CN103218063A - 双超级电容发光笔电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无电池充电的电子白板发光笔的电路，其采用双超级电容的方案，在电容总容量基本不变的情况下，大幅度延长了放电时间，提高了电容利用率。包括充电电路、控制电路、发光驱动电路、主超级电容，引入了副超级电容，充电电路也连到副超级电容并可为其充电，主超级电容为发光驱动电路独立供电，副超级电容连为控制电路独立供电，所述主超级电容的容量远远大于所述副超级电容的容量。其有益效果是，在增加了很小的副超级电容后，一次充电后发光笔的工作时间可以延长约70％。

Description

双超级电容发光笔电路

技术领域

本发明涉及一种电子笔的电路，尤其是一种用于电子白板的发光笔的双超级电容发光笔电路。

技术背景

在基于图像处理的电子白板系统中，用到发光笔。这种发光笔一般进行红外光发射来指示位置。在这种笔中必须有电源供应。现有产品一般采用一次性电池或可充电电池作为电源，有以下缺点：1.普通电池或充电电池在生产过程中和废弃后有严重的环境污染；2.普通电池作为耗材使用费用较高，为了便于电池更换笔的结构较复杂；3.电池存在运输和存储的安全隐患；4.充电电池的使用寿命较短，在使用的后期容量迅速下降。在专利号ZL201020629312.6，名称为“采用超级电容器的电子笔”中国发明专利中提供了一种不采用化学电池而采用超级电容器作为电源的电子笔技术方案，这种电子笔具有无污染，可以超快速充电，寿命极长，重量轻的优点。但在其技术方案的应用中也有一些问题需要解决。阐述如下：一般充电电源利用计算机USB接口的5V电源，而目前普通超级电容的额定电压在2.7V。这样如果采用两个超级电容串联后充电，则每个电容的分压为2.5V，无法充分利用其容量，且串联方式极易出现两电容电压不平衡造成过压损害；而如果用并联或单个超级电容充电作为唯一的供电电源，则也有问题，就是虽然发光管的正向导通电压较低，但光笔中的控制电路一般需要2V以上的工作电压，这样超级电容的放电区间仅为2.7V-2V＝0.7V，同样不能充分利用超级电容的容量，放电时间过短。目前已有的产品设计中以增加超级电容容量的办法来延长放电时间，但这增大了产品体积，同时成本也相应增大，这对于发光笔产品是很大的弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种在超级电容总容量和总体积基本不变的前提下，大幅度延长放电时间的电路方案。

为达到上述目的，本发明的双超级电容发光笔电路，包括充电电路1、控制电路2、发光驱动电路3、主超级电容5，所述充电电路1连到主超级电容5并可为其充电；另外还包括副超级电容4，所述充电电路1也连到所述副超级电容4并为其充电，所述主超级电容5连到所述发光驱动电路3为其独立供电，所述副超级电容连4到所述控制电路2为其独立供电，所述主超级电容5的容量远远大于所述副超级电容4。

充电时，主、副超级电容都得到充电；工作时，发光驱动电路由主超级电容供电，而控制电路由副超级电容供电。发光笔中一般采用正向导通电压较低的LED，特别是红外发射管，其正向导通电压低于1.3V，而工作电流较大，约为50mA。而控制电路一般采用MCU等逻辑电路，电耗较低，一般小于1mA，但工作电压在2V或更高。采用本使用新型的电路方案，主超级电容在电压降到1.5V左右仍然可以很好地为发光驱动电路供电3，从而放电区间增加到1.2V左右；而副超级电容虽然容量较低，且放电区间小于0.7V(2.7V-2.0V)，但由于控制电路2耗电小，因此仍然能够维持更长的放电时间，所以笔的总体放电工作时间仅取决于主超级电容。据此，相比于仅有一组超级电容的方式，本发明的放电时间可以延长约70％。

附图说明

图1是本发明的双超级电容发光笔电路结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的具体电路原理图；

图中：充电电路1，控制电路2，发光驱动电路3，副超级电容4，主超级电容5，发光二极管6，副隔离二极管7，主隔离二极管8，充电限流电阻9，充电稳压块10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1给出了本发明的双超级电容发光笔电路的电路结构图，充电电源输入端Power连到充电电路1，充电电路1连到副超级电容4和主超级电容5并可同时为其充电；控制电路2的电源端连到副超级电容4，从而可以独立工作，它接受来自笔上的控制信号，并发送信号到发光驱动电路3使其驱动发光二极管6；发光驱动电路3的电源端连到主超级电容5从而获得独立供电。

