CN216751536U - 一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，包括电源电路、MCU微处理控制电路、及与MCU微处理控制电路连接的升压电路、按键采样及低功耗开关逻辑电路、多模式输出电路。按键采样及低功耗开关逻辑电路的按键采样电路由一PNP型三极管和一NPN型三极管组成；开关按键连接在电源电路和NPN型三极管的b级端口之间；PNP型三级管的c级端口连接升压电路的使能工作端口和地线，e级端口连接按键开关和电源电路，b级端口连接NPN型三极管Q4的c级端口；MCU微处理控制电路的电压监测端口经由按键开关连接至升压电路。通过本实用新型，可以解决现有手电筒的点亮模式单调且耗能高的技术问题。

Description

一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路

技术领域

本发明涉及升压电路领域，特别涉及一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路。

背景技术

手电筒的基本功能主要为照明、警示或求救。

现有技术中，手电筒具有如下技术缺陷：

(1)大多数手电筒使用2节或以上的干电池进行供电，电池作为耗材，每次都要损耗2节电池，使用成本较高；

(2)大多数手电筒的开关控制方式均为滑动式开关，通过拨动按键开关向上或向下的操作方式控制手电筒开关灯，操作结构复杂；

(3)大多数手电筒只有开关灯功能，即，常亮模式和关闭模式两种功能，功能单一，用户体验较为单调。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，解决现有手电筒的点亮模式单调且耗能高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，包括电源电路，用于接入电池，为所述驱动控制电路供电；还包括：升压电路、按键采样及低功耗开关逻辑电路、MCU微处理控制电路、以及多模式输出电路；所述升压电路与所述电源电路、MCU微处理控制电路、以及按键采样及低功耗开关逻辑电路分别连接；所述多模式输出电路与所述MCU微处理控制电路连接；所述按键采样及低功耗开关逻辑电路包括：按键开关、以及按键采样电路；其中，所述按键采样电路由一PNP型三极管和一NPN型三极管组成；所述开关按键包括与所述电源电路连接的第一端以及与所述NPN型三极管的b级端口连接的第二端；所述PNP型三级管的c级端口分别与所述升压电路的使能工作端口与地线连接，e级端口与所述按键开关的第一端连接，还与所述电源电路连接，b级端口与所述NPN型三极管Q4的c级端口连接；所述MCU微处理控制电路包括电压监测端口，经由所述按键开关连接至所述升压电路的电压输入端口。

其中，所述升压电路包括：反馈电路、以及第一电路模块；其中，所述反馈的电路与所述第一电路模块连接；所述第一电路模块的一端与所述电源电路连接，另一端分别与所述按键采样电路、MCU微处理控制电路、以及多模式输出电路连接。

其中，所述MCU微处理控制电路还包括电压输入端口；所述反馈电路包括：电压输入端口、电压输出端口、接地端口、使能工作端口、电压采样反馈端口；所述第一电路模块包括：串联连接的第二电阻和第三电阻；所述反馈电路的电压输入端口连接至所述电源电路，所述接地端口连接至地线；所述第三电阻的第一端连接至地线，第二端连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端分别连接至所述反馈电路的电压输出端口、以及所述MCU微处理控制电路的电压输入端口。

其中，所述MCU微处理控制电路还包括：自锁端口、接地端口；所述自锁端口通过一第四电阻连接至所述按键开关的第二端，所述自锁端口还通过串联的第四电阻、第一电阻连接至地线；所述接地端口连接至地线。

其中，所述多模式输出电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第一LED灯、第二LED灯；所述MCU微处理控制电路还包括：第一发光单元使能工作端口、第二发光单元使能工作端口；其中，所述第一PMOS管的栅极端口与所述MCU微处理控制电路的第一发光单元使能工作端口连接，源极端口与所述第二电阻的第二端连接，漏极端口与所述第一LED灯的第一端连接；所述第一LED灯的第二端与地线连接；所述第二PMOS管的栅极端口与所述MCU微处理控制电路的第二发光单元使能工作端口连接，源极端口与所述第二电阻的第二端连接，漏极端口与所述第二LED灯的第一端连接；所述第二LED灯的第二端与地线连接。

其中，所述按键采样电路还包括第七电阻、第八电阻；所述开关按键的第二端通过一第六电阻与所述NPN型三极管的b级端口连接；所述PNP型三级管，c级端口通过所述第八电阻与地线连接，b级端口通过所述第七电阻与所述NPN型三极管的c级端口连接。

