CN106026716A - 水泵电压控制装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泵控制技术领域，具体而言，涉及一种水泵电压控制装置以及系统，其中，所述装置包括：单片机、电源电子开关电路以及LC滤波电路；单片机与电源电子开关电路的信号输入端连接，用于向电源电子开关电路发送控制信号，以控制电源电子开关电路的通断；电源电子开关电路的电压输出端与LC滤波电路的电压输入端连接，用于向LC滤波电路输出电压；LC滤波电路的电压输出端用于连接水泵。本发明所提供的水泵电压控制装置以及系统，能够使水泵转速均匀，噪声减小。

Description

水泵电压控制装置以及系统

技术领域

本发明涉及水泵控制技术领域，具体而言，涉及一种水泵电压控制装置以及系统。

背景技术

水泵的应用范围非常广泛，从上天的飞机、火箭，到地下的钻井、采矿；从陆地上的火车、坦克，到海上的舰船等，以及不论是重工业还是轻工业，不论是尖端的科学技术还是日常的生活，到处都可以看到有水泵在运行。水泵在国民经济各部门中不仅被广泛地应用，而且有其重要的地位和作用。水泵是发展各行各业必不可少的机械设备之一。

目前，常用的水泵多采用电机驱动电路来驱动水泵进行工作，而电机驱动电路通常又利用交流电源直接驱动水泵电机，或者通过开关电源，以及传统的带变压器电源将交流转为直流后驱动水泵电机，并且市面上大部分小型直流水泵通过两组线圈并绕且通过一个霍尔开关来切换两组线圈交替工作，使水泵转子持续转动，这样，不仅水泵转速不均匀，而且噪声很大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种水泵电压控制装置以及系统，能够使水泵转速均匀，噪声减小。

第一方面，本发明实施例提供了一种水泵电压控制装置，该装置包括：单片机、电源电子开关电路以及LC滤波电路；

单片机与电源电子开关电路的信号输入端连接，用于向电源电子开关电路发送控制信号，以控制电源电子开关电路的通断；

电源电子开关电路的电压输出端与LC滤波电路的电压输入端连接，用于向LC滤波电路输出电压；

LC滤波电路的电压输出端用于连接水泵。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，电源电子开关电路包括：电阻R1、电阻R2、场效应管Q1、肖特基二极管D1以及三极管Q2；

电阻R1的一端作为电源电子开关电路的电压输入端，并且与场效应管Q1的源极连接，另一端分别与场效应管Q1的栅极、三极管Q2的集电极连接；

三极管Q2的基极串联电阻R2后，连接单片机端,三极管Q2的发射极接地；

场效应管Q1的源极和漏极之间并联肖特基二极管D1，场效应管Q1的漏极作为电源电子开关电路的电压输出端。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，LC滤波电路包括：电感L以及电容C；

电感L的一端作为LC滤波电路的电压输入端，与电源电子开关电路的电压输出端连接，另一端与电容C的一端连接，并作为LC滤波电路的电压输出端，用于向水泵输出电压，电容C的另一端接地。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：反馈电路；

反馈电路的信号输入端与LC滤波电路连接；

反馈电路的信号输出端与单片机连接，用于向单片机输出反馈信号。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，反馈电路包括：电阻R3以及电阻R4；

电阻R4的一端作为反馈电路的信号输入端，与LC滤波电路的电压输出端连接，另一端作为反馈电路的信号输出端，与电阻R3串联后接地。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括：滤波稳压电路；

滤波稳压电路包括：电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4以及稳压芯片；

稳压芯片的输入端作为滤波稳压电路的电压输入端，与电解电容C1的正极、电容C3的一端连接；电解电容C1的负极、电容C3的另一端均接地；

稳压芯片的输出端与电解电容C2的正极、电容C4的一端连接，电解电容C2的负极、电容C4的另一端均接地；

稳压芯片的输出端还作为滤波稳压电路的电压输出端，与电源电子开关电路的电压输入端连接。

结合第一方面的前五种可能的实施方式中任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，控制信号为PWM信号；

单片机内置有PWM信号发生器；

PWM信号发生器所发出的PWM信号占空比可调。

结合第一方面的前五种可能的实施方式中任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，电源电子开关电路和LC滤波电路之间还串联有保险丝F。

结合第一方面的前五种可能的实施方式中任意一种，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，LC滤波电路的电压输入端还连接有续流二极管D2；

续流二极管D2的阳极接地，阴极与LC滤波电路的电压输入端连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种水泵电压控制系统，该系统包括：水泵以及第一方面的水泵电压控制装置；

