CN106602633A - 电动牙刷及其无线充电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动牙刷及其无线充电控制方法，包括充电底座和牙刷主机，该充电底座包括第一微处理器和第一充电线圈，该牙刷主机包括第二微处理器和第二充电线圈，该第二充电线圈与该第一充电线圈相配合；其中，在正常充电过程中，该第二微处理器能够按设定的周期，发出切关断充电负载的控制信号，并经由该第二充电线圈与该第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给该第一微处理器，该第一微处理器能够根据该控制信号的有无，识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态。本发明充电控制可靠高效。
Description
技术领域
本发明涉及电动牙刷，特别涉及电动牙刷的无线充电。
背景技术
由于电动牙刷是在洗手间为主的水汽湿气较重的环境中使用和存放，并可用水浸泡和冲洗，因此需要高度防水。电动牙刷没有外部导电插头和触点，一般采用内置电池密封外壳，以及无触点的无线充电来对牙刷电池充电。
现有电动牙刷的无线充电的实现通常相互配合的充电底座和牙刷主机，其中在充电底座上设置一个充电线圈L1，在牙刷主机上设置一个充电线圈L2，在充电线圈L1形成一个交流电信号，通过充电线圈L1和充电线圈L2两组线圈的电磁感应，将充电线圈L1的电流感应到充电线圈L2，达到无线充电的效果。
在用户使用习惯上，电动牙刷不使用时，常会放在充电底座上。由此导致充电时间会持续很长，容易出现难以预料的种种异常情况，例如：充电底座有异物落入、牙刷主机漏电、牙刷主机损坏不能正常通电以及牙刷主机与充电底座之间由碰倒/跌落所导致的位置距离异常等。一带出现异常情况，没有保护措施的话，充电底座将处于长时间大电流充电状态，容易导致安全隐患。另外，在牙刷主机电池已充满，牙刷主机的充电保护电路也将停止充电，需要及时告知充电底座进入待机保护状态。
为此，有人提出了在牙刷主机与充电底座之间采用诸如蓝牙之类的无线数据通信技术，由无线信号即时沟通充电状态，其存在方案复杂、成本较高等问题。为此，又有人提出了电流检测技术，通过充电底座的电流检测芯片来检测充电电流的变化，相应地给出充电状态判断，其存在有些电流并没有明显变化的异常充电状况不能做出判别和应对处理的问题。可见，现有的充电控制方式，在可靠性和高效性方面均有待进一步提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种电动牙刷及其无线充电控制方法，充电控制可靠高效。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种电动牙刷，包括充电底座和牙刷主机，该充电底座包括第一微处理器和第一充电线圈，该牙刷主机包括第二微处理器和第二充电线圈，该第二充电线圈与该第一充电线圈相配合；其中，在正常充电过程中，该第二微处理器能够按设定的周期，发出切关断充电负载的控制信号，并经由该第二充电线圈与该第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给该第一微处理器，该第一微处理器能够根据该控制信号的有无，识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态。
在一些实施例中，该牙刷主机还包括与该第二充电线圈相连的充电电路、与该充电电路相配合的充电电池以及串设在该充电电路与该充电电池之间并受控于该第二微处理器的受控开关。
在一些实施例中，该充电底座还包括与该第一充电线圈相连的充电电路和与该充电电路相配合的电流/电压采样检测及控制电路，该电流/电压采样检测及控制电路与该微处理器相连。
在一些实施例中，该电流/电压采样检测及控制电路包括与该第一充电线圈相串联的分压电阻支路，用于检测该第一充电线圈上的电流大小，以使该第一微处理器能够捕获该控制信号。
在一些实施例中，该第一微处理器包括模数转换器，能够将该分压电阻支路提供的反映该第一充电线圈上的电流大小的电压降转换为数字信号。
在一些实施例中，该充电电路包括充电用三极管，其串设在该第一充电线圈与该分压电阻支路之间；该电流/电压采样检测及控制电路还包括：受控于该第一微处理器的受控开关，用于强制该充电用三极管截止。
在一些实施例中，在该第一微处理器识别该牙刷主机是处于异常充电状态时，该第一微处理器通过该受控开关强制该充电用三极管截止。
在一些实施例中，该充电底座包括与该第一充电线圈并联的充电电容，该充电电容与该第一充电线圈组成的振荡电路的振荡频率为几十千赫兹。
