[实用新型]手动发电电容储能多用途照明灯

说明书

本实用新型涉及手动发电电容储能多用途照明灯。

目前已有的手动发电电筒有两个主要缺点。一是为保持光照，必须不停用力地转动发电机。很快就使得手酸疲乏。二是发电机产生的机械躁声很大。

而用发光二极管LED做手电筒近几年来已有几种简单电路发表Bedford，2000；Clarke2000，Walraven，2000其中有的提出了电容器储能方案。然而，这些设计电路利用能源的效率都很低。不适宜进一步商业开发和广泛使用。

参考资料：Bedford M.，2000，Cave electronics，Every Day PracticalElectronics，Vol2，Issue 8，pp610-617.Clarke，J.，2000，Build A Bright-White LEDTorch，Silicon Chip，Vol13，No12，pp14-21.Walraven K.，2000，White LED lamp，Elektop Electronics，Jul/Aug issue，p44.

本实用新型的目的是提供一种不依赖于电池、坚固耐用、便携式的手动发电电容储能多用途照明灯。在对亮度要求不很高的环境下，做到人工短时充电，长时照明。

本实用新型是采用以下五个方面的技术来实现的：

手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：在外壳中装有手摇发电机和白色发光二极管，发光二极管前面有一个抛物反射面及凸透镜的聚光系统，在小型高效发电机M的输出端连接桥式整流器REC1-REC4的输入端，桥式整流器的输出端连接储能电容C2，桥式整流器REC1-REC4的输出端还顺次串联稳压电路触发器、电子模拟开关、电压提升电路、放电控制电路、脉冲控制电路，脉冲控制电路的输出端连接白色发光二极管D5，电池连接电子模拟开关和电压提升电路。

1.高效手动机械式发电机

采用高磁多绕组的12V，200mA小型步进电机，它能在低转速下产生足够的电流与电压，也可节省掉造价昂贵的提速齿轮组，还能快速对电容充电并降低人工驱动发电机的劳动强度。

2.高亮度低能耗发光器

采用高亮度白色LED。这种LED的光强已接近手电灯泡，但耗电量仅为20至30mA，工作电压为3至3.8V；耗电量不到灯泡的十分之一。它基本上不发热，几乎将电能全部转为光能。而且LED被固结在坚固透明的环氧树脂体内十分牢固。其使用寿命目前为十万小时，是电筒灯泡的十倍以上。

3.大容量储能器

采用小型大容量(1F，5.5V)储能电容器。这种电容的漏电流非常低，充放电性能优异，特别适合于本照明灯的储能。电容器在充电后，其储存的电能可由以下关系确定

    E＝CV²/2(J，焦尔)    (1)其中C是电容量，以法拉(F)为单位，V表示电容器充电后的电压，以伏特(V)为单位。1焦尔的能量相当于1秒钟耗电1瓦特(W)。

如果使用两个这样的电容(2F)并将其充电到5V，则由(1)式电容器的储能为

  E＝CV²/2＝2×52/2＝25焦尔。

然而，这25焦尔的能量在实际中不能全部被用于照明。这是因为由于电容器放电而使电容器的电压降低。当电压降到照明电压以下，照明灯就不能正常工作。为了尽量利用低电压下的储能，应对低电压进行提升。若当电容电压降低到0.7V以前，通过电压提升都能使照明灯正常工作，这样实际可用的能量为：E＝CV²/2＝2×(5-0.7)2/2＝18.49焦尔。

如果全部能用于一个普通手电灯泡照明的话，18.49焦尔的能量最多能保持连续照明20秒钟。然而，若采用白色LED，该能量可使其在最强光下连续照明约250秒。

4.发光强度及能耗控制

然而，在最强光下连续照明约250秒在实用中太短。在很多情况下，如夜间阅读和一般短距离照明，并不一定要用最强光。可根据实际要求选择用光强度。用光强度越低，消耗电容储能越少。这样可以大大延长照明时间。因此采用发光强度及能耗控制是使这种照明器成为实用的关键。