水泵电压控制装置中的LC滤波电路的电压输出端，与水泵连接，用于向水泵输出电压，以控制水泵的转速。

本发明实施例所提供了一种水泵电压控制装置以及系统，该装置包括：单片机、电源电子开关电路以及LC滤波电路；其中，单片机与电源电子开关电路的信号输入端连接，用于向电源电子开关电路发送控制信号，以控制电源电子开关电路的通断；电源电子开关电路的电压输出端与LC滤波电路的电压输入端连接，用于向LC滤波电路输出电压；LC滤波电路的电压输出端用于连接水泵。

本发明实施例所提供的水泵电压控制装置以及系统，单片机向与其连接的电源电子开关电路发送控制信号，以控制电源电子开关电路的通断，进而使电源电子开关电路输出周期(脉冲时间间隔)较短的电压，该电压再通过LC滤波电路滤波，转换成稳定的直流电压。由该直流电压控制的水泵转速均匀，噪声减小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种水泵电压控制装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种水泵电压控制装置中，电源电子开关电路、LC滤波电路以及反馈电路的电路图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种水泵电压控制装置中，滤波稳压电路的电路图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种水泵电压控制系统的结构示意图。

图示说明：

1-水泵电压控制装置；2-水泵电压控制系统；3-水泵；

11-单片机；12-电源电子开关电路；13-LC滤波电路；14-反馈电路；15-滤波稳压电路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到目前市面上大部分小型直流水泵通过两组线圈并绕且通过一个霍尔开关来切换两组线圈交替工作，使水泵转子持续转动，产生较大的噪声。基于此，本申请提供了一种水泵电压控制装置以及系统，能够使水泵转速均匀，噪声减小。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种水泵电压控制装置进行详细介绍。需要注意的是，本发明实施例所提供的水泵电压控制装置除了用在水泵外，还可以用于其它需要直流电压驱动的负载。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种水泵电压控制装置1，该装置包括：单片机11、电源电子开关电路12以及LC滤波电路13；

其中，单片机11与电源电子开关电路12的信号输入端连接，用于向电源电子开关电路12发送控制信号，以控制电源电子开关电路12的通断；电源电子开关电路12的电压输出端与LC滤波电路13的电压输入端连接，用于向LC滤波电路13输出电压；LC滤波电路13的电压输出端用于连接水泵3。

在本发明实施例所提供的水泵电压控制装置1中，单片机11内置有PWM信号发生器；单片机11发送的控制信号为PWM信号；PWM信号发生器所发出的PWM信号占空比可调。

PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM基本原理是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。在本发明实施例中，PWM信号用于控制电源电子开关电路12的通断，当电源电子开关电路12导通时，向外界输出周期(脉冲时间间隔)较短的PWM信号电压。

具体实现的时候，通过调节内置于单片机11的12位PWM信号发生器的信号占空比，来改变单片机11向电源电子开关电路12发送的控制信号，即PWM信号电压，从而控制电源电子开关电路12的通断。具体的，当单片机11端口P2.4产生0V的PWM信号电压时，电源电子开关电路12断开，当单片机11端口P2.4产生5V的PWM信号电压时，电源电子开关电路12导通。电源电子开关电路12的电压输出端与LC滤波电路13的电压输入端连接，当电源电子开关电路12导通的时候，向LC滤波电路13输出周期(脉冲时间间隔)较短的PWM信号电压，该信号电压通过LC滤波电路13后，转换成稳定的直流电压。然后LC滤波电路13通过其电压输出端，向与其连接的水泵3输出稳定的直流电压，这样，可以使水泵3的转速均匀，进而减小噪声。

为了更清楚的展示水泵电压控制装置1的具体结构，下面针对水泵电压控制装置1所包含的几个电路进行详细的说明，具体的，参见图2所示，本发明实施例提供了一种电源电子开关电路12，该电源电子开关电路12包括：电阻R1、电阻R2、场效应管Q1、肖特基二极管D1以及三极管Q2；

其中，电阻R1的一端作为电源电子开关电路12的电压输入端，并且与场效应管Q1的源极连接，另一端分别与场效应管Q1的栅极、三极管Q2的集电极连接；三极管Q2的基极串联电阻R2后，连接单片机11端,三极管Q2的发射极接地；场效应管Q1的源极和漏极之间并联肖特基二极管D1，场效应管Q1的漏极作为电源电子开关电路12的电压输出端。

