CN105509093A - 一种低功耗智能电弧打火机电路及打火方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低功耗智能电弧打火机电路及打火方法，具有低功耗、智能化、结构简单、安全性好、节能环保等特点，它由电源组件、三极管控制的半谐波高频振荡电路、高频引弧对和MCU(微控制器)构成,各部分之间的连接关系在摘要附图中展示。三极管控制的半谐波高频振荡电路包括功率场效应管开关、三极管、整流二极管、反馈电阻、稳压电容和升压变压器。升压变压器由初级绕组、次级绕组和正反馈绕组构成。电源组件包括锂电池、单节锂电池恒定电流恒定电压线性充电芯片和两个LED指示灯。在已有的电弧打火机的基础上，通过加入MCU，智能化控制电路的充放电过程，监测锂电池状态，并通过LED指示灯提示用户。

Description

一种低功耗智能电弧打火机电路及打火方法

技术领域

本发明涉及电弧打火机领域，以锂电池供能、USB接口充电，通过MCU(微控制器)控制，尤其是涉及一种低功耗智能电弧打火机电路及打火方法。

背景技术

打火机是小型取火装置,主要用于吸烟取火，也用于炊事及其他取火。打火机主要部件是发火机构和贮气箱，发火机构动作时，迸发出火花射向燃气区，将燃气引燃。根据发火机构的特点，打火机可分为火石钢轮打火机、压电陶瓷打火机、磁感应打火机、电池打火机、太阳能打火机、微电脑打火机等。火石钢轮打火机发热量大、燃点率较高，其缺点是操作不够轻快、火石钢轮容易磨损。压电陶瓷和磁感应打火机存在放电时间短、点火成功率低等缺点。且上述传统类型打火机都以燃油或者燃气作为能源，燃烧会产生废气，不节能、不环保。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种低功耗智能电弧打火机电路，其特征在于：包括：

电源组件：包括一个与充电芯片连接的充电电池组和LED指示灯，用于给整个打火机电路供电；

三极管控制的半谐波高频振荡电路：功率场效应管电子开关及其触发电路、三极管、整流二极管、反馈电阻、稳压电容、升压变压器；升压变压器由初级绕组、次级绕组和正反馈绕组；其中，三极管集电极经过初级绕组接锂电池正极，发射极经过功率场效应管构成的电子开关与电源负极连接，基极与整流二极管负极相连；所述三极管基极与二极管负极之间并有稳压电容，所述电容的另一端接锂电池负极；正反馈绕组一端接锂电池正极，另一端依次经过反馈电阻、整流二极管与功率三极管基极连接形成正反馈支路；所述反馈电阻与功率三极管基极串联有整流二极管，其正极与反馈电阻相连，负极与三极管基极相连；所述次级绕组通过铁芯与初级绕组耦合，并与所述的高频引弧对相连；功率场效应管电子开关的触发电路与所述功率场效应管栅极连接，控制功率场效应管的导通和截止，其触发信号来自MCU的8引脚；

高频引弧对：两脚分别接在升压变压器次级绕组两端；

微控制器：检测电池状态、开关导通情况，产生相应信号控制电路；检测充电芯片输出的锂电池状态信号，并产生相应控制信号，当锂电池充电中，强制断开振荡电路，使之不能打火；检测充电芯片输出的锂电池状态信号，并产生相应控制信号，当锂电池正在充电时点亮充电指示灯，当锂电池充满电后点亮充电完成指示灯。

