CN102291115B - 倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种倍压电路，包括单片机、用于提供电源电压Vcc的电源输入端，以及至少二个升压模块第一升压模块和第二升压模块，所述第一升压模块包括二极管D1和对应的电容C1；第二升压模块包括二极管D2和对应的电容C2；其中，所述二极管D1的输入端连接电源输入端，输出端通过电容C1与单片机的第一I/O口连接；所述二极管D2的输入端连接所述二极管D1和电容C1的公共接点A，输出端通过电容C2与单片机的第二I/O口连接或接地；所述单片机通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压。本发明还提出了一种继电器驱动电路及智能控制器，本发明提供的倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器，节约了成本。

Description

倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器

技术领域

本发明涉及到智能控制领域，特别涉及到一种倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器。

背景技术

当前节能环保为电子产品设计趋势，电源是各类电子产品中不可缺失的重要的环节，目前一个电子产品中都有二组以上电源电压输出，这样不管是传统的线性变压器电源还是开关电源，为了提高能量的转换和利用效率，一般靠增加变压器输出绕组路数（单一绕组必然以最高输出为输出标准并用降压方式获取较低电压，能效低），电源及附属部分变得复杂，造成体积和成本增加；同时，继电器作为控制的常用器件，在其吸合期间功耗占去控制系统的绝大部分，在其断开时，不消耗功率，导致电源设计功率的闲置，硬件资源的浪费。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器。

本发明提出了一种倍压电路，包括单片机、用于提供电源电压Vcc的电源输入端，以及至少二个升压模块第一升压模块和第二升压模块，所述第一升压模块包括二极管D1和对应的电容C1；第二升压模块包括二极管D2和对应的电容C2；其中，

所述二极管D1的输入端连接电源输入端，输出端通过电容C1与单片机的第一I/O口连接；

所述二极管D2的输入端连接所述二极管D1和电容C1的公共接点A，输出端通过电容C2与单片机的第二I/O口连接或接地；

所述单片机通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进 行充放电获取倍压。

优选地，所述单片机通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压包括：

将所述第一I/O口和第二I/O口置0，所述电源输入端对所述电容C1、C2充电直到所述公共接点A、所述二极管D2和电容C2的公共接点B的电压为Vcc；

将所述第一I/O口反复置1和0，所述电容C1对电容C2充电直到所述公共接点B的电压为2Vcc，得到倍压。

优选地，所述倍压电路获取的倍压与升压模块的数量成正比。

优选地，所述倍压电路还包括一存储电容C4、稳压二极管ZD1和ZD2，所述电源输入端和二极管D1的公共接点通过所述存储电容C4接地，所述单片机的第一I/O口和电容C1的公共接点通过所述稳压二极管ZD1接地，所述单片机的第二I/O口和电容C2的公共接点通过所述稳压二极管ZD2接地。

本发明还提出一种继电器驱动电路，包括继电器、三极管Q1、二极管D4和倍压电路，所述继电器和二极管D4并联，二极管D4的输入端与三极管Q1的基极连接，输出端与所述倍压电路的输出端连接，所述三极管Q1的源极与继电器驱动口连接，栅极接地；所述倍压电路对所述继电器进行驱动。

优选地，所述倍压电路为权利要求1至6中任一项所述的倍压电路。

优选地，所述继电器驱动口为所述倍压电路的单片机的I/O口。

优选地，所述倍压电路对所述继电器进行驱动包括：

所述倍压电路获取倍压；

将所述继电器驱动口置1，导通所述三极管Q1，所述倍压电路通过继电器放电，继电器吸合。

优选地，所述倍压电路获取倍压之后，还包括将所述单片机的第一I/O口和第二I/O口置1，所述继电器吸合之后，还包括将所述第一I/O口和第二I/O口置0。

本发明还提出了一种智能控制器，所述智能控制器包括一继电器驱动 电路，所述继电器驱动电路包括继电器、三极管Q1、二极管D4和倍压电路，所述继电器和二极管D4并联，二极管D4的输入端与三极管Q1的基极连接，输出端与所述倍压电路的输出端连接，所述三极管Q1的源极与继电器驱动口连接，栅极接地；所述倍压电路对所述继电器进行驱动。