在本发明实施例中，电源电子开关电路12由电阻R1、电阻R2、场效应管Q1、肖特基二极管D1以及三极管Q2组成。其中，肖特基二极管D1以并联的方式接到场效应管Q1的两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护电路中的元器件不被损坏的作用。当电阻R2的一端接收到单片机11所发送的0V的PWM信号电压时，三极管Q2处于断开的状态，当接收到单片机11所发送的5V的PWM信号电压时，三极管Q2处于导通的状态，此时，由电源电子开关电路12的电压输入端(电阻R1的一端)输入的12V电压，使场效应管Q1处于导通的状态，进而从电源电子开关电路12的电压输出端(场效应管Q1的漏极)输出12V的PWM信号电压，该信号电压周期较短，再经过LC滤波电路13滤波后，可以获得稳定的直流电压。

需要注意的是，电源电子开关电路12不仅限于本实施例所述的这种开关电路，也可以是用其它方法或元件实现的开关电路。

参见图2所示，本发明实施例还提供了一种LC滤波电路13，该LC滤波电路13包括：电感L以及电容C；

其中，电感L的一端作为LC滤波电路13的电压输入端，与电源电子开关电路12的电压输出端连接，另一端与电容C的一端连接，并作为LC滤波电路13的电压输出端，用于向水泵3输出电压，电容C的另一端接地。

LC滤波电路13也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置，在本发明实施例中，LC滤波电路13由电感L和电容C组成，电容具有阻直流，通交流的功能，而电感有通直流，阻交流，通低频，阻高频的功能，当伴有许多干扰信号的直流电压通过LC滤波电路13后，交流干扰信号大部分会被电感L阻止吸收变成磁感和热能，剩下的大部分被电容C旁路到接地端，这样就可以起到抑制干扰信号的作用，在LC滤波电路13的电压输出端输出比较纯净的直流电压。

具体的，由电源电子开关电路12向LC滤波电路13输入12V的PWM信号电压，通过LC滤波电路13的滤波功能后，可以获得5V-12V的稳定的直流电压，进而将该电压输入与LC滤波电路13连接的水泵3，以控制水泵3的转速，由稳定的直流电压控制的水泵3转速均匀，噪声减小。

参见图2所示，本发明实施例还提供了一种反馈电路14；该反馈电路14的信号输入端与LC滤波电路13连接；反馈电路14的信号输出端与单片机11连接，用于向单片机11输出反馈信号。

具体的，该反馈电路14包括：电阻R3以及电阻R4；电阻R4的一端作为反馈电路14的信号输入端，与LC滤波电路13的电压输出端连接，另一端作为反馈电路14的信号输出端，与电阻R3串联后接地。

在本发明实施例中，由电阻R3以及电阻R4组成的反馈电路14可以将LC滤波电路13输出的直流电压进行分压，然后传送到单片机11的AD口(端P0.3)，AD口通过采样到的电压再根据分压电阻的阻值，可以计算出当前输出的实际电压，进而可以根据需要对PWM信号占空比进行调节，如果电压变低，可以把占空比调小，如果电压升高，把占空比调大，从而实现闭环控制。

此外，在本发明实施例所提供的水泵电压控制装置1中，还包括：滤波稳压电路15；参见图3所提供的一种滤波稳压电路15，该滤波稳压电路15包括：电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4以及稳压芯片；

其中，稳压芯片的输入端作为滤波稳压电路15的电压输入端，与电解电容C1的正极、电容C3的一端连接；电解电容C1的负极、电容C3的另一端均接地；稳压芯片的输出端与电解电容C2的正极、电容C4的一端连接，电解电容C2的负极、电容C4的另一端均接地；稳压芯片的输出端还作为滤波稳压电路15的电压输出端，与电源电子开关电路12的电压输入端连接。

在具体实现的时候，由滤波稳压电路15进行滤波，使得输出的电压源纹波、噪声大大减小，为电源电子开关电路12提供稳定的电压源。此外，滤波稳压电路15中的稳压芯片为三端稳压集成电路LM7812，用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。电解电容C2、电容C4具有滤波作用，可使整个电路输出的电压高频特性更好，大大降低输出电压源中的高频成分，减少对外接电源的辐射。

此外，为了防止水泵电压控制装置1产生过流过热而导致该装置损毁，电源电子开关电路12和LC滤波电路13之间还串联有保险丝F。

在本发明实施例中，保险丝F为自恢复保险丝，是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，掺加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。传统保险丝过流保护，仅能保护一次，烧断了需更换，而自恢复保险丝具有过流过热保护，自动恢复双重功能。

