CN113365390B - 一种充电式台灯 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种充电式台灯，包括：电源适配器接口、电池模块、充电控制模块、升压模块、黄光二极管阵列、白光二极管阵列、触摸开关模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管。本发明可提高对充电式台灯负载供电效率，实现在外接电源配适器时，切断电池对负载的供电，并且在开灯状态下以小电流对电池模块充电，在关灯状态下以正常供电电流对电池模块充电，提高了充电式台灯对电源适配器的通用性，还可实现根据是否外接电源配适器灵活控制对负载的输出功率，提高电池模块供电续航时间。

Description

一种充电式台灯

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种充电式台灯。

背景技术

充电式台灯具有较高的实用度，相比插电式台灯，其具有携带灵活、使用方便的优点。目前的充电台灯在设计中尚存在以下方面的不足：一、连接电源适配器时，电源适配器直接为LED供电，由于LED典型电压都是3V左右，而电源适配器供电规格一般为5V1A，则有2V的电压差需要降压，根据欧姆定律，需要2W电阻耗散，电阻消耗了40％功率，对LED的供电效率低，同时电路板的发热量大；二、连接电源适配器时，若亮灯的同时充电，则需要使用供电规格为5V2A的电源适配器，因此现有的充电式台灯对电源适配器的通用性不够，若外接了供电规格为5V1A的电源适配器，则分配于LED的功率减小，LED的亮度会偏暗。

因此，如何克服现有充电式台灯能效低，发热量大，充电时LED亮度偏暗的不足，以及如何提高充电式台灯对电源适配器的通用性成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种充电式台灯，包括：电源适配器接口、电池模块、充电控制模块、升压模块、黄光二极管阵列、白光二极管阵列、触摸开关模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述电源适配器接口的VCC端连接所述第一二极管的阳极、所述第一开关管的栅极和所述第一电阻的第一端，所述电池模块的电源端连接所述第一开关管的漏极、所述第二二极管的阳极和所述充电控制模块的电池端，所述充电控制模块的电源端连接所述第一二极管的阴极、所述第一开关管的源极、所述第二二极管的阴极和所述升压模块的输入端，所述升压模块的输出端连接所述黄光二极管阵列的阳极和所述白光二极管阵列的阳极，所述触摸开关模块的第一输出端连接所述第二开关管的栅极，所述触摸开关模块的第二输出端连接所述第三开关管的栅极，所述黄光二极管阵列的阴极连接所述第二开关管的漏极，所述白光二极管阵列的阴极连接所述第三开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接所述第三开关管的源极和所述第二电阻的第一端，所述电源适配器接口的GND端连接所述第一电阻的第二端、所述电池模块的接地端、所述充电控制模块的接地端和所述第二电阻的第二端；所述充电控制模块的充电电流设定端连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第四开关管的漏极，所述第四开关管的源极连接所述第四电阻的第二端和所述电源适配器接口的GND端，所述第五电阻的第一端连接所述电源适配器接口的VCC端，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端和所述第四开关管的栅极，所述第六电阻的第二端连接所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述黄光二极管阵列的阴极，所述第四二极管的阴极连接所述白光二极管阵列的阴极；所述第一开关管为PMOS管，所述第二开关管、第三开关管和第四开关管均为NMOS管。

可选地，所述升压模块包括恒流限流WLED驱动芯片、电感、第一电容、第二电容、第五二极管、第五开关管、第六开关管、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻，所述恒流限流WLED驱动芯片的VDD引脚、CE引脚均连接所述电感的第一端并作为所述升压模块的输入端，所述电感的第二端连接所述第五二极管的阳极和所述第五开关管的漏极，所述第五开关管的源极连接所述恒流限流WLED驱动芯片的IS引脚和所述第七电阻的第一端，所述第五开关管的栅极连接所述恒流限流WLED驱动芯片的EXT引脚,所述第五二极管的阴极连接所述第一电容的第一端并作为所述升压模块的输出端，所述恒流限流WLED驱动芯片的FB引脚连接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接所述第九电阻的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的栅极连接所述第十电阻的第一端和所述电源适配器接口的VCC端，所述恒流限流WLED驱动芯片的GND引脚连接所述第七电阻的第二端、所述第一电容的第二端、所述第十电阻的第二端、所述第六开关管的源极和所述电源适配器接口的GND端，所述恒流限流WLED驱动芯片的CE引脚和GND引脚之间连接所述第二电容；所述第五开关管和第六开关管均为NMOS管。