本发明涉及的一种低功耗智能电弧打火机以电感线圈和锂电池取代了火石和燃油。锂电池具有体积小、能量密度大、输出功率大、可循环充电、使用寿命长的特点，且不产生有毒有害气体，较传统打火机有健康、环保的明显优势。本电路加入了高性能恒定电流恒定电压线性锂电池充电芯片，以保证锂电池安全、可靠、快速地充电，提高电池的使用寿命。本发明通过USB接口充电，不仅能利用专用的充电器充电，还能利用移动电源、车载电源、电脑USB接口等充电，充电途径多样，十分方便。同时加入高性能MCU，可以智能化检测电池状态并控制电路充放电过程：当锂电池处在充电中，MCU控制放电回路断开，提高了打火机使用安全性，并通过LED灯提示用户正在充电，方便了用户的使用；当锂电池充电完毕，通过LED灯提示用户电已充满及时移除外接电源；在待机状态时，控制MCU的开关断开，将MCU电源切断，使得整个电路全部关断，不存在待机功耗，体现本电路低功耗特征。本发明通过电感线圈升压、高频引弧对点火，不存在传统打火机点火装置易损坏的问题，点火成功率更高，具有一定防风能力，更加经久耐用。

在上述的一种低功耗智能电弧打火机电路，电源组件中充电芯片为单节锂电池恒定电流恒定电压线性充电芯片，LED指示灯为两个，采用锂电池用作直流电源，通过USB接口对锂电池进行充电；所述充电芯片的1脚接微控制器的3脚，是充电状态输出脚，包括强下拉、弱下拉和高阻抗三种状态;2脚接地;3脚分别与锂电池和两个指示灯正极相连，其输出电流对锂电池充电;4脚接充电电源正极;5脚用于设置充电电流，通过电阻R8接到地，本电路充电电流设定为333mA。

在上述的一种低功耗智能电弧打火机电路，由微控制器对整个电路进行状态检测和工作过程控制。

一种采用低功耗智能电弧打火机电路的打火方法，其特征在于，包括：

充电步骤：充电芯片1脚接MCU的3脚，向MCU输出充电状态，包括强下拉、弱下拉和高阻抗三种状态;2脚接地;3脚分别与锂电池和两个指示灯正极相连，其输出电流对锂电池充电;4脚接充电电源正极;5脚用于设置充电电流大小，通过电阻R8接到地；

监控充电状态步骤：MCU3脚用于读取充电芯片1脚输出的信号；当对电池充电时，充电芯片内部NMOS管将1脚拉低，MCU9脚输出低电平，充电状态指示LED1亮，提示用户锂电池正在充电；充电循环结束时，一个约20微安的弱下拉电流接到充电芯片1脚，MCU7脚输出低电平，充电状态指示LED2亮，表示充电完成；当检测到欠压闭锁条件时，1脚被设为高阻抗态，MCU7脚和9脚同时输出高电平，两个LED指示灯均灭；

打火步骤：当开关S2闭合，MCU1脚输入高电平；开关S1闭合，MCU2脚输入低电平；MCU3脚检测到高阻态同时满足时，MCU8脚输出高电平；所述功率场效应管电子开关Q2导通，使得三极管Q1发射极被拉到低电平，控制的半谐波高频振荡电路导通，升压变压器的次级绕组上产生高压，引起高频引弧对打火。

因此，本发明具有如下优点：通过电感线圈升压、高频引弧对点火，不存在传统打火机点火装置易损坏的问题，点火成功率更高，具有一定防风能力，更加经久耐用。

附图说明

图是本发明的系统框图。

图2是本发明的详细电路图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

附图1是系统框图，描述了该电路各部分之间信号的走向。其中MCU能够读取电源组件信息和开关通断信息，产生相应控制信号控制振荡电路通断和LED指示灯亮灭。当MCU读取到锂电池处于充电状态的信息时，控制振荡电路被断开，保证使用的安全性；同时读取到锂电池不在充电状态和开关关闭信号时才导通振荡电路。锂电池为振荡电路、MCU和LED指示灯供能。外部充电电流依次经过USB接口、充电芯片给锂电池充电。

附图2是详细电路图。一种低功耗智能电弧打火机电路存在多种状态，通过MCU检测电路所处状态并产生相应的控制信号。当锂电池处于充电状态时，充电芯片1脚输出充电信号到MCU3脚，MCU8脚输出低电平将振荡电路断开，同时在9脚输出低电平点亮LED2提示用户正在充电。锂电池充电完成但外接电源未移除时，MCU6脚输出低电平点亮LED1提示用户充电完成。当MCU检测到充电完成信号和开关闭合信号时，8脚输出高电平，导通功率场效应管开关Q2，振荡电路产生高频半谐波。振荡电压经过升压线圈在高频引弧对产生高压将空气击穿，产生具有超高温的蓝紫色电弧。当电路处于待机状态时，开关断开切断MCU电源，更加节省功耗。下面详细描述电路的连接方法：