除了保险丝之外，LC滤波电路13的电压输入端还连接有续流二极管D2；续流二极管D2的阳极接地，阴极与LC滤波电路13的电压输入端连接。续流二极管经常和储能元件一起使用，防止电压电流突变，提供通路。LC滤波电路13中的电感L可以经过它给水泵3提供持续的电流，以免水泵3电流突变，起到平滑电流的作用。

本发明实施例还提供了一种水泵电压控制系统2，参见图3所示，该系统包括：水泵3以及本发明实施例所提供的水泵电压控制装置1；

其中，水泵电压控制装置1中的LC滤波电路13的电压输出端，与水泵3连接，用于向水泵3输出电压，以控制水泵3的转速。

在本发明实施例具体实现的时候，实际的工作频率为3KHz,根据需要的电压值来调节PWM信号的占空比，当单片机11输出的控制信号，也就是PWM信号电压为5V时，电源电子开关电路12中的三极管Q2处于导通状态，此时，由滤波稳压电路15输入的12V电压使电源电子开关电路12中的场效应管Q1导通，进而，电源电子开关电路12向LC滤波电路13输出周期(脉冲时间间隔)较短的PWM信号电压，该信号电压再通过LC滤波电路13，转换成稳定的直流电压。由该直流电压控制的水泵3转速均匀，噪声减小。

在本发明实施例所提供的水泵电压控制系统2中，水泵电压控制装置1的具体结构和功能可参见上述实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，后台服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水泵电压控制装置，其特征在于，所述装置包括：单片机、电源电子开关电路以及LC滤波电路；

所述单片机与所述电源电子开关电路的信号输入端连接，用于向所述电源电子开关电路发送控制信号，以控制所述电源电子开关电路的通断；

所述电源电子开关电路的电压输出端与所述LC滤波电路的电压输入端连接，用于向所述LC滤波电路输出电压；

所述LC滤波电路的电压输出端用于连接水泵。

2.根据权利要求1所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述电源电子开关电路包括：电阻R1、电阻R2、场效应管Q1、肖特基二极管D1以及三极管Q2；

所述电阻R1的一端作为所述电源电子开关电路的电压输入端，并且与所述场效应管Q1的源极连接，另一端分别与所述场效应管Q1的栅极、所述三极管Q2的集电极连接；

所述三极管Q2的基极串联所述电阻R2后，连接所述单片机端,所述三极管Q2的发射极接地；

所述场效应管Q1的源极和漏极之间并联所述肖特基二极管D1，所述场效应管Q1的漏极作为所述电源电子开关电路的电压输出端。

3.根据权利要求2所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述LC滤波电路包括：电感L以及电容C；

所述电感L的一端作为所述LC滤波电路的电压输入端，与所述电源电子开关电路的电压输出端连接，另一端与所述电容C的一端连接，并作为所述LC滤波电路的电压输出端，用于向所述水泵输出电压，所述电容C的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的水泵电压控制装置，其特征在于，还包括：反馈电路；

所述反馈电路的信号输入端与所述LC滤波电路连接；

所述反馈电路的信号输出端与所述单片机连接，用于向所述单片机输出反馈信号。

5.根据权利要求4所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述反馈电路包括：电阻R3以及电阻R4；

所述电阻R4的一端作为所述反馈电路的信号输入端，与所述LC滤波电路的电压输出端连接，另一端作为所述反馈电路的信号输出端，与所述电阻R3串联后接地。

6.根据权利要求2所述的水泵电压控制装置，其特征在于，还包括：滤波稳压电路；

所述滤波稳压电路包括：电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4以及稳压芯片；

所述稳压芯片的输入端作为所述滤波稳压电路的电压输入端，与所述电解电容C1的正极、电容C3的一端连接；所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端均接地；

所述稳压芯片的输出端与所述电解电容C2的正极、电容C4的一端连接，所述电解电容C2的负极、电容C4的另一端均接地；

所述稳压芯片的输出端还作为所述滤波稳压电路的电压输出端，与所述电源电子开关电路的电压输入端连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述控制信号为PWM信号；

所述单片机内置有PWM信号发生器；

所述PWM信号发生器所发出的PWM信号占空比可调。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述电源电子开关电路和所述LC滤波电路之间还串联有保险丝F。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的水泵电压控制装置，其特征在于，所述LC滤波电路的电压输入端还连接有续流二极管D2；

所述续流二极管D2的阳极接地，阴极与所述LC滤波电路的电压输入端连接。

10.一种水泵电压控制系统，其特征在于，所述系统包括：水泵以及权利要求1-9任意一项所述的水泵电压控制装置；

所述水泵电压控制装置中的LC滤波电路的电压输出端，与所述水泵连接，用于向所述水泵输出电压，以控制所述水泵的转速。