CN103280969A

CN103280969A - 基于干电池供电的智能产品用电单元的驱动装置

Info

Publication number: CN103280969A
Application number: CN2013102060591A
Authority: CN
Inventors: 曹国基; 谢翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明涉及一种基于干电池供电的智能产品用电单元的驱动装置，包括控制器MCU，控制器MCU包括有能够向用电单元提供驱动信号的输出端口；其特征在于，控制器MCU内还设置有能够调制输出端口所输出的脉冲电压信号的脉宽调制单元，脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α逐渐变大。本发明技术方案不仅克服了启动时可能出现的尖峰脉冲电流对用电单元的冲击还能利用启动时的小电流逐渐地激活旧电池，同时还简化了线路结构，大大节省了设备的硬件造价，也节省了空间。

Description

基于干电池供电的智能产品用电单元的驱动装置

技术领域

本发明涉及智能产品用电单元的驱动装置，特别涉及由干电池供电的智能产品例如电子锁的驱动装置，所述驱动装置的控制器是微处理器MCU。

背景技术

在通常的强电技术领域，对于大功率负载如水泵、风机的驱动电机，从电机的等效电路看，在启动时大电机相当于短路状态，为此一般都采取专门降压线路所驱动的降压启动模式从而避免比较大的启动电流直接冲击电机。在电子技术领域，特别是智能产品如电子锁产品，其一般包括有离合驱动电机、电子显示屏、扬声器等用电单元，采用干电池供电，由于其电压低，其一般都是采用全压启动模式，也就是在控制器的驱动下，采用固定脉宽的电压脉冲信号启动。但由于这些智能产品是采用容量有限的干电池供电，全压启动这些用电单元时，由于这些负载不可能完全是线性的阻性负载，为此启动瞬间的尖峰脉冲大电流不仅容易损坏电池和用电单元，也使电池的使用寿命降低而且也浪费电池的电能；其次在电池的剩余电能较少时，由于电池的内阻很大，很难为用电单元提供足够的启动电流。因为电池作为电源连接在电路上，本身是具有一定的电阻的（所谓电源内阻），而且在电能释放过程中，随内部化学反应的进行，内阻不断增加，而这内阻又是与外部电路串联的，即电池对外提供一定电流时，该电流同时通过电池内部电阻并同样在电阻的两端有一定的电压，这电压正好与电池对外提供的电压相反，使得电池输出电压下降，这样外部电路可能难以正常工作。比如使用1.5V电池的电子钟，假定正常工作时平均电流1mA，简单将其电阻计算为1500欧姆，1.5V电池内阻为1欧姆，那么工作时，电路上电流实际为1.5/（1500+1）即0.9993mA，钟正常工作，当电池内阻随使用增加到1500欧姆时，电池提供的电流只能达到1.5/（1500+1500）即0.5mA，电子钟只能得到1500*0.0005即0.75V电压，相当接到一个0.75V的电源上，肯定无法正常工作了。为此一些使用一段时间的旧电池，虽然在空载时测量其电压可能接近1.5V但却不能驱动用电单元。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于在不增加外设设备的情况下，提供一种驱动器，所述驱动器不仅能够大大节约使用电池的电能，也能够减少启动大电流对用电单元的冲击，从而延长电池和用电单元的使用寿命，也能够提高用电单元的稳定性。为此，本发明提供基于干电池供电的一种智能产品用电单元的驱动装置，包括控制器MCU，所述控制器MCU包括有能够向所述用电单元提供驱动信号的输出端口；其特征在于，所述控制器MCU内还设置有能够调制所述输出端口所输出的脉冲电压信号的脉宽调制单元，所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α逐渐变大。

我们知道，脉冲信号是周期性的高、低电信号并具有一定时间宽度。其中，周期性的高、低电平信号是指电平信号由高电平信号转化为低电平信号，再由低电平信号转化为高电平信号周而复始地变化。而高电平所持续的时间t₁与一个时间周期T的比率就是所述占空比α，即占空比α﹦t₁/T。所述占空比α越大，其输出的电压信号的平均值也越大，电池需要提供的电能及电流也越大。

