摘要：文中介绍了一种内含充电控制与保护系统的半导体照明矿用帽灯。着重讲解了半导体照明技术及恒流驱动电路，并给出了聚合物锂离子电池组专用保护电路。

关键词：半导体照明；聚合物锂离子电池；矿灯

１　概述

为了减小矿用帽灯的体积和重量，近年来开始采用锂离子电池为其供电。在电池组内加装过充电、过放电和短路保护电路后，不仅保护了锂离子电池，而且在开灯、关灯甚至外部短路时，都不会产生火花，实现了本质上的安全工作。

在这种新型矿灯的实际推广应用过程中，发现了许多较严重的问题。首先，锂离子电池的安全性较差，尽管加入了保护电路，但是仍出现了电池组燃烧和爆炸的严重事故。另外，矿灯改用锂离子电池后，原有的充电架不能对锂电池矿灯充电，矿山必须更换充电架，造成巨大的资源浪费。其次，由于锂离子电池价格较高，矿灯采用的８ａｈ锂电池组价格在１３０元左右，矿灯的零售价为２５０多元，为现有铅酸电池矿灯的３～４倍。因此大量普及这种新型矿灯的难度很大。

为了使矿灯实现革命化的飞跃，必须实现以下几项技术创新。首先，应采用亮度高、用电省的半导体照明灯。目前国外半导体照明灯已实现产业化生产，国内近年来也有重大突破。能够满足矿灯要求的半导体照明灯工作电流约为２００～３５０ｍａ，仅为目前矿灯用白炽灯泡工作电流的３０％～５０％，这样不仅可以节约７０％～５０％的电能，更重要的是可以选用容量更小的蓄电池。满足１１小时照明要求的电池容量可由８ａｈ减小到４ａｈ，这样锂电池组的价格可由目前的１３０元降到６０多元。另外，在帽灯内部加入充放电控制和保护系统，使其能够利用现有的充电架充电，节省投资，并且还提高了矿灯的安全性能。同时为了提高锂电池的安全性能，可以采用安全性能较好的聚合物锂电池，也可改革锂离子电池的极板材料或生产工艺。

２　半导体照明灯及其应用

２．１ 半导体照明灯及其散热技术

半导体照明灯具有高效、节能、环保、寿命长、易维护等显著特点，是国际上公认的最有可能进入普通照明领域的新型固态冷光源。我国科技部已将“半导体照明产业化技术开发”列入“十五”国家科技攻关计划重大项目。

功率型半导体照明灯是一种新型照明用冷光源，目前发光效率已达２５～３５ ｌｍ／ｗ，最高可达６０ ｌｍ／ｗ，远远高于白炽灯，和卤钨灯相当。这种冷光源照明灯非常可靠，寿命可达５万小时，可用１２年以上。亮度为普通发光管的１０～２０倍。市售功率型半导体照明灯的正向压降多为３～３．８ｖ，由于低压供电，因此无电弧产生，安全性较好。根据要求亮度的不同，功率型半导体照明灯的正向电流可达１５０ｍａ～１０００ ｍａ。用于矿用帽灯的１ｗ半导体照明灯的工作电流仅为３５０ｍａ，只有目前白炽灯的１／２。按矿工每天照明１０小时计算，每只矿灯一天节约能量为３５０ｍａ×１０ｈ＝３５００ｍａｈ。帽灯工作电压为４ｖ，因此每只帽灯每天节约的电能为：４ｖ×３５００ｍａｈ＝１４ｗｈ。全国５００万矿工每天节约的电能将达到１４ｗｈ×５００００００＝７００００ｋｗｈ。

不久的将来，半导体照明灯的发光效率可达１００～２００ ｌｍ／ｗ，这种器件使用寿命很长，一旦安装无需更换，因此不仅大大节省能源，还可节省维修费用。这种新型光源无玻璃外壳，无灯丝，内部不含有害物质—汞，因此不会像日光灯那样因破损、裂缝、粉碎而污染环境，同时这种新型光源的色彩非常柔和，不含紫外线和红外辐射。半导体照明灯取代现有照明灯进入千家万户后，人们将进入安全、绿色的光明世界。

半导体照明矿灯的工作电流约为３５０ｍａ，两端承受的电压约为３．３ｖ，因此大约有１ｗ功耗。为了确保安全工作并尽量减小体积，必须外加星形散热器。散热器由铝板制成，应将极阴极引线与散热器连在一起，这样使可以有效地散去半导体照明灯产生的热量。

２．２ 半导体照明灯驱动电源一体化集成技术

功率型半导体照明灯可以采用固定电压驱动，也可采用恒流源驱动。采用固定电压驱动时，由于半导体照明灯的正向压降不