优选地，所述倍压电路为权利要求1至6中任一项所述的倍压电路。

优选地，所述继电器驱动口为所述倍压电路的单片机的I/O口。

优选地，所述倍压电路对所述继电器进行驱动包括：

所述倍压电路获取倍压；

将所述继电器驱动口置1，导通所述三极管Q1，所述倍压电路通过继电器放电，继电器吸合。

优选地，所述倍压电路获取倍压之后，还包括将所述单片机的第一I/O口和第二I/O口置1，所述继电器吸合之后，还包括将所述第一I/O口和第二I/O口置0。

本发明提出的倍压电路、继电器驱动电路及智能控制器，通过使用倍压电路驱动继电器，节省了变压器输出绕组路数，且使用电容对电容进行充电，电荷损失小，效率高。

附图说明

图1为本发明倍压电路一实施例的电路示意图；

图2为图1所示倍压电路的变形实施例的电路示意图；

图3为本发明倍压电路一实施例中倍压的流程示意图；

图4为本发明倍压电路一实施例的包括三个升压模块的电路示意图；

图5为本发明倍压电路一实施例的又一电路示意图；

图6为本发明倍压电路一实施例的另一电路示意图；

图7为本发明倍压电路一实施例的包括限流电阻的电路示意图；

图8为本发明继电器驱动电路一实施例的电路示意图；

图9为本发明继电器驱动电路一实施例中驱动继电器的流程示意图；

图10为本发明继电器驱动电路一实施例中驱动继电器的又一流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1、图2，提出本发明倍压电路一实施例，包括单片机10、用于提供电源电压Vcc的电源输入端，以及至少二个升压模块第一升压模块20和第二升压模块21，所述第一升压模块20包括二极管D1和对应的电容C1；第二升压模块21包括二极管D2和对应的电容C2；其中，

所述二极管D1的输入端连接电源输入端，输出端通过电容C1与单片机10的第一I/O口连接；

所述二极管D2的输入端连接所述二极管D1和电容C1的公共接点A，输出端通过电容C2与单片机的第二I/O口连接或接地；

所述单片机10通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压。

本实施例为本发明倍压电路的典型实施例，包括至少二个升压模块第一升压模块20和第二升压模块21，也可以包括二个以上升压模块，每一升压模块包括一个二极管和对应的电容。以第一升压模块20和第二升压模块21为例，二极管D1和D2起到正向导通，反射截止的作用，使得电容C1放电时，电流只能沿着AB方向对电容C2充电。电容C1的放电或充电由单片机10的第一I/O口控制，当第一I/O口置0时，电源输入端经由二极管D1向C1充电，当第二I/O口置1时，电容C1放电，经由二极管D2对电容C2充电。

电容C2可以接地或连接单片机10的第二I/O口，当连接单片机10的第二I/O时，在电源输入端或电容C1放电时，应保持第二I/O口为置0。

单片机10通过对第一I/O口及第二I/O口的置1或0，通过二极管D1、D2以及对应的电容C1和C2，进行自举升压，使得电容C2的两端电压为 2Vcc，获得倍压。电容C2的两端电压可以作为其它设备的驱动电源输出。

本发明提出的倍压电路使用电容对电容进行充电，电荷损失小，效率高。

参照图3，在一实施例中，所述单片机通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压包括：

步骤S10、将所述第一I/O口和第二I/O口置0，所述电源输入端对所述电容C1、C2充电直到所述公共接点A、所述二极管D2和电容C2的公共接点B的电压为Vcc；

将第一I/O口和第二I/O口同时置低电平0，VCC通过二极管D1、D2对电容C1、C2充电;充满后A、B两点电压约为VCC;

步骤S11、将所述第一I/O口反复置1和0，所述电容C1对电容C2充电直到所述公共接点B的电压为2Vcc，得到倍压包括：

将第一I/O口置高电平1，公共接点A点电位约为VC1+VIO_1=2VCC(VC1为电容C1两端电压，VIO_1为单片机通过第一I/O口加在电容C1一端的电压)。由于二极管D1的反向作用，该电压会只通过二极管D2对电容C2充电。电容C1所充电荷转移到电容C2,再次置第一I/O口低电平,VCC对电容C1再次充电，充满后将第一I/O口再置高电平，重复以上循环，电容C2将得到二倍即2VCC电压。

在上述实施例中，所述倍压电路获取的倍压与升压模块的数量成正比。

当需要获取3倍Vcc或更高倍数的Vcc时，可增加升压模块，图4所示为具有三个升压模块的倍压电路，包括单片机10、用于提供电源电压Vcc的电源输入端，以及第一升压模块20、第二升压模块21和第三升压模块，所述第一升压模块20包括二极管D1和对应的电容C1；第二升压模块21包括二极管D2和对应的电容C2；第二升压模块22包括二极管D3和对应的电容C3；其中，