可选地，所述恒流限流WLED驱动芯片的型号为KF9935B、TP8305B、SD3038B、SL6605B或HM2805B。

可选地，所述充电控制模块包括充电芯片，所述充电芯片的型号为TP4054、LTC4054、JL4054B、PJ4054或LTH7S，所述充电芯片的VCC引脚作为所述充电控制模块的电源端，所述充电芯片的BAT引脚作为所述充电控制模块的电池端，所述充电芯片的GND引脚作为所述充电控制模块的接地端，所述充电芯片的PROG引脚作为所述充电控制模块的充电电流设定端。

可选地，所述电池模块包括电池、电池保护芯片、第三电容、第七开关管、第八开关管、第十一电阻和第十二电阻，所述电池保护芯片的型号为G3J，所述电池的正极连接所述第十一电阻的第一端并作为所述电池模块的电源端，所述第十一电阻的第二端连接所述第三电容的第一端和所述电池保护芯片的VCC引脚，所述电池的负极连接所述第三电容的第二端、所述电池保护芯片的GND引脚和所述第七开关管的源极，所述第七开关管的栅极连接所述电池保护芯片的OD引脚,所述第七开关管的漏极连接所述第八开关管的漏极，所述第八开关管的栅极连接所述电池保护芯片的OC引脚,所述第八开关管的源极连接所述第十二电阻的第一端并作为所述电池模块的接地端，所述第十二电阻的第二端连接所述电池保护芯片的CS引脚；所述第七开关管和第八开关管均为NMOS管。

可选地，所述电源适配器接口为USB接口。

本发明的有益效果：

本发明实施例可提高对充电式台灯负载供电效率，同时，在外接电源配适器时，切断电池对负载的供电，并且在开灯状态下以小电流对电池模块充电，在关灯状态下以正常供电电流对电池模块充电，可以防止在使用供电规格为5V1A的电源适配器同时为负载供电和为电池模块充电时，分配于LED的功率减小，LED的亮度偏暗的情况，采用本发明实施例的方案可适用于供电规格为诸如5V1A、5V2A或5V3A的电源适配器，不会影响使用效果，提高了充电式台灯对电源适配器的通用性。此外，本发明实施例还可根据是否外接电源配适器灵活控制对负载的输出功率，从而实现仅用电池模块供电时，对负载的恒流供电功率降低，可进一步提高电池模块供电续航时间，提升使用体验。

附图说明

图1为本发明提出的一种充电式台灯实施例结构示意图。

图2为本发明提出的一种充电式台灯实施例升压模块结构示意图。

图3为本发明提出的一种充电式台灯实施例电池模块结构示意图。

具体实施方式

为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例

请参见图1，本发明提出一种充电式台灯实施例，包括：电源适配器接口100、电池模块200、充电控制模块300、升压模块400、黄光二极管阵列500、白光二极管阵列600、触摸开关模块700、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4，电源适配器接口100的VCC端连接二极管D1的阳极、开关管Q1的栅极和电阻R1的第一端，电池模块200的电源端BAT+连接开关管Q1的漏极、二极管D2的阳极和充电控制模块300的电池端，充电控制模块300的电源端连接二极管D1的阴极、开关管Q1的源极、二极管D2的阴极和升压模块400的输入端Vin，升压模块400的输出端Vout连接黄光二极管阵列500的阳极和白光二极管阵列600的阳极，触摸开关模块700的第一输出端连接开关管Q2的栅极，触摸开关模块700的第二输出端连接开关管Q3的栅极，黄光二极管阵列500的阴极连接开关管Q2的漏极，白光二极管阵列600的阴极连接开关管Q3的漏极，开关管Q2的源极连接开关管Q3的源极和电阻R2的第一端，电源适配器接口100的GND端连接电阻R1的第二端、电池模块200的接地端BAT-、充电控制模块300的接地端和电阻R2的第二端；充电控制模块300的充电电流设定端连接电阻R3的第一端和电阻R4的第一端，电阻R3的第二端连接开关管Q4的漏极，开关管Q4的源极连接电阻R4的第二端和电源适配器接口100的GND端，电阻R5的第一端连接电源适配器接口100的VCC端，电阻R5的第二端连接电阻R6的第一端和开关管Q4的栅极，电阻R6的第二端连接二极管D3的阳极和二极管D4的阳极，二极管D3的阴极连接黄光二极管阵列500的阴极，二极管D4的阴极连接白光二极管阵列600的阴极；开关管Q1为PMOS管，开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4均为NMOS管。电源适配器接口100的GND端作为充电式台灯的接地端。