在一些实施例中，该设定的周期的时长超过1分钟，该控制信号的有效时宽小于1秒钟。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括：提供一种电动牙刷的无线充电控制方法，包括：设置充电底座和牙刷主机，该充电底座包括第一微处理器和第一充电线圈，该牙刷主机包括第二微处理器和第二充电线圈，该第二充电线圈与该第一充电线圈相配合；在正常充电过程中，使该第二微处理器能够按设定的周期，发出关断充电负载的控制信号，并经由该第二充电线圈与该第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给该第一微处理器，使该第一微处理器能够根据该控制信号的有无，识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态。
与现有技术相比，本发明的电动牙刷及其无线充电控制方法，通过巧妙地使牙刷主机的第二微处理器在正常充电时，周期性地发出关断充电负载的控制信号，并借助牙刷主机上的第二充电线圈与充电底座上的第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给充电底座的第一微处理器，使得该充电底座能够根据该控制信号的有无而识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态，充电控制可靠高效。
附图说明
图1为本发明电动牙刷的电路框图。
图2为本发明电动牙刷的充电控制时序图。
图3为本发明的电动牙刷中充电底座的电原理图。
图4为本发明的电动牙刷中牙刷主机的电原理图。
图5为本发明电动牙刷的无线充电控制方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
参见图1，图1为本发明电动牙刷的电路框图。本发明提出一种电动牙刷，其包括相互配合的充电底座1和牙刷主机2。
该充电底座1包括：电源220V适配器或者5V输入11，用于提供5V的直流电源供给；充电电路12，用于将5V直流电源供给的电能，透过第一充电线圈L1向外提供充电用电磁场；电流/电压采样检测及控制电路13，包括用于对第一充电线圈L1上的电流/电压进行检测的检测电路和连接在该充电电路12与该第一充电线圈L1之间的受控开关；以及第一微处理器14，用于根据该检测电路提供的检测信号，控制该受控开关。
参见图1，该牙刷主机2包括：主电路21，包括电机和电机驱动电路，用于驱动牙刷头工作；充电电池22，用于为该主电路21提供直流电源供给；负载切换及充电电路23，包括充电电路和负载切换开关，其中充电电路用于将第二充电线圈L2上感应到的电磁场能量转换为充电电流，对该充电电池22进行充电，负载切换开关为设置在该充电电路与该第二充电线圈L2之间的受控开关；以及第二微处理器24，用于根据充电状况，控制该受控开关。
本发明的电动牙刷的充电原理大致包括：在充电底座1上设置由第一充电线圈L1等组成的振荡电路，在第一充电线圈L1形成一个交流电信号，通过第一充电线圈L1和牙刷主机2上的第二充电线圈L2两组线圈的电磁感应，将第一充电线圈L1的电流感应到第二充电线圈L2，达到无线充电的效果。
参见图2，图2为本发明电动牙刷的充电控制时序图。本发明提出一种电动牙刷的无线充电控制方法，其大致包括：在正常充放电状态时，令该牙刷主机2对该充电底座1按设定的周期发出控制信号，该控制信号的特点为：设定的周期的时长t1，信号的有效时宽t2，大致地，该设定的周期的时长t1超过1分钟，该控制信号的有效时宽t2小于1秒钟，例如：t1为2分钟，t2为0.5秒。如果该充电底座1经过时长t1没有收到这一有效时宽t2的控制信号，则判定为充电异常，该充电底座1能够切换正常充电电流到一个低电流的待机状态，从而达到保护效果。反之，如果在时长t1内，该充电底座1都能收到这一有效时宽t2的控制信号，则视为充电正常状态，该充电底座1维系正常充电电流。
值得一提的是，导致充电异常的因素多种多样，比如：充电底座1上有异物落入，该牙刷主机2漏电，该牙刷主机2损坏不能正常通电，该牙刷主机2与该充电底座1由于碰倒/跌落导致的位置距离异常，该牙刷主机2被用户拿出离开该充电底座1等，这些因素都会使得该充电底座1无法在时长t1内收到这一有效时宽t2的控制信号。
另外，在充电电池22充满电后，该牙刷主机2可以主动停止发出上述控制信号，迫使该充电底座1无法在时长t1内收到这一有效时宽t2的控制信号，进而停止充电，进入待机状态。本发明的充电控制方法，所对应的充电状态的变化和处理逻辑如下表：
| 充电状态 | 第二微处理器24 | 牙刷主机2 | 第一微处理器14 | 充电底座1 |
| 正常充电 | 周期性地发控制信号 | 正常电流充电 | 在时长t1内，收到有效时宽t2的控制信号 | 正常电流充电 |
