CN109372339B - 一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置、螺线管驱动方法以及无源电子锁具 - Google Patents

一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置、螺线管驱动方法以及无源电子锁具 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置、螺线管驱动方法以及无源电子锁具，其中螺线管驱动装置包括：升压储能模块，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储得到的高压能量；高压驱动模块，耦合至升压储能模块，其调节升压储能模块的输出以便驱动螺线管；低压保持模块，将电子钥匙输入的电压保持在预定电压；以及开关模块，耦合至高压驱动模块和低压保持模块，将高压驱动模块的输出和低压保持模块的输出选择性地提供给螺线管。本发明实施例提供的无源电子锁具的螺线管驱动方案有效的解决了无线供电方式驱动螺线管时电子钥匙输出功率不足的问题，降低了电子钥匙的峰值功耗及平均功耗。

Description

一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置、螺线管驱动方法 以及无源电子锁具
技术领域
本发明总体上涉及电路领域，具体涉及一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置、螺线管驱动方法以及无源电子锁具。
背景技术
螺线管广泛应用在各类智能锁具中，其由一个围绕可移动钢或铁芯(称作“电枢”)的电磁感应线圈绕组组成。由于驱动功率与螺线管的动作力度成正比，为了获取更大的螺线管动作力度，保证螺线管动作可靠性，锁具对螺线管的驱动功率也将会增加。对于无源电子锁具，由于电子钥匙通常能提供的输出功率有限，特别是无线方式供给电能，由于无线电能传输损耗高于有线电能传输，金属锁具面板容易屏蔽和干扰无线电能传输，电力高压设备电磁场容易干扰无线电能传输，种种情形限制无法保证螺线管可靠动作，这对无源电子锁具工作可靠性带来了瓶颈。
发明内容
针对上述问题，本发明的实施例提供一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置，其有效的解决了驱动螺线管过程中电子钥匙输出功率不足的问题，降低了锁具的峰值功耗及平均功耗。
在本发明的第一方面，提供一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置，包括：升压储能模块，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储得到的高压能量；高压驱动模块，耦合至升压储能模块，其调节升压储能模块的输出；低压保持模块，将电子钥匙输入的电压保持在预定电压；以及开关模块，耦合至高压驱动模块和低压保持模块，将高压驱动模块的输出和低压保持模块的输出选择性地提供给螺线管。
在某些实施例中，该装置还包括：脉宽调制模块，耦合至高压驱动模块，生成脉宽调制信号并提供给高压驱动模块，高压驱动模块基于脉宽调制信号调节升压储能模块的输出。在某些实施例中，该装置还包括：控制模块，耦合至脉宽调制模块，通过将脉宽调制参数提供给脉宽调制模块来控制脉宽调制模块生成脉宽调制信号。
在某些实施例中，该装置还包括：控制模块，耦合至开关模块，控制开关模块将升压储能模块与螺线管保持接通预定时间段，以及经过预定时间段后，控制开关模块断开升压储能模块与螺线管的连接并将低压保持模块与螺线管保持接通。
在某些实施例中，该装置还包括：控制模块，耦合至高压驱动模块，将生成的脉宽调制控制信号提供给高压驱动模块，进而控制高压驱动模块在预定时间段期间接通开关模块。
在某些实施例中，升压储能模块包括升压电路和储能器件，储能器件为电容器。
在某些实施例中，高压驱动模块包括半导体开关。
在本发明的第二方面，提供一种无源电子锁具，其包括根据本发明第一方面所描述的螺线管驱动装置。
在某些实施例中，电子钥匙以无线方式向无源电子锁具供给电能。
在某些实施例中，无源电子锁具还包括：供电线圈，分别与升压储能模块和低压保持模块耦接；以及无线数据收发模块，其接收来自电子钥匙的操作命令。
在本发明的第三方面，提供一种用于无源电子锁具的螺线管驱动方法。方法包括：响应于检测到电子钥匙供电，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储得到的高压能量；向螺线管持续输出高压能量预定时间段；以及在预定时间段后，将电子钥匙输入的电压维持低压输出至螺线管。