图2是本发明的一个实施例的具体电路原理图。本实施例是一种笔头内有850nm红外发光管的发光笔，它通过笔外壳上一个MiniUSB插座可以连到USB口进行充电，所以充电电压约5V。其中充电电路1由一个充电限流电阻9，一个充电稳压块10，以及副隔离二极管7和主隔离二极管8构成；充电限流电阻9是一个10欧母/2W水泥电阻，它可以确保充电电流不会超过USB接口的极限电流500mA。主超级电容5采用两个20法拉/2.7V的超级电容相并联得到40法拉的容量，副超级电容4则是3法拉/2.7V的小型超级电容，两个超级电容实际可以承受2.85V电压而不损坏。充电稳压块10是一个3V输出的稳压块，其输出通过两个肖特基二极管7和8对主超级电容5和副超级电容4进行充电。由于主隔离二极管8和副隔离二极管7压降的存在，实际测量长时间充电后两个超级电容上的最高电压不超过2.8V，因此是高效和安全的。由于两个隔离二极管的存在，当充电结束后两个超级电容的放电过程完全独立，且不会发生回流漏电。控制电路2是由PIC12F629 MCU构成，其输出连接到由电阻和三极管构成的发光驱动电路3，控制电路2的工作电流小于1mA，PIC12F629的最低工作电压为1.9V，因此充电后副超级电容的连续放电时间大于1500秒钟。主充电电容独立对发光驱动电路供电，在本实施例中，红外发光二极管的正向导通电压约1.2V，因此可以假设1.5V供电可以良好工作，红外发光管的工作电流设定为40mA，这样其每次连续放电时间约为1200秒。在本实施例中，为控制电路2供电的副超级电容4的放电时间远长于为发光驱动电路3供电的主超级电容5的放电时间，这样还可以在发光驱动电路3无法得到充足供电时，控制电路2对其进行控制，如控制其停止工作防止出现误动作。还可以实现充电监控、充电指示等工作。本实施例在40法拉的主超级电容的基础上，仅增加了体积很小且廉价的3法拉的副超级电容，就增加了70％的放电时间，其有益效果是显著的。

本实施例中，充电电路1采用充电限流电阻与充电稳压块的组合及顺序是根据以下原理确定的：首先，充电稳压快10的存在确保了超级电容4、5上不会发生过电压，充电限流电阻9的作用是防止出现电流过大而损坏USB接口或稳压快10，也防止稳压快10进入过流保护状态；充电限流电子9如果连接在稳压快10之后也能起到上述作用，但这样在超级电容接近充满时，充电电流趋近于0，导致充电时间较长，因此本实施例将充电限流电阻连接在充电稳压快10之前。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们及其附图并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (3)

1.一种双超级电容发光笔电路，包括充电电路(1)，控制电路(2)、发光驱动电路(3)、主超级电容(5)，所述充电电路(1)连到主超级电容(5)并可为其充电，其特征在于：还包括副超级电容(4)，所述充电电路(1)也连到所述副超级电容(4)并可为其充电，所述主超级电容(5)连到所述发光驱动电路(3)为其供电，所述副超级电容连(4)到所述控制电路(2)为其供电，所述主超级电容(5)的容量远远大于所述副超级电容(4)。

2.根据权利要求1所述的一种双超级电容发光笔电路，其特征在于：所述充电电路(1)由充电限流电阻(9)、充电稳压块(10)，以及主隔离二极管(8)和副隔离二极管(7)构成，电源输入连接到所述充电限流电阻(9)，再连接到所述充电稳压块(10)的输入端，充电稳压块(10)的输出连到主隔离二极管(8)和副隔离二极管(7)，然后分别连到主充电电容(5)和副充电电容(4)。

3.根据权利要求1所述的一种双超级电容发光笔电路，其特征在于：所述的主超级电容(5)其容量大于10法拉，所述的副超级电容(4)其容量小于主超级电容的1/10。

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