其中，所述脉宽调制单元是能够调制所述输出端口所输出的脉冲电压信号的占空比α的控制单元。它是在预先编制的可执行代码并嵌装在所述控制器的存储器中的程序引导下，使机器能按步骤执行的单元，当所述控制器MCU接收到控制信号后，启动所述脉宽调制单元运行动作，所述脉宽调制单元再控制所述控制器MCU的输出端口的输出信号的占空比α。

为了能够节省对电池的能耗，特别是使已经耗电比较多的旧电池也能够启动用电单元，进一步的技术方案还可以是，所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α的数值从零开始逐渐加大直到数值等于1。

根据上述技术方案，与现有技术对比，由于所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α逐渐增大，这样当刚开始启动时，由于平均电压值小，用电回路的电流也比较小，克服了启动时可能出现的尖峰脉冲电流，不仅不会冲击用电单元而损害用电单元和浪费能量，而且也能使用电单元特别是感性负载的用电单元如直流电机建立起反电势；其次当电池所储存的剩余电能比较少时，又能利用启动时的小电流逐渐地激活旧电池，让旧电池不断地释放出剩余的电能，随着电压信号的占空比α逐渐增大，激活的旧电池也能随之逐渐提供比较大的输出电流。如果在启动的瞬间全压启动用电单元，电池会因瞬间大电流的释放而迅速自闭，完全无法使用。根据我们的试验，在同样的工况和电池情况下，使用本发明技术方案启动电子锁的次数高于传统全压启动方案约25%。

其次上述方案也简化了线路结构，节省了实现降压、切换等功能的外设设备。

本发明技术方案在没有增加外设的情况下仅仅在所述控制器内还嵌装所述脉宽调制单元，也大大节省了设备的硬件造价，也节省了空间。

进一步的技术方案还可以是，还包括与所述控制器MCU电信号连接的触发信号接收器，所述触发信号接收器接收触发信号后向所述控制器MCU提供驱动信息，所述控制器MCU再驱动所述脉宽调制单元动作。

进一步的技术方案还可以是，所述触发信号接收器是一种开关装置、IC卡读卡器或指纹信息读取器。

进一步的技术方案还可以是，所述用电单元是电子显示器、扬声器或驱动电机。

由于本发明具有上述特点和优点，为此可以应用到包括电子锁在内的智能产品中。

附图说明

图1 是智能产品用电单元的驱动装置的全压起动电流趋势图；

图2是脉冲电压信号占空比α示意图；

图3是电机的驱动装置的线路原理图；

图4 是所述脉宽调制单元的输出电压信号示意图，图中输出电压信号的占空比α逐渐增大；

图5是所述脉宽调制单元的输出电流信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对在智能锁具产品上应用本发明技术方案的具体优选结构作进一步的说明。

如图1所示，是智能产品用电单元的驱动装置的全压起动负载的电流趋势图；在图中可以看到，当全压启动用电单元时，由于这些负载不可能完全是线性的阻性负载，启动瞬间会在用电单元的回路中产生比较大的尖峰电流Ia，所述尖峰电流Ia不仅会损耗电池的电能而且也会损害外设的用电单元。

如图2所示，是脉冲信号占空比α示意图；脉冲信号是周期性的高、低电信号并具有一定时间宽度。其中，周期性的高、低电平信号是指电平信号由高电平信号转化为低电平信号，再由低电平信号转化为高电平信号周而复始地变化。而高电平所持续的时间t₁与一个时间周期T的比率就是所述占空比α，即占空比α﹦t₁/T。所述占空比α越大，其输出的电压信号的平均值也越大，电池需要提供的电能及电流也越大。

如图3所示，是电机的驱动装置的线路原理图；其中电池E向所述控制器MCU提供驱动电能，所述控制器MCU输出端（C、D）输出的电信号经过辅助的控制电路后向驱动电机M提供驱动信号。另外，所述控制器MCU还与指纹信息读取器所形成的触发信号接收器F连接。