所述二极管D1的输入端连接电源输入端，输出端通过电容C1与单片机10的第一I/O口连接；

所述二极管D2的输入端连接所述二极管D1和电容C1的公共接点A，输出端通过电容C2与单片机的第二I/O口连接；

所述二极管D3的输入端连接所述二极管D2和电容C2的公共接点B， 输出端通过电容C3与单片机的第三I/O口连接或接地。

上述倍压电路的升压过程如下：①将单片机10的第一I/O口、第二I/O口和第三I/O口同时置低电平0，VCC通过二极管D1、D2、D3对电容C1、C2、C3充电;充满后公共接点A、B、C三点电压约为VCC;②将第一I/O口置高电平，A点电位约为VC1+VIO_1=2VCC(VC1为电容C1两端电压，VIO_1为单片机通过第一I/O口加在电容C1一端的电压)。由于二极管D1的反向作用，该电压会只通过二极管D2对电容C2和C3充电，电容C1所充电荷转移到电容C2和C3,再次置第一I/O口低电平,VCC对电容C1再次充电。充满后将第一I/O口再置高，重复以上循环，直到电容C2和C3得到二倍即2VCC电压。③将第二I/O口置高电平，公共接点B点电位被抬升到VCC+VC2=3VCC（VC2为电容C2两端的电压），开始经由二极管D3对电容C3充电；反复以上过程，最终电容C3上可获得约3VCC电压。（见波形图3-5）。

上述充电方案也可以先用电容C1、C2同时对电容C3进行2VCC充电，然后用电容C1对电容C2进行2VCC充电，再用电容C2对电容C3进行3VCC充电。

本实施例中，通过增加升压模块，提高倍压电路获取的倍压。

参照图5，在上述实施例中，倍压电路还包括一存储电容C4，所述电源输入端和二极管D1的公共接点通过所述存储电容C4接地。存储电容C4对Vcc进行存储滤波作用。

参照图6，在上述实施例中，倍压电路还包括稳压二极管ZD1和ZD2，所述单片机的第一I/O口和电容C1的公共接点通过所述稳压二极管ZD1接地，所述单片机的第二I/O口和电容C2的公共接点通过所述稳压二极管ZD2接地。本实施例中，二极管ZD1和ZD2起保护作用，防止充电时第一I/O口和第一I/O口同时为非低电平时，倍压过高对IO口造成损坏。

参照图7，在上述实施例中，倍压电路还包括一电阻R，一端与电容C1连接，另一端与所述第一I/O连接。本实施例中电阻R的作用是限流，防止电流过大对电容C1造成损坏。

参照图8、以包括三个升压模块的倍压电路100为例，提出本发明继电 器驱动电路一实施例，包括继电器30、三极管Q1、二极管D4和倍压电路100，所述继电器30和二极管D4并联，二极管D4的输入端与三极管Q1的集电极连接，输出端与所述倍压电路100的输出端连接，所述三极管Q1的基极与继电器驱动口连接，发射极接地；所述倍压电路100对所述继电器30进行驱动。

本实施例中的倍压电路100之工作原理及结构与图1至图7所示之倍压电路100相同，倍压电路100所包括的升压模块可视Vcc的值进行设置，若Vcc的值为5V，继电器的保持电压按低于3V，则设置三个升压模块，倍压电路的二极管D1、D2和D3可选用双肖特基二极管。

倍压电路100获取继电器30所需的倍压，驱动继电器30吸合。该继电器驱动电路通过使用单一电源，节约了成本，且可以利用电子产品中已有单片机，进一步简化了电路设计。

在一实施例中，继电器驱动口为单片机10的I/O口，本实施例中，可利用单片机的I/O口资源来实现继电器驱动，简化了电源设计，且控制成本。

参照图9，在上述实施例中，所述倍压电路100对所述继电器30进行驱动包括：

步骤S20、所述倍压电路100获取倍压；

利用倍压电路100的工作原理，在驱动继电器30之前，先获取并保持约3Vcc的电压，则继电器30的输入电压约为14V，已满足12V继电器吸合电压的需求。

步骤S21、将所述继电器驱动口置1，导通所述三极管Q1，所述倍压电路100通过继电器30放电，继电器30吸合。

将继电器驱动口置高电平，则三极管Q1导通，电容C2和C3通过继电器30线圈瞬间放电，继电器30吸合。

电容C2和C3的两端电压下降，当V_RL降到Vcc，继电器由电源输入端经，经由二极管D1、D2、D3供电保持吸合状态。

以12V继电器为例，此时电路供电4V，电压为正常的1/3，则功耗只为正常的1/9。大大降低了继电器30的功耗。

对于电容C3的选取，假定继电器30吸合动作时间为30mS,驱动电流为50mA，则继电器30吸合消耗的电荷为Q=I*T=30ms*50mA=1.5mC(忽略 继电器电感对电流突变的抑制作用)，电容释放电荷Q=C*△U，则C=Q/△U。而12V继电器最低吸合电压为9V，则△U=14-9=5V，计算C=1.5mC/5V=300uF,取C204470uF可满足要求。