其中，所述电源电路接入电池的电压在1.2～1.6V之间。

其中，所述电源电路的空载电压为1.0V。

其中，所述按键开关为轻触开关。

本实用新型的低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，按键开关闭合使NPN型三极管与PNP型三极管的导通以将升压电路的使能工作端口电压值拉高，因此，通过升压电路对电源电路提供的输入电压进行升压处理能够使所述驱动控制电路在接入单节干电池的情况下输出足够驱动常规照明用发光二极管工作的电压，大大提高了电源转换效率，降低能耗。进一步地，MCU微处理控制电路还可以通过预先编程的方式设置各个发光单元使能工作端口的输出值从而相应地控制各个发光单元的点亮，解决了现有手电筒的点亮模式单调的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施方式中的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路的模块结构示意图；

图2是本实用新型实施方式中的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为本实用新型实施方式中的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路的模块结构示意图。所述驱动控制电路10包括：升压电路11、按键采样及低功耗开关逻辑电路12、MCU微处理控制电路13、多模式输出电路14、以及电源电路15。

所述驱动控制电路10可以应用在低电压供电驱动控制的电子设备中，以驱动控制其工作状态；本实施方式中，所述驱动控制电路10应用于手电筒中，用于驱动控制手电筒的工作。

所述电源电路15，用于接入电池，为整个驱动控制电路10供电。在本实施方式中，所述电源电路15接入的电池为单节5号干电池，电池电压在1.2～1.6V之间。

所述升压电路11，第一端与所述电源电路15连接，第二端与所述MCU微处理控制电路13连接，第三端与所述多模式输出电路14连接。

所述按键采样及低功耗开关逻辑电路12，一端与所述电源电路15连接，另一端与所述MCU微处理控制电路13连接。

所述多模式输出电路14，与所述MCU微处理控制电路13连接。

具体地，所述按键采样及低功耗开关逻辑电路12包括：按键采样电路120、以及按键开关121。所述升压电路11包括：反馈电路110、以及第一电路模块111。其中，所述第一模块电路111的第一端与所述反馈电路110连接，第二端与所述电源电路15连接，第三端与所述按键采样电路120连接，第四端与所述MCU微处理控制电路13连接，第五端与所述多模式输出电路14连接。所述按键开关121的第一端与所述电源电路15连接，第二端与所述按键采样电路120连接。所述按键采样电路120的第一端与所述电源电路15连接，第二端与所述第一模块电路111连接，第三端与所述按键开关121连接，第四端与所述MCU微处理控制电路13连接。

请参阅图2，为本实用新型实施方式中的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路的电路结构示意图。

具体地，所述反馈电路110包括：电压输入端口Vin、电压输出端口Vout、接地端口Gnd、使能工作端口Enable、电压采样反馈端口FeedBack。

所述第一电路模块111包括：串联连接的第二电阻R2和第三电阻R3。

所述按键采样及低功耗开关驱动逻辑电路12包括：按键开关S1、按键采样电路120。其中，所述按键采样电路120包括：第七电阻R7、第八电阻R8、PNP型三极管Q3、以及NPN型三极管Q4。在本实施方式中，所述按键开关S1为轻触开关。

所述MCU微处理控制电路13包括：电压输入端口Vcc、电压监测端口AD、自锁端口CTR、第一发光单元使能工作端口White、第二发光单元使能工作端口Red、接地端口Gnd、第一电阻R1、第四电阻R4、以及第五电阻R5。

所述多模式输出电路14包括：PMOS管Q1、PMOS管Q2、LED灯D3、LED灯D4。在本实施方式中，LED灯D3可以发出红光、LED灯D4可以发出白光。

下面将对本实用新型实施方式中的低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路10的电路结构进行详细描述。

所述反馈电路110的电压输入端口Vin连接至所述电源电路15，所述接地端口Gnd连接至地线GND。

所述第三电阻R3的第一端连接至地线GND，第二端连接至所述第二电阻R2的第一端，所述第二电阻R2的第二端分别连接至所述反馈电路110的电压输出端口Vout、以及所述MCU微处理控制电路13的电压输入端口Vcc。