| 充电异常 | 不发控制信号 | 切断充电电流 | 在时长t1内，收不到有效时宽t2的控制信号 | 低电流待机保护 |
| 电池充满 | 不发控制信号 | 切断充电电流 | 在时长t1内，收不到有效时宽t2的控制信号 | 低电流待机保护 |
| 牙刷主机远离充电底座 | 周期性地发控制信号/不发控制信号 | 切断充电电流 | 在时长t1内，收不到有效时宽t2的控制信号 | 低电流待机保护 |
以下，结合图3、图4和图5，对本发明的电动牙刷的充电控制予以进一步详细说明。其中，图3示出了充电底座1的电原理图，图4示出了牙刷主机2的电原理图，图5示出了无线充电控制方法的流程图，其中，充电底座1上的第一微处理器14为图3中的芯片U1。牙刷主机2上的第二微处理器24为图4中的芯片U11。
参见图3，第一充电线圈L1和充电电容C1组成的振荡电路的振荡频率为几十千赫兹，例如：20KHz左右。这种选择，比一般市电交流频率50Hz的感应效率好高得多。值得一提的是，由于控制信号是在时长t1内发生一次，有效时宽为t2，具体到本实施例，为每2分钟才发出0.5秒的高电平，控制信号的频率很低，与电磁感应所采用的几十千赫兹的频率相比，区别很大，本发明的控制信号的发送/接收，不会给正常的无线充电带来任何不良影响。
参见图4，并结合参见图2，在芯片U11输出端口PG上平时输出一个低电平，每隔时长t1发出一个有效时宽为t2的控制信号，经由开关三极管Q6控制由CMOS管Q5组成的受控开关动作，使得CMOS管Q5在端口PG输出高电平时，对应处于断开状态，也即，充电负载断开；也就是说，把本应进行电池充电的电流关掉一个时宽t2，这时第二充电线圈L2上的电流会相应变小，从而导致第一充电线圈L1上的电流也同变小。
参见图3，充电底座1上设置有由电阻R16和R17组成的分压电阻支路。在本实施例中，电阻R16的阻值选为10欧姆，电阻R17的阻值选为100欧姆。当第一充电线圈L1电流变小时，电阻R16和R17上的电流也同步变小，导致电阻R17上的压电降也变小，例如：芯片U1的输入端口RG上的电压值可以从1V变为到0.2V。类似地，当第一充电线圈L1电流变大时，电阻R16和R17上的电流也同步变大，导致电阻R17上的电压降也变大，例如：输入端口RG上的电压值可以从0.2V变大到1V。
输入端口RG为芯片U1的一个ADC（模数转换器）端口，芯片U1内部的ADC电路可以检测出这个电压值，将其变化为数字信号，从而做出一个输入信号判别，根据这个信号判别，识别该牙刷主机2是否处于正常充电状态。芯片U1可以通过由三极管Q6构成的受控开关，强制充电用三极管Q3截止，来使充电底座1在正常电流充电状态和低电流待机保护状态两者之间切换。
具体而言，当第一充电线圈L1电流变小到低于设定低值时，芯片U1可经由该三极管Q6强制该充电用三极管Q3截止，来使充电底座1进入低电流待机保护状态。反之，当第一充电线圈L1电流变大到高于设定高值时，芯片U1可经由该三极管Q6不再强制该充电用三极管Q3截止，来使充电底座1进入正常电流充电状态。
芯片U1上运行的软件流程大致包括以下步骤：
S101、初始化；
S102、开始充电输入；
S103、接收信号；即，不断侦听芯片U11发出的控制信号；
S104、判断是否收到该控制信号？是的话，转步骤S105，否则转步骤S106；
S105、判断为正常充电，维系正常充电状态，跳转步骤S104；
S106、判断为异常充电；
S107、将充电电流由大切换到小；
S108、进入待机保护状态。
芯片U11上运行的软件流程大致包括以下步骤：
S201、初始化；
S202、开始充电输出；
S203、判断是否充电正常？是的话，转步骤S204，否则转步骤S206；
S204、发送信号；即，周期性地发出控制信号；
S205、维系正常充电状态，跳转步骤S203；
S206、不发送信号；即，不发出控制信号；
S207、切换；即切断充电电路；
S208、停止充电。
具体而言，只有在正常充电状态，芯片U11才发出前述的控制信号提示在正常充电。如果不是在充电状态，或者，出现芯片U11可识别的充电异常，如无充电电流、电池电压异常等，芯片U11都将不发出上述的控制信号。当充电异常状况出现时，例如：异物、漏电、牙刷主机损坏、位置距离异常（碰倒，跌落）、牙刷主机被从充电底座上取走等等，芯片U1是不能收到芯片U11发出的上述控制信号的，此时芯片U1可以立即控制处理，从而能够避免充电底座1处于长时间大电流充电状态，导致安全隐患。一旦充电底座1进入低电流待机保护状态，牙刷主机2上的第二充电线圈L2从充电底座1上的第一充电线圈L1感应到的电流很小，芯片U11也因此能够判断当前处于充电异常状态，关断对充电电池的充电供给，并且不再发出上述的控制信号。