对于二极管ZD1和ZD2的选择，当Vcc大于单片机10的供电电压时，二极管ZD1和ZD2必须使用，起到单片机10的保护作用。

本实施例中，提出了单片机10控制二极管D1、D2、D3和电容C1、C2、C3进行继电器30驱动的方法，在继电器30吸合后，利用继电器30的低压保持特性，继电器30功耗显著降低，降低了对电源的要求。既节约能源又降低成本，为环保设计。

参照图10，在上述实施例中，在执行步骤S20之后，还包括：

步骤S201、将所述单片机10的第一I/O口和第二I/O口置1。

将单片机10的第一I/O口和第二I/O口置高电平1，可增加继电器30吸合时的供电能力。

在执行步骤S21之后，还包括：

步骤S211、将所述第一I/O口和第二I/O口置0。

将单片机10的第一I/O口和第二I/O口置高电平1，使继电器驱动电路保持稳定状态。

本说明书还提出智能控制器一实施例，所述智能控制器包括图8至图10任一所示的继电器驱动电路，可以是家用电器智能控制器、健康与护理产品智能控制器、电动工具智能控制器、智能建筑与家居智能控制器、汽车电子及其他类智能控制器等智能控制器。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种倍压电路，其特征在于，包括单片机、用于提供电源电压Vcc的电源输入端，以及至少三个升压模块第一升压模块、第二升压模块和第三升压模块，所述第一升压模块包括二极管D1和对应的电容C1；第二升压模块包括二极管D2和对应的电容C2；所述第三升压模块包括二极管D3和对应的电容C3；其中，

所述二极管D1的输入端连接电源输入端，输出端通过电容C1与单片机的第一I/O口连接；

所述二极管D2的输入端连接所述二极管D1和电容C1的公共接点A，输出端通过电容C2与单片机的第二I/O口连接；

所述二极管D3的输入端连接所述二极管D2和电容C2的公共接点B，输出端通过电容C3与单片机的第三I/O口连接或接地；

所述单片机通过控制所述第一I/O口和第二I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压；

所述单片机通过控制所述第一I/O口置0或1，对所述电容C1、C2进行充放电获取倍压包括：

将所述第一I/O口、第二I/O口和第三I/O口置0，所述电源输入端对所述电容C1、C2、C3充电直到所述公共接点A、公共接点B、所述二极管D3和电容C3的公共接点C的电压为Vcc；

将所述第一I/O、第二I/O口反复置1和0，直到公共接点C的电压为3Vcc，得到倍压。

2.如权利要求1所述的倍压电路，其特征在于，所述倍压电路获取的倍压与升压模块的数量成正比。

3.如权利要求1所述的倍压电路，其特征在于，还包括一存储电容C4、稳压二极管ZD1和ZD2，所述电源输入端和二极管D1的公共接点通过所述存储电容C4接地，所述单片机的第一I/O口和电容C1的公共接点通过所述稳压二极管ZD1接地，所述单片机的第二I/O口和电容C2的公共接点通过所述稳压二极管ZD2接地。

4.一种继电器驱动电路，其特征在于，包括继电器、三极管Q1、二极管D4和倍压电路，所述继电器和二极管D4并联，二极管D4的输入端与三极管Q1的集电极连接，输出端与所述倍压电路的输出端连接，所述三极管Q1的基极与继电器驱动口连接，发射极接地；所述倍压电路对所述继电器进行驱动；

所述倍压电路为权利要求1至3中任一项所述的倍压电路。

5.如权利要求4所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述继电器驱动口为所述倍压电路的单片机的I/O口。

6.如权利要求4或5所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述倍压电路对所述继电器进行驱动包括：

所述倍压电路获取倍压；

将所述继电器驱动口置1，导通所述三极管Q1，所述倍压电路通过继电器放电，继电器吸合。

7.如权利要求6所述的继电器驱动电路，其特征在于，所述倍压电路获取倍压之后，还包括将所述单片机的第一I/O口和第二I/O口置1，所述继电器吸合之后，还包括将所述第一I/O口和第二I/O口置0。

8.一种智能控制器，其特征在于，所述智能控制器包括权利要求4至7中任一项所述的继电器驱动电路。