在本实施例中，黄光二极管阵列500和白光二极管阵列600作为充电式台灯的负载，触摸开关模块700包括触摸开关及控制芯片，可根据检测到的触摸信号分别控制开关管Q2和开关管Q3的导通及关断状态，进而控制对黄光二极管阵列500和白光二极管阵列600的供电。特别地，触摸开关模块700分别对开关管Q2和开关管Q3发出PWM控制信号，可分别控制黄光二极管阵列500和白光二极管阵列600的发光亮度。

外接的电源适配器及电池模块200均通过升压模块400为充电式台灯的负载供电，电阻R2连接于负载和充电式台灯的接地端之间，为升压模块提供负载电流反馈信号，从而调节升压模块的输出电压及电流，实现恒流、恒压和限流供电，提升对负载的供电效率。

电源适配器通过电源适配器接口100连接充电式台灯，电池模块内置有可充电电池，电源适配器的正极经二极管D1接入充电控制模块300的电源端，通过充电控制控制模块为可充电电池充电。没有接入电源适配器时，电池模块供电，二极管D1先导通，开关管Q1的源极获得高电位，开关管Q1的栅极通过电阻R1接地，开关管Q1导通，电池模块通过开关管Q1和升压模块400为负载供电。开关管Q1在电池模块供电时导通可降低供电线路的损耗。接入电源适配器时，开关管Q1的栅极电位变高，开关管Q1关断，而由于电源适配器电压高于电池模块200的输出电压，二极管D1也不导通，电池模块停止对负载供电，仅由电源适配器通过升压模块400为负载供电。如此设置在由电源适配器供电时可使电池模块自动断开供电，从而保证可充电电池不会接触到外电高电压导致电池损坏，也可防止电源适配器直接对电池模块充电造成电源适配器过载。

在此基础上，接入电源适配器时，在黄光二极管阵列500和白光二极管阵列600均未接通的关灯状态下，二极管D3和二极管D4的阴极均悬空没有电压，开关管Q4的栅极电压被电阻R5拉高，开关管Q4导通，电阻R3与地连接，充电控制模块的充电电流设定端通过并联的电阻R3和电阻R4接地，通过该设定使充电控制模块以正常设定电流为电池模块充电；而在黄光二极管阵列500和/或白光二极管阵列600接通的开灯状态下，二极管D3和/或二极管D4通过电阻R2接地，通过电阻R5和电阻R6的电阻值设置，使开关管Q4的栅极与源极之间电压小于导通阈值电压，开关管Q4关断，电阻R3不与地连接，充电控制模块的充电电流设定端仅通过电阻R4接地，通过该设定使充电控制模块以微小电流为电池模块充电。所为一种示例，电阻R5的电阻值设置为1M欧姆，电阻R6的电阻值设置为1K欧姆。

本发明实施例的设置可提高对充电式台灯负载供电效率，同时，在外接电源配适器时，切断电池对负载的供电，并且在开灯状态下以小电流对电池模块充电，在关灯状态下以正常供电电流对电池模块充电，可以防止在使用供电规格为5V1A的电源适配器同时为负载供电和为电池模块充电时，分配于LED的功率减小，LED的亮度偏暗的情况，采用本发明实施例的方案可适用于供电规格为诸如5V1A、5V2A或5V3A的电源适配器，不会影响使用效果，提高了充电式台灯对电源适配器的通用性。

在可选的实施例中，参见图2，升压模块400包括恒流限流WLED驱动芯片401、电感L1、电容C1、电容C2、二极管D5、开关管Q5、开关管Q6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10，恒流限流WLED驱动芯片401的VDD引脚、CE引脚均连接电感L1的第一端并作为升压模块400的输入端Vin，电感L1的第二端连接二极管D5的阳极和开关管Q5的漏极，开关管Q5的源极连接恒流限流WLED驱动芯片401的IS引脚和电阻R7的第一端，开关管Q5的栅极连接恒流限流WLED驱动芯片401的EXT引脚,二极管D5的阴极连接电容C1的第一端并作为升压模块400的输出端Vout，恒流限流WLED驱动芯片401的FB引脚连接电阻R8的第一端，电阻R8的第二端连接电阻R9的第一端和电阻R2的第一端，电阻R9的第二端连接开关管Q6的漏极，开关管Q6的栅极连接电阻R10的第一端和电源适配器接口100的VCC端，恒流限流WLED驱动芯片401的GND引脚连接电阻R7的第二端、电容C1的第二端、电阻R10的第二端、开关管Q6的源极和电源适配器接口100的GND端，恒流限流WLED驱动芯片401的CE引脚和GND引脚之间连接电容C2；开关管Q5和开关管Q6均为NMOS管。