MCU检测电路状态并产生相应的控制信号。1脚是电源输入脚，通过开关S2接锂电池正极，电路待机状态时控制MCU的开关S2断开，切断MCU电源，使得整个电路关闭，不存在待机功耗，体现本电路低功耗特征。2脚接接在一个电阻R2和一个开关S1之间，R2一端接锂电池正极，另一端接MCU2脚；S1一端接MCU2脚，另一端接地。开关S1断开时2脚输入为高电平，S1导通2脚输入低电平。3脚接充电芯片1脚，存在三种输入状态：强下拉、弱下拉和高阻态。4脚通过电阻R6接锂电池正极，同时也接在R5和R7之间。R5一端接R7，另一端接充电电源正极。R6一端接R5，另一端接锂电池正极。R7一端接R5，另一端接地。MCU的5脚和6脚都悬空。7脚和9脚分别通过R9和R10接指示灯LED1和LED2的负极。8脚通过分压电阻R3和R4接到功率场效应管开关的栅极，R4的另一端接地。10脚接地。

三极管控制的半谐波高频振荡电路包括：三极管Q1、整流二极管D1、反馈电阻R1、稳压电容C1和升压变压器。升压变压器由初级绕组、次级绕组和正反馈绕组构成。高频振荡电路的点火开关为功率场效应管Q2构成的无触点电子开关。Q2栅极接在分压电阻R3、R4之间，源极和衬底极接地，漏极接到三极管Q1的发射极。三极管Q1集电极经过初级绕组接锂电池正极，发射极经过功率场效应管构成的电子开关与地连接，基极与整流二极管D1负极相连。Q1基极与D1负极之间并联一个大容值稳压电容C1，C1的另一端接地。利用C1上电压不能突变的原理，保证在电路导通瞬间Q1基极电压不会迅速降低，从而保证了Q1集电结上的瞬时反偏电压不会过高而击穿三极管，该措施能有效保护振荡电路、延长电路使用寿命。初级绕组一端接Q1集电极，另一端接锂电池正极，并通过铁芯与次级绕组耦合。正反馈绕组一端接锂电池正极，另一端依次连接反馈电阻R1、整流二极管D1正极与功率三极管Q1基极连接形成正反馈支路。反馈电阻一端接正反馈绕组，另一端接D1正极。所述反馈电阻与功率三极管基极串联有整流二极管D1，其正极与反馈电阻相连，负极与三极管Q1基极相连。所述次级绕组与初级绕组通过铁芯耦合，且次级绕组匝数与初级绕组匝数比为N:1(N>1),起到升压作用，次级绕组两端与所述的高频引弧对相连。

电源组件包括：锂电池、单节锂电池恒定电流恒定电压线性充电芯片和两个LED指示灯。本发明采用锂电池用作直流电源，通过USB接口对锂电池进行充电。所述充电芯片1脚是充电状态输出脚，接MCU的3脚，能输出三种状态：强下拉、弱下拉和高阻抗分别代表锂电池充电中、电池充满和外接电源移除。2脚接地。3脚输出充电电流，分别与锂电池正极和两个指示灯正极相连，其输出电流对锂电池充电。4脚接充电电源正极。5脚用于设定充电电流，充电时该引脚电压设定在1V，充电电流与外接电阻的关系为I=1/R。本电路中5脚通过电阻R8接到地，用于将充电电流设定到333mA。锂电池正极与地之间接了一个电容C2，以减少纹波。C2一端接锂电池正极，一端接地。LED1正极与锂电池正极相连，负极通过电阻R9接到MCU7脚，当锂电池充满MCU7脚产生低电平信号，将LED1点亮，提示用户锂电池已经充满。LED2正极与锂电池正极相连，负极通过电阻R10接到MCU9脚，当锂电池充电中MCU9脚产生低电平，将LED2点亮，提示用户正在充电中。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种低功耗智能电弧打火机电路，其特征在于：包括：