所述开关按键S1的第一端与所述电源电路15连接，第二端通过所述第六电阻R6与所述NPN型三极管Q4的b级端口连接。

所述PNP型三级管Q3，c级端口通过所述第八电阻R8与地线GND连接，所述c级端口还与所述反馈电路110的使能工作端口Enable连接；e级端口与所述按键开关S1的第一端连接，所述e级端口还与所述电源电路1连接；b级端口通过所述第七电阻R7与所述NPN型三极管Q4的c级端口连接。

所述NPN型三极管Q4，e级端口与地线GND连接。

所述MCU微处理控制电路13的电压监测端口AD通过第五电阻R5连接至所述按键开关S1的第二端；自锁端口CTR通过第四电阻R4连接至所述按键开关S1的第二端，所述自锁端口CTR还通过串联的第四电阻R4和第一电阻R1连接至地线GND；接地端口Gnd连接至地线GND。

所述多模式输出电路14的PMOS管Q1的栅极端口与所述MCU微处理控制电路13的第一发光单元使能工作端口White连接，源极端口与所述第二电阻R2的第二端连接，漏极端口与所述LED灯D3的第一端连接；所述LED灯D3的第二端与地线GND连接。

所述多模式输出电路14的PMOS管Q2的栅极端口与所述MCU微处理控制电路13的第二发光单元使能工作端口Red连接，源极端口与所述第二电阻R2的第二端连接，漏极端口与所述LED灯D4的第一端连接；所述LED灯D4的第二端与地线GND连接。

下面将对本实用新型实施方式中的低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路10的电路工作原理进行详细描述。

初始状态：当所述电源电路15接入电池，且按键开关S1断开时，所述反馈电路U1的电压输入端口Vin的电压为：Vin＝电池电压(其中，Vin≥1.0V)，电压输出端口Vout的电压为：Vout＝0；此时，所述电源电路15未向所述MCU微处理控制电路U2供电，使得电子设备的系统进入待机状态。具体地，接入所述电源电路15的电池为5V/0.2A，电池电压在1.2～1.6V之间，且按键开关S1断开；此时，所述反馈电路U1的电压输入端口Vin的电压等于电池电压，由于按键开关S1断开使得NPN型三级管Q4截止，相应地控制所述PNP型三极管Q3截止，导致所述使能工作端口Enable通过第八电阻R8接地，所述反馈电路U1的电压输出端口Vout的电压被第八电阻R8下拉到0V，即，Vout＝0V，电子设备的系统进入待机状态；其中，待机电流为所述反馈电路U1的漏电流损耗，所述待机电流小于0.5uA。

开机状态：当按键开关S1闭合时，所述电源电路15向所述反馈电路U1提供输入电压，所述反馈电路U1将输入的电源电压经过升压处理，并向所述MCU微处理控制电路U2输出电压，从而启动所述MCU微处理控制电路U2；所述MCU微处理控制电路U2启动后配置各个IO接口的初始化参数；其中，所述IO接口的初始化参数包括所述MCU微处理控制电路U2的自锁端口CTR的初始值、第一发光单元使能工作端口White的初始值、第二发光单元使能工作端口Red的初始值、以及电压监测端口AD的初始值。具体地，当按键开关S1闭合时，使得NPN型三极管Q4导通，相应地控制所述PNP型三极管Q3导通，导致所述反馈电路U1的使能工作端口Enable的电压值为：V_Enable＝Vin＝电池电压，电压输出端口Vout的电压值为：Vout＝4.1V。当所述MCU微处理控制电路U2被供电启动时，所述MCU微处理控制电路U2首先进行IO接口的初始化配置，即，配置White＝Red＝1、CTR＝1、以及电压监测端口AD的初始值；其中，配置White＝Red＝1，相当于关闭LED灯D3和LED灯D4。所述电压监测端口AD的初始值是根据所述电源电路15的特性进行配置，在本实施方式中，所述电源电路15接入了5V/0.2A的电池，电池电压在1.2～1.6V之间，则所述电压监测端口AD的初始值被设置为1.2V。进一步地，所述反馈电路U1的选择以“将电池电压进行升压处理得到的输出电压能够满足MCU工作电压”为基准，且所述反馈电路U1的电压处理为现有技术，在此不加赘述。