在本实施例中，恒流限流WLED驱动芯片通过EXT引脚向开关管Q5输出PWM信号来控制升压模块的输出电流大小，恒流限流WLED驱动芯片通过FB引脚对负载电流进行采样，实现负载电流恒定控制，恒流限流WLED驱动芯片通过IS引脚对输出电流进行采样，实现输出电流限流控制。

当电池模块供电时，开关管Q6的栅极电压经电阻R10拉低，开关管Q6关断，仅由电阻R2作为负载的电流采样电阻，而当接入电源适配器时，开关管Q6的栅极电压被拉高，开关管Q6导通，由电阻R9和电阻R2并联作为负载的电流采样电阻。由于恒流限流WLED驱动芯片401通过FB引脚对负载电流进行采样，实现负载电流恒定控制，当电流采样电阻阻值减小时，对于恒流限流WLED驱动芯片而言，相当于采集的负载电流减小，为保证恒流输出，恒流限流WLED驱动芯片将通过EXT引脚控制升压模块的输出电流增大，进而控制对负载的输出功率增大。这意味着外接电源适配器时，相较于仅由电池模块供电，对负载的输出功率将增大。作为一种示例，通过对电阻R9和电阻R2的电阻值设置，实现外接电源适配器时100％恒流功率输出，而仅由电池模块供电时60％恒流功率输出。

本发明实施例进一步的设置可根据是否外接电源配适器灵活控制对负载的输出功率，从而实现仅用电池模块供电时，对负载的恒流供电功率降低，可进一步提高电池模块供电续航时间，提升使用体验。

在可选的实施例中，恒流限流WLED驱动芯片的型号为KF9935B、TP8305B、SD3038B、SL6605B或HM2805B。

在可选的实施例中，充电控制模块300包括充电芯片，充电芯片的型号为TP4054、LTC4054、JL4054B、PJ4054或LTH7S，充电芯片的VCC引脚作为充电控制模块的电源端，充电芯片的BAT引脚作为充电控制模块的电池端，充电芯片的GND引脚作为充电控制模块的接地端，充电芯片的PROG引脚作为充电控制模块的充电电流设定端。

本实施例中，接入电源适配器时，在关灯状态下，充电芯片的PROG引脚通过电阻R3、电阻R4并联接地，通过该设定使充电芯片以正常设定的电流通过BAT引脚为电池模块充电；开灯状态下，充电芯片的PROG引脚仅通过电阻R4接地，通过该设定使充电芯片以微小电流通过BAT引脚为电池模块充电。作为一种示例，电阻R3的电阻值设置为1.2K欧姆，电阻R4的电阻值设置为51K欧姆，从而设定关灯状态下的充电电流为800mA，开灯状态下的充电电流为50mA。

充电芯片可对电池模块的充电模块进行管理，实现涓流→恒流→恒压→涓流的四段锂电池充电方案，可减小电流在充电过程中的发热，并延长电池寿命。

在可选的实施例中，参见图3，电池模块200包括电池201、电池保护芯片202、电容C3、开关管Q7、开关管Q8、电阻R11和电阻R12，电池保护芯片202的型号为G3J，电池201的正极连接电阻R11的第一端并作为电池模块200的电源端BAT+，电阻R11的第二端连接电容C3的第一端和电池保护芯片202的VCC引脚，电池201的负极连接电容C3的第二端、电池保护芯片202的GND引脚和开关管Q7的源极，开关管Q7的栅极连接电池保护芯片202的OD引脚,开关管Q7的漏极连接开关管Q8的漏极，开关管Q8的栅极连接电池保护芯片202的OC引脚,开关管Q8的源极连接电阻R12的第一端并作为电池模块201的接地端BAT-，电阻R12的第二端连接电池保护芯片202的CS引脚；开关管Q7和开关管Q8均为NMOS管。

本实施例中，电池保护芯片202通过CS引脚获取放电电流，通过OD引脚控制开关管Q7的导通或关断，以及通过OC引脚控制开关管Q8的导通或关断，可对电池201的充电或放电进行控制，当电路板线路发生短路，电池放电电流过大，电池过充电或电池过放电时，断开电池来达到保护电路板及电池的目的。

在可选的实施例中，参见图1，电源适配器接口100为USB接口。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (6)

