一种基于HT66F20的医用LED头灯的控制电路设计

医用手术头灯作为常见的医疗设备 ，被广泛应用于各种临床手术，特别是五官科检查及手术中。传统手术头灯的外观比较笨重，有些甚至灯镜分离，需要外置的电源线 ，使用不方便；而且在使用过程中高耗高照，使手术头灯容易发热且无法控制亮度。特别是在野战医疗中续航时间短，且头灯亮度会随着电池电量的下降而造成衰减。

基于上述情况，为医用手术 LED头灯设计-种控制电路，以 HT66F20为处理芯片，采用可编程逻辑控制技术 ，主要包括LED驱动电路、亮度调节电路、电量显示电路、外部充电电路等。整个电路镶在 LED头灯头带中，实现简洁无线口1，使用方便 ；整个控制电路工作功率为 0.5～1.5 w，采用 1 200 mA可充电锂电池 ，最长续航时间可达 12 h，并且智能锁定工作功率 ，亮度始终保持恒定，不随电池电量的下降而造成衰减；亮度调节电路设计为 5级，用户可根据需要随时调节亮度，5基金项目：南京军区 2007年度科技创新课题资助项 目(07M062)专 利：国家实用新型专利(ZL 200620114526 3)作者简介：周文光(197O-)，男，主任技师，主要从事医疗设备的维修、质量控制、使用管理等方面的研究工作，E-mail：zhouwgsun###126 c0m。

通讯作者 ：孔 悦，E-mail：xmky2005###126.tom级电量显示电路实时监控电量 ，外部充电电路可方便对电池进行充电[41。

1 设计路线和实现本次设计的控制电路由 2个部分组成 ：外部充电电路和主控制电路。

设计目标 ：通过对外部充电电路的设计 ，可以实时方便地为医用头灯锂电池充电；通过对主控制电路的设计 ，实现驱动医用 LED头灯、亮度调节和电量显示等功能。整个控制电路镶在头灯头带中，不带任何外接线，使头灯的使用简单方便 。

1.1 外部充电电路设计设计 目标 ：通过对外部充电电路的设计 ，实现对医用头灯电池直接充电。整个充电过程主要包括涓流充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段，可以延长锂电池的使用寿命 。

本次 LED头灯采用的是电压为 3.6 V、电流为 1 200 mA的锂电池，该电池放电时间短，可长时间存放，无记忆效应并且可以快速充电。充电过程分为 3个阶段 ：在电池过渡放电、电压偏低的状态下 ，采用涓流充电；电池从过放状态恢复到正常状态后，采用恒流充电；当电量充至 85%以上时，再慢慢地进行补充 ，采用恒压充电，其主要电路图如图 1所示。

· 医疗卫生装备 ·2013年 4月第 34卷第 4期 Chinese Medical Equipment Journal·Vo1.34·No.4·April·2013·22· Thesis&Research Report l研 究 论 著图 1 医用 LED头灯锂电池充电电路如图 1所示 ，电源5 V通过 D2送到开关 SW2，同时通过充电管理 IC MCP73831送到锂电池。SW2的左边点电压为5 V-0.7 V4.3 V。由于锂电池的电压不管在充满电或者非充满状态的时候都低于 SW2左边点电压 4.3 V，所以D1是截止的。充电管理 IC正常对锂电池充电，此时 LED1、LED2亮，表示锂电池正常充电；当充满后 ，充电管理 IC MCP73831的STAT端输出高电平，则 LED1不亮、LED2亮，表示锂电池已充满。