通过上述方案，本实用新型实施方式中的低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路10能够解决单节5#干电池(1.2～1.5V)无法直接驱动手电筒点亮发光二极管(2.0V以上)的问题。单节AA电池提供1.2V-1.5V的输入电压，通过所述驱动控制电路10的处理可输出电压4.2V/0.2A驱动能力，足够驱动所有常规的照明用发光二极管(正常发光二极管最大导通压降为Vf＝3.0V)，使得电源转换效率大于90％，大大提高了电源转换效率。

进一步地，所述MCU微处理控制电路U2通过编程设置第一发光单元使能工作端口White、第二发光单元使能工作端口Red的输出，能够相应地控制PMOS管Q1与PMOS管Q2的工作状态，从而调整所述LED灯D3和LED灯D4的点亮状态。

进一步地，当所述按键开关S1按下时，所述MCU微处理控制电路U2设置电压监测端口AD监测所述反馈电路U1的电压值，即，V_AD＝V_U1＝Vin；其中，Vin为电源电压值，所述MCU微处理控制电路U2预先设置门限电压，即，Vin空载电压≥1.0V。当所述按键开关S1松开时，V_AD＝V_U2≈V_CTR/(R4+R1/R6)*(R1/R6)，通过计算可得：V_AD＝V_U2＝(R1*R4*V_B+R1*R6*V_CTR)/(R1*R4+R4*R6+R1*R6)；因此，只要通过计算R1/R4/R6的选型，使V_AD＝V_U2＜1.0V(例如，选型使V_U2＝0.9V)，足够使所述NPN型三极管Q4进入非截至区域即可。

由于，当干电池空载电量低于1.0V时，其电路驱动能力变得很弱，不适合驱动系统工作；因此，由所述MCU微处理控制电路U2预先设置门限电压，当所述MCU微处理控制电路U2在检测到空载状态下(即，不驱动LED灯点亮时)，电压输入端口Vin的电压值低于1.0V时，启动欠压保护功能。

由于，所述NPN型三极管Q4的c级端口还通过第七电阻R7连接至所述PNP型三极管Q3的b级端口，所述NPN型三极管Q4进入放大区、以及饱和区时，均可以正常开关所述PNP型三极管。因此，通过R1/R4/R6的选型，使得NPN型三极管Q4进入非截止区域，即可正常驱动所述PNP型三极管Q3的开关，从而维持所述按键采样电路120的工作，并且反馈电路U1的电压值远远大于微处理控制电路U2的电压值。因此，通过获取反馈电路U1和微处理控制电路U2的电压变化，即可获得所述按键开关S1的闭合或断开的工作状态，目的是确保所述MCU微处理控制电路U2可以根据预先设置的编程逻辑、识别相应的按键开关S1的工作状态，从而驱动LED灯的点亮模式。

所述MCU微处理控制电路U2通过电压监测端口AD监测到的电压值判断所述电源电路15提供的电压电量是否充足，并在所述电源电路15提供的电压电量充足时配置自锁端口CTR的值为CTR＝1，使所述反馈电路U1维持正常工作状态，保持电压的输出。具体地，当按键开关S1闭合时，V_AD＝V_U1＝Vin；其中，V_AD为电压监测端口AD监测到的电压值，V_U1为反馈电路U1的维持正常工作状态的电压值；当V_AD＜1.2V时，所述MCU微处理控制电路U2判定所述电源电路15为缺电状态；当V_AD≥1.2V时，所述MCU微处理控制电路U2判定所述电源电路15电量充足，此时，所述MCU微处理控制电路U2配置自锁信号CTR＝1，通过R4/R1维持NPN型三极管Q4的导通，进而维持PNP型三极管Q3的导通，从而维持反馈电压路U1的使能工作端口Enable的值为非0状态，使所述反馈电路U1保持正常电压输出。

进一步地，在开机状态下，所述MCU微处理控制电路U2处于工作状态时，当所述按键开关S1断开，由于CTR＝1，使得所述反馈电路U1得以维持正常工作状态；因此，所述反馈电路U1不会因为按键开关S1的关闭切断了电源电路的供电线路而停止工作，仍然能够维持正常工作输出。具体地，当按键开关S1断开时，此时，电压由原V_AD＝V_U1＝Vin变为V_AD＝V_U2≈V_CTR/(R4+R1/R6)*(R1/R6)，按照电阻R1/R4/R6选型设计V_AD＜0.9V，且V_AD≥0.4*Vin，可在按键开关S1断开后仍能使反馈电路U1正常工作输出，从而确保MCU微处理控制电路U2能够处于正常工作状态，维持电压输入端口Vcc的电压值，目的是确保MCU微处理控制电路U2可以根据编程逻辑驱动所述多模式输出电路14的点亮模式。