1.一种充电式台灯，其特征在于，包括：电源适配器接口、电池模块、充电控制模块、升压模块、黄光二极管阵列、白光二极管阵列、触摸开关模块、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述电源适配器接口的VCC端连接所述第一二极管的阳极、所述第一开关管的栅极和所述第一电阻的第一端，所述电池模块的电源端连接所述第一开关管的漏极、所述第二二极管的阳极和所述充电控制模块的电池端，所述充电控制模块的电源端连接所述第一二极管的阴极、所述第一开关管的源极、所述第二二极管的阴极和所述升压模块的输入端，所述升压模块的输出端连接所述黄光二极管阵列的阳极和所述白光二极管阵列的阳极，所述触摸开关模块的第一输出端连接所述第二开关管的栅极，所述触摸开关模块的第二输出端连接所述第三开关管的栅极，所述黄光二极管阵列的阴极连接所述第二开关管的漏极，所述白光二极管阵列的阴极连接所述第三开关管的漏极，所述第二开关管的源极连接所述第三开关管的源极和所述第二电阻的第一端，所述电源适配器接口的GND端连接所述第一电阻的第二端、所述电池模块的接地端、所述充电控制模块的接地端和所述第二电阻的第二端；所述充电控制模块的充电电流设定端连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第四开关管的漏极，所述第四开关管的源极连接所述第四电阻的第二端和所述电源适配器接口的GND端，所述第五电阻的第一端连接所述电源适配器接口的VCC端，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端和所述第四开关管的栅极，所述第六电阻的第二端连接所述第三二极管的阳极和所述第四二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述黄光二极管阵列的阴极，所述第四二极管的阴极连接所述白光二极管阵列的阴极；所述第一开关管为PMOS管，所述第二开关管、第三开关管和第四开关管均为NMOS管。

2.如权利要求1所述的一种充电式台灯，其特征在于，所述升压模块包括恒流限流WLED驱动芯片、电感、第一电容、第二电容、第五二极管、第五开关管、第六开关管、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻，所述恒流限流WLED驱动芯片的VDD引脚、CE引脚均连接所述电感的第一端并作为所述升压模块的输入端，所述电感的第二端连接所述第五二极管的阳极和所述第五开关管的漏极，所述第五开关管的源极连接所述恒流限流WLED驱动芯片的IS引脚和所述第七电阻的第一端，所述第五开关管的栅极连接所述恒流限流WLED驱动芯片的EXT引脚,所述第五二极管的阴极连接所述第一电容的第一端并作为所述升压模块的输出端，所述恒流限流WLED驱动芯片的FB引脚连接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端连接所述第九电阻的第一端和所述第二电阻的第一端，所述第九电阻的第二端连接所述第六开关管的漏极，所述第六开关管的栅极连接所述第十电阻的第一端和所述电源适配器接口的VCC端，所述恒流限流WLED驱动芯片的GND引脚连接所述第七电阻的第二端、所述第一电容的第二端、所述第十电阻的第二端、所述第六开关管的源极和所述电源适配器接口的GND端，所述恒流限流WLED驱动芯片的CE引脚和GND引脚之间连接所述第二电容；所述第五开关管和第六开关管均为NMOS管。

3.如权利要求2所述的一种充电式台灯，其特征在于，所述恒流限流WLED驱动芯片的型号为KF9935B、TP8305B、SD3038B、SL6605B或HM2805B。

4.如权利要求1所述的一种充电式台灯，其特征在于，所述充电控制模块包括充电芯片，所述充电芯片的型号为TP4054、LTC4054、JL4054B、PJ4054或LTH7S，所述充电芯片的VCC引脚作为所述充电控制模块的电源端，所述充电芯片的BAT引脚作为所述充电控制模块的电池端，所述充电芯片的GND引脚作为所述充电控制模块的接地端，所述充电芯片的PROG引脚作为所述充电控制模块的充电电流设定端。

5.如权利要求1所述的一种充电式台灯，其特征在于，所述电池模块包括电池、电池保护芯片、第三电容、第七开关管、第八开关管、第十一电阻和第十二电阻，所述电池保护芯片的型号为G3J，所述电池的正极连接所述第十一电阻的第一端并作为所述电池模块的电源端，所述第十一电阻的第二端连接所述第三电容的第一端和所述电池保护芯片的VCC引脚，所述电池的负极连接所述第三电容的第二端、所述电池保护芯片的GND引脚和所述第七开关管的源极，所述第七开关管的栅极连接所述电池保护芯片的OD引脚,所述第七开关管的漏极连接所述第八开关管的漏极，所述第八开关管的栅极连接所述电池保护芯片的OC引脚,所述第八开关管的源极连接所述第十二电阻的第一端并作为所述电池模块的接地端，所述第十二电阻的第二端连接所述电池保护芯片的CS引脚；所述第七开关管和第八开关管均为NMOS管。

6.如权利要求1所述的一种充电式台灯，其特征在于，所述电源适配器接口为USB接口。

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