变化的速率小于5毫秒，单片机输出的矩形波占空比数值变化范围在0-75%之间，低占空比、中占空比、高占空比的数值分别为42%、46%和50%，当计数器数值为0-9:输出低占空比方波，当计数器数值为10-19:输出中占空比方波，当计数器数值为>20或=20:输出高占空比方波；在控制器不断电情况下，计时累加，并判断是否按键按下，若是，则关闭方波输出，再次判断是否按键按下，若是，则计时器清零，计时清零，从新开始计时；若没有按键按下，判断持续工作时间是否超过6小时，若没有超过6小时，则持续累加计时；若超过6小时，则关闭方波输出，LED灯关闭，进入断电时间模块；计时清零，从新计时累加，在此阶段单片机控制没有电压输出；判断按键是否按下，若按键按下，则进入计时工作时间模块，点亮LED灯；判断时间是否超过18小时，若超过18小时，计时清零，计数器清零，转到计时工作时间模块，若小于18小时，则持续累加计时。
[0025]上电工作后，计数器清零，计时开始，6小时开，18小时关(开关时间可由程序随意设定)，终而复始，不停循环工作，通过单片机控制实现智能控制LED灯在一定的时间范围内工作，避免了因工作时间较长带来的能量浪费。
[0026]本发明取得的有益效果是:利用人眼的视觉停留时间，减少LED灯的实际工作时间，达到节流的的目的，并且不影响LED灯的整体视觉效果，在整体设计中，智能控制LED灯系统的工作时间区间，避免了人工控制带来的不稳定性，在一定程度上，达到节能的效果。
【权利要求】
1.一种提高LED灯中电池组寿命的系统，包括电池盒控制器和LED灯组，其特征在于:电池盒控制器包括有:直流电源BT，轻触开关S，单片机1C，外部振荡电路，限流滤波防反接供电回路，DC-DC升压电路，单片机IC分别与直流电源BT，轻触开关S，外部振荡电路，限流滤波防反接供电回路，DC-DC升压电路相连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于=DC-DC升压电路由两个电阻R3、R4，两个电容C4、C5，色环带磁芯电感LI，二极管D2，三极管Ql连接组成，连接方式为:单片机输出端口依次串联连接电阻R3，R4后接地，单片机输出端口连接电容C4的一个极板，另一块极板连接到三极管的基极，R3和R4之间并接一根导线到三极管基极，三极管发射极接地线，直流电源连接电感LI，电感LI另一端连接三极管Ql集电极、二极管D2正极，二极管负极与地线之间连接电容C5。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于:限流滤波防反接供电回路由二极管D1，电阻R2和电容C3连接组成，连接方式为:二极管Dl正极连接直流电源正极，二极管Dl负极通过电阻R2连接到单片机端口，二极管负极通过电容C3后接地。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于:电阻采用碳膜电阻。
5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于:电容采用瓷片电容。
6.一种利用权利要求1所述系统提高LED灯中电池组寿命的方法，其特征在于:在控制器不断电的情况下，程序设定随着时间改变自动增加占空比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:单片机输出可变化占空比的150KHZ的方波，变化的速率小于5毫秒。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:单片机输出的矩形波占空比数值变化范围在0-75%之间。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:当按键按下时，关闭方波输出，计时清零，计数器清零，从新计时累加记数。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:低占空比、中占空比、高占空比的数值分别为 42%、46% 和 50%ο
【文档编号】H05B37/02GK104378868SQ201310357470
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】宋丹枫 申请人:浙江世宸工贸有限公司