本实用新型的低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，按键开关闭合使NPN型三极管与PNP型三极管的导通以将升压电路的使能工作端口电压值拉高，因此，通过升压电路对电源电路提供的输入电压进行升压处理能够使所述驱动控制电路在接入单节干电池的情况下输出足够驱动常规照明用发光二极管工作的电压，大大提高了电源转换效率，降低能耗。进一步地，MCU微处理控制电路还可以通过预先编程的方式设置各个发光单元使能工作端口的输出值从而相应地控制各个发光单元的点亮，解决了现有手电筒的点亮模式单调的问题。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，包括电源电路，用于接入电池，为所述驱动控制电路供电；其特征在于，还包括：升压电路、按键采样及低功耗开关逻辑电路、MCU微处理控制电路、以及多模式输出电路；

所述升压电路与所述电源电路、MCU微处理控制电路、以及按键采样及低功耗开关逻辑电路分别连接；

所述多模式输出电路与所述MCU微处理控制电路连接；

所述按键采样及低功耗开关逻辑电路包括：按键开关、以及按键采样电路；其中，所述按键采样电路由一PNP型三极管和一NPN型三极管组成；所述按键开关包括与所述电源电路连接的第一端以及与所述NPN型三极管的b级端口连接的第二端；所述PNP型三级管的c级端口分别与所述升压电路的使能工作端口与地线连接，e级端口与所述按键开关的第一端连接，还与所述电源电路连接，b级端口与所述NPN型三极管Q4的c级端口连接；

所述MCU微处理控制电路包括电压监测端口，经由所述按键开关连接至所述升压电路的电压输入端口。

2.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述升压电路包括：反馈电路、以及第一电路模块；其中，所述反馈的电路与所述第一电路模块连接；所述第一电路模块的一端与所述电源电路连接，另一端分别与所述按键采样电路、MCU微处理控制电路、以及多模式输出电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述MCU微处理控制电路还包括电压输入端口；

所述反馈电路包括：电压输入端口、电压输出端口、接地端口、使能工作端口、电压采样反馈端口；

所述第一电路模块包括：串联连接的第二电阻和第三电阻；

所述反馈电路的电压输入端口连接至所述电源电路，所述接地端口连接至地线；

所述第三电阻的第一端连接至地线，第二端连接至所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端分别连接至所述反馈电路的电压输出端口、以及所述MCU微处理控制电路的电压输入端口。

4.根据权利要求3所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述MCU微处理控制电路还包括：自锁端口、接地端口；

其中，所述自锁端口通过一第四电阻连接至所述按键开关的第二端，所述自锁端口还通过串联的第四电阻、第一电阻连接至地线；所述接地端口连接至地线。

5.根据权利要求4所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述多模式输出电路包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第一LED灯、第二LED灯；

所述MCU微处理控制电路还包括：第一发光单元使能工作端口、第二发光单元使能工作端口；

其中，所述第一PMOS管的栅极端口与所述MCU微处理控制电路的第一发光单元使能工作端口连接，源极端口与所述第二电阻的第二端连接，漏极端口与所述第一LED灯的第一端连接；所述第一LED灯的第二端与地线连接；

所述第二PMOS管的栅极端口与所述MCU微处理控制电路的第二发光单元使能工作端口连接，源极端口与所述第二电阻的第二端连接，漏极端口与所述第二LED灯的第一端连接；所述第二LED灯的第二端与地线连接。

6.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述按键采样电路还包括第七电阻、第八电阻；所述按键开关的第二端通过一第六电阻与所述NPN型三极管的b级端口连接；

所述PNP型三级管，c级端口通过所述第八电阻与地线连接，b级端口通过所述第七电阻与所述NPN型三极管的c级端口连接。

7.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述电源电路接入电池的电压在1.2～1.6V之间。

8.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述电源电路的空载电压为1.0V。

9.根据权利要求1所述的一种低成本低功耗的多功能手电筒驱动控制电路，其特征在于，所述按键开关为轻触开关。

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