1.2 主控制电路设计设计 目标 ：通过对主控制电路设计，实现医用 LED头灯的运行和调光，并实时监测锂电池的使用情况[81。

主控制电路主要包括 HT66F20主电路 、LED灯头驱动电路、LED调光电路、电池电量显示电路、按键电路等。其主要结构框图如图2所示。

图2 医用 LED头灯主控制电路结构图(1)主控制电路设计本 次主 控制 电路设 计 采 用 的主 芯 片是 HT66F20，HT66F20的 PA0端接开机按键，VSS端接调光上升键 ，PB4端接调光下降键，通过 3个按键控制头灯的开关和亮度的调节。PB3端接调光指示灯的公共端，PB2端接电池电量指示灯的公共端。VDD端接锂电池的正极 ，通过锂电池给 HT66F20供电，PB5/VREF接基准电路，PAl输出PWM信号，PA2接锂电池检测电压，PA2～PA7接指示灯的负极 。其电路图如图3所示PA0 PA1VSS PA2PB4 PA3PB3 PA4PB2/OSC2 PA5PBl/OSC1 PA6VDD-PA7PBO/s PB5/VREF图3 医用 LED头灯主控制电路图(2)输入电压基准电路设计电压基准电路采用 HT7130，输出电压为3 V，HT7130的 VIN端接锂电池的正端，C 、C6、C7启动滤波的作用，其电路图如图4所示。

图4 医用 LED头灯电压基准电路图(3)LED头灯驱动和调光电路设计LED头灯驱动芯片采用 TPS61165，HT66F20本身带有PWM控制，通过 PAl端接 TPS61165的CTRL端对输出电压进行控制㈣。TPS61165的VIN端接 VBAT，SW端通过 D1接到 LED进行驱动，其电路如图 5所示。

图 5 医用 LED头灯驱动电路LED调光显示电路通过 5个指示灯来显示 LED头灯的亮度 ，其公共端接 HT66F20的 PB3端 ，通过 UP KEY1键和DOMN KEY1键对亮度进行控制。当 PB3端输出低电平时，Ql导通 ，指示灯亮，其电路如图 6所示。

图 6 医用 LED头灯调光指示电路图(4)电量监测和指示电路电量监测电路通过电阻 、 分压进行采样，通过 尺 输出到 HT66F20的 PB5端，与基准电压进行比较 ，对电池的电量进行监测，其电路如图 7所示。

电量指示电路通过 5个指示灯对电池电量进行显示 ，其公共端接 HT66F20的 PB2端，当PB2输出低电平时 ，Q2导. 医疗卫生装备·2013年4月第34卷第4期 Chinese Medical Equipment Journal·Vo1.34No.4·April·2013研 究 论 著 l Thesis&Research Report ·23·VBAT图7 医用 LED头灯电量监测电路图通 ，指示灯亮，其电路如图 8所示。

VBAT图 8 医用 LED头灯电量指示电路图2 LED医用头灯功能设计通过对基于 HT66F20的医用 LED头灯的电路设计 ，使其使用简单，稳定性高，性能参数优越，其外观功能图如图9所示。

电量显示LED减亮电源开关LED加亮亮度显示电池接口图9 医用 LED头灯功能图在医用 LED头灯运用过程中，在关闭状态下，长按主控制电路电源开关键 2 S，开启照明；在开启状态下，长按主控制电路电源开关键 2 S，关闭照明。在亮度调节状态下，每按- 次加亮键，亮度增加-挡 ，亮度指示灯相应增加-格；每按- 次减量键，亮度降低-挡，亮度指示灯相应减少-格。5级电量显示通过 5个指示灯来显示电量，当电池电量不足以正常工作时，5个指示灯同时闪烁，提示应为电池充电。

3 结语目前，传统手术头灯的外观比较笨重 ，有些甚至灯镜分离 ，从而导致手术头灯的电路设计需要外置的电源线，使用携带都不方便。本次设计的基于 HT66F20的医用头灯电路 ，主要是给 LED头灯提供控制电路，实现 LED头灯的驱动、调光和电量监测等功能。整个设计的控制电路可以方便、稳定地为 LED头灯提供各种运用功能，使其使用方便 、稳定性高、便于携带且各项参数优越，适合大多数医疗机构和野战医疗的使用。