在充电电池充满电的状态，电池状态可以通过端口CHG告知芯片U11，芯片U11也将通过前述的芯片U11与芯片U1的采用上述控制信号的联络方式，直接切换负载电路（即关断对充电电池的充电供给），并且不再发出上述的控制信号，一旦芯片U1捕获到这个变化，充电底座1也因此像判定为充电异常一样，可以切换到低电流待机保护状态（也即休眠状态）。
在低电流待机保护状态时，在充电底座1上，芯片U1的输入端口RG一直采样到低电平，通过芯片U1的输出端口（管脚2）输出高电平，控制开关三极管Q6导通，可使充电用三极管Q3截止，进而使得第一充电线圈L1的电流变得很小，感应到第二充电线圈L2的电流也很小。此时，在牙刷主机2上，芯片U11是不发出上述控制信号的，芯片U11的输出端口PG一直输出高电平，三级管Q6一直保持导通状态，CMOS管Q5一直处于截止状态，电池充电电路是被断开的。
本发明的电动牙刷及其无线充电控制方法具有的有益效果包括：通过巧妙地使牙刷主机2上的第二微处理器24在正常充电时，周期性地发出关断充电负载的控制信号，并借助牙刷主机2上的第二充电线圈21与充电底座1上的第一充电线圈11之间的电磁感应，将该控制信号传递给充电底座1的微处理器14，使得该充电底座1能够根据该控制信号的有无而识别该牙刷主机2是否处于正常充电状态，进而使该充电底座1相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态，充电控制可靠高效。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种电动牙刷，包括充电底座和牙刷主机，该充电底座包括第一微处理器和第一充电线圈，该牙刷主机包括第二微处理器和第二充电线圈，该第二充电线圈与该第一充电线圈相配合；其特征在于，在正常充电过程中，该第二微处理器能够按设定的周期，发出切关断充电负载的控制信号，并经由该第二充电线圈与该第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给该第一微处理器，该第一微处理器能够根据该控制信号的有无，识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态。
2.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，该牙刷主机还包括与该第二充电线圈相连的充电电路、与该充电电路相配合的充电电池以及串设在该充电电路与该充电电池之间并受控于该第二微处理器的受控开关。
3.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，该充电底座还包括与该第一充电线圈相连的充电电路和与该充电电路相配合的电流/电压采样检测及控制电路，该电流/电压采样检测及控制电路与该微处理器相连。
4.根据权利要求3所述的电动牙刷，其特征在于，该电流/电压采样检测及控制电路包括与该第一充电线圈相串联的分压电阻支路，用于检测该第一充电线圈上的电流大小，以使该第一微处理器能够捕获该控制信号。
5.根据权利要求4所述的电动牙刷，其特征在于，该第一微处理器包括模数转换器，能够将该分压电阻支路提供的反映该第一充电线圈上的电流大小的电压降转换为数字信号。
6.根据权利要求4所述的电动牙刷，其特征在于，该充电电路包括充电用三极管，其串设在该第一充电线圈与该分压电阻支路之间；该电流/电压采样检测及控制电路还包括：受控于该第一微处理器的受控开关，用于强制该充电用三极管截止。
7.根据权利要求6所述的电动牙刷，其特征在于，在该第一微处理器识别该牙刷主机是处于异常充电状态时，该第一微处理器通过该受控开关强制该充电用三极管截止。
8.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，该充电底座包括与该第一充电线圈并联的充电电容，该充电电容与该第一充电线圈组成的振荡电路的振荡频率为几十千赫兹。
9.根据权利要求1所述的电动牙刷，其特征在于，该设定的周期的时长超过1分钟，该控制信号的有效时宽小于1秒钟。
10.一种电动牙刷的无线充电控制方法，包括：设置充电底座和牙刷主机，该充电底座包括第一微处理器和第一充电线圈，该牙刷主机包括第二微处理器和第二充电线圈，该第二充电线圈与该第一充电线圈相配合；其特征在于，还包括：在正常充电过程中，使该第二微处理器能够按设定的周期，发出切关断充电负载的控制信号，并经由该第二充电线圈与该第一充电线圈之间的电磁感应，将该控制信号传递给该第一微处理器，使该第一微处理器能够根据该控制信号的有无，识别该牙刷主机是否处于正常充电状态，进而使该充电底座相应地处于正常充电状态/低电流待机保护状态。
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