电源组件：包括一个与充电芯片连接的充电电池组和LED指示灯，用于给整个打火机电路供电；

三极管控制的半谐波高频振荡电路：功率场效应管电子开关及其触发电路、三极管、整流二极管、反馈电阻、稳压电容、升压变压器；升压变压器由初级绕组、次级绕组和正反馈绕组；其中，三极管集电极经过初级绕组接锂电池正极，发射极经过功率场效应管构成的电子开关与电源负极连接，基极与整流二极管负极相连；所述三极管基极与二极管负极之间并有稳压电容，所述电容的另一端接锂电池负极；正反馈绕组一端接锂电池正极，另一端依次经过反馈电阻、整流二极管与功率三极管基极连接形成正反馈支路；所述反馈电阻与功率三极管基极串联有整流二极管，其正极与反馈电阻相连，负极与三极管基极相连；所述次级绕组通过铁芯与初级绕组耦合，并与所述的高频引弧对相连；功率场效应管电子开关的触发电路与所述功率场效应管栅极连接，控制功率场效应管的导通和截止，其触发信号来自MCU的8引脚；

高频引弧对：两脚分别接在升压变压器次级绕组两端；

微控制器：检测电池状态、开关导通情况，产生相应信号控制电路；检测充电芯片输出的锂电池状态信号，并产生相应控制信号，当锂电池充电中，强制断开振荡电路，使之不能打火；检测充电芯片输出的锂电池状态信号，并产生相应控制信号，当锂电池正在充电时点亮充电指示灯，当锂电池充满电后点亮充电完成指示灯。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗智能电弧打火机电路，其特征在于，电源组件中充电芯片为单节锂电池恒定电流恒定电压线性充电芯片，LED指示灯为两个，采用锂电池用作直流电源，通过USB接口对锂电池进行充电；所述充电芯片的1脚接微控制器的3脚，是充电状态输出脚，包括强下拉、弱下拉和高阻抗三种状态；2脚接地；3脚分别与锂电池和两个指示灯正极相连，其输出电流对锂电池充电；4脚接充电电源正极；5脚用于设置充电电流，通过电阻R8接到地，本电路充电电流设定为333mA。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗智能电弧打火机电路，其特征在于，由微控制器对整个电路进行状态检测和工作过程控制。

4.一种采用低功耗智能电弧打火机电路的打火方法，其特征在于，包括：

充电步骤：充电芯片1脚接MCU的3脚，向MCU输出充电状态，包括强下拉、弱下拉和高阻抗三种状态；2脚接地；3脚分别与锂电池和两个指示灯正极相连，其输出电流对锂电池充电；4脚接充电电源正极；5脚用于设置充电电流大小，通过电阻R8接到地；

监控充电状态步骤：MCU3脚用于读取充电芯片1脚输出的信号；当对电池充电时，充电芯片内部NMOS管将1脚拉低，MCU9脚输出低电平，充电状态指示LED1亮，提示用户锂电池正在充电；充电循环结束时，一个约20微安的弱下拉电流接到充电芯片1脚，MCU7脚输出低电平，充电状态指示LED2亮，表示充电完成；当检测到欠压闭锁条件时，1脚被设为高阻抗态，MCU7脚和9脚同时输出高电平，两个LED指示灯均灭；

打火步骤：当开关S2闭合，MCU1脚输入高电平；开关S1闭合，MCU2脚输入低电平；MCU3脚检测到高阻态同时满足时，MCU8脚输出高电平；所述功率场效应管电子开关Q2导通，使得三极管Q1发射极被拉到低电平，控制的半谐波高频振荡电路导通，升压变压器的次级绕组上产生高压，引起高频引弧对打火。