一种指纹智能锁，其包括有触发信号接收器F、能够驱动锁把手离合器的直流驱动电机M、电机驱动装置、电池E和电子显示器等。所述控制器MCU内还嵌装有能够调制所述输出端口（C、D）的输出脉冲电压信号的脉宽调制单元。

所述脉宽调制单元是能够调制所述输出端口（C、D）的输出脉冲电压信号的占空比α的控制单元。它是在预先编制的可执行代码并嵌装在所述控制器MCU 的Flash存储器中的程序引导下，使机器能按步骤执行的单元，当所述控制器MCU接收到所述触发信号接收器F给出的控制信号后，启动所述脉宽调制单元运行动作，所述脉宽调制单元再控制所述控制器MCU的输出端（C、D）的输出电压信号的占空比α。如图4所示，为了能够节省对电池的能耗，特别是使已经耗电比较多的旧电池也能够启动用电单元，所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α的数值从零开始逐渐加大直到数值最大等于1。

当使用者的指纹通过所述触发信号接收器F验证通过后，所述触发信号接收器F向驱动装置发出启动信号，所述驱动装置接收到所述启动信号后通过嵌装于所述控制器MCU内的所述脉宽调制单元调制输出启动电压信号。如图4、图5所示，由于所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α逐渐增大，这样当所述脉宽调制单元刚开始启动时，由于平均电压值小，用电回路的电流Ia也比较小，克服了如图1所示的启动时可能出现的尖峰脉冲电流，不仅不会冲击所述直流驱动电机M而损害所述直流驱动电机M和浪费能量，而且也能使所述直流驱动电机M建立起反电势。为此，在所述脉宽调制单元的控制下启动平均电压缓慢上升，从而使所述直流驱动电机M的启动电流如图5所示平缓增加至额定值，实现了所述直流驱动电机M平稳启动，然后所述直流驱动电机M驱动锁把手的离合器动作，实现锁具的锁合。由于所述脉宽调制单元主要调制的是所述控制器MCU的输出端（C、D）的输出电压信号的占空比α，为此可以通过示波器直接检测和显示所述控制器MCU的输出端（C、D）的输出电压信号的波形图。

其次，当所述电池E所储存的剩余电能比较少时，又能利用启动时的小电流逐渐地激活旧电池E，让所述旧电池E不断地释放出剩余的电能，随着电压信号的占空比α逐渐增大，激活的所述旧电池E也能随之逐渐提供比较大的输出电流。如果在启动的瞬间全压启动所述直流驱动电机M，所述电池E会因瞬间大电流的释放而迅速自闭，完全无法使用。这样，在没有增加外设的情况下仅仅在所述控制器MCU内还嵌装所述脉宽调制单元，也大大节省了所述指纹智能锁的硬件造价，也节省了空间，还能大大提高电池的利用效率。

在上述的技术方案中，所述触发信号接收器F还可以是一种开关装置、IC卡读卡器等。其中所述开关装置是一种能够感应动作信号从而对应地发出驱动信号的装置，它可以是有源开关也可以是无源开关。

Claims

1.基于干电池供电的智能产品用电单元的驱动装置，包括控制器MCU，所述控制器MCU包括有能够向所述用电单元提供驱动信号的输出端口；其特征在于，所述控制器MCU内还设置有能够调制所述输出端口所输出的脉冲电压信号的脉宽调制单元，所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的智能产品用电单元的驱动装置，其特征在于，所述脉宽调制单元所调制的启动电压信号的占空比α最小值为零，最大值为1。

3.根据权利要求1或2所述的智能产品用电单元的驱动装置，其特征在于，所述用电单元是电子显示器、扬声器或驱动电机。

4.根据权利要求1或2所述的智能产品用电单元的驱动装置，其特征在于，还包括与所述控制器MCU电信号连接的触发信号接收器，所述触发信号接收器接收触发信号后向所述控制器MCU提供驱动信息，所述控制器MCU再驱动所述脉宽调制单元动作。

5. 根据权利要求3所述的智能产品用电单元的驱动装置，其特征在于，所述触发信号接收器是一种开关装置、IC卡读卡器或指纹信息读取器。