在某些实施例中，其中向螺线管持续输出高压能量预定时间段包括：在预定时间段期间，根据脉宽调制信号的输出频率将高压能量输出至螺线管。
本发明提供的螺线管驱动方案具有低功耗、结构简单、可适用性广泛等优点。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施例的用于无源电子锁具的螺线管驱动装置的示意性框图；以及
图2示出根据本发明的一个实施例的用于无源电子锁具的螺线管驱动过程的示意性框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
如本文中所述，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”。术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。
如前所述，依据能量守恒定律，螺线管的驱动功率与螺线管的动作力度是成正比的，为了获取更大的螺线管动作力度，保证螺线管动作可靠性，无源电子锁具对螺线管的驱动功率也将会增加。通常，电子钥匙能提供的输出功率有限，尤其在以无线方式供给电能时，存在无线传输损耗、金属锁具面板的屏蔽以及无线电能传输的干扰，导致无法保证可靠驱动螺线管，进而影响无源电子锁具的可靠使用。本发明旨在解决上述问题，提供一种用于无源电子锁具的低功耗螺线管驱动方案。下面结合附图对本发明实施例作进一步描述。
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于无源电子锁具的螺线管驱动装置100的示意性框图。如图所示，螺线管驱动装置100应用于无源电子锁具中，通过电子钥匙提供电能以驱动锁具的螺线管112工作。螺线管驱动装置100至少通过应用高压储能、脉宽调制动态控制输出、低压保持等技术手段彻底解决了驱动螺线管112时电子钥匙输出功率不足的问题。以此方式，保证在螺线管112初始工作阶段得到足够的驱动电流，在随后可以以较低功率维持工作。
螺线管驱动装置100包括：升压储能模块104，其具有与电子钥匙对接的部件，并且可以包括升压电路和储能器件，升压电路对电子钥匙输入的电压进行升压，随后高压能量存储于储能器件例如电容器中；高压驱动模块106耦合至升压储能模块104，其调节经过充电的储能器件的输出，以便以高电压驱动螺线管112；低压保持模块108，其具有与电子钥匙对接的部件，将电子钥匙输入的电压保持在预定的低电压；以及开关模块110，其将高压驱动模块106的输出和低压保持模块108的输出选择性地提供给螺线管112。
螺线管驱动装置100还包括脉宽调制(PWM)模块114，其用于向高压驱动模块106提供PWM信号。PWM模块114可以包括占空比设置模块、PWM信号生成电路等，其生成PWM信号。PWM信号也可以由控制模块116生成并提供给高压驱动模块106，控制模块116可以包括诸如微控制单元(MCU)等。换言之，PWM模块114也可以被包括在控制模块116中，由控制模块116通过硬件或软件的方式生成PWM信号；或者控制模块116可以提供控制信号(例如占空比设置等)而控制PWM模块114生成PWM信号。
高压驱动模块106可以包括半导体开关。半导体开关例如可以基于PWM信号调节升压储能模块104的输出，即将存储在电容器中的高压能量根据PWM信号的输出频率平缓地输出至螺线管112。
通过利用上述螺线管驱动装置100，无源电子锁具可以适用于多种不同输出功率的电子钥匙，以适配螺线管112的驱动功率。
根据本发明的实施例，螺线管驱动装置100可以应用于无源电子锁具中。无源电子锁具包括有锁具把手、机械或电气闭锁机构及其电路部件。在一个实施例中，闭锁机构包括智能锁芯和闭锁锁舌，当无源电子锁具处于闭锁状态时，闭锁锁舌与锁具把手的自由端相连接。智能锁芯可以包括转动锁芯和螺线管(例如螺线管112)，转动锁芯与锁具把手的转动端连接；螺线管与闭锁锁舌配合，用于对闭锁锁舌进行紧固或释放。
无源电子锁具还包括电子钥匙接口，该接口通过无线方式提供与电子钥匙的耦接，接收电子钥匙采用无线方式供给的电能，以便给无源电子锁具的内部电路部件供电。
根据本发明的一个实施例，电子钥匙接口可以包括供电线圈，升压储能模块104和低压保持模块108分别与该供电线圈耦接。当电子钥匙被放置于供电线圈位置，通过无线电磁感应方式提供电能给螺线管驱动装置100。可以理解，电子钥匙还可以为无源电子锁具内的其他电路部件提供电能。通过升压储能模块104，能够保证以无线供电方式供电的初始工作阶段以足够的功率驱动螺线管112，有效解决了无线传输损耗、金属锁具面板的屏蔽以及无线电能传输的干扰等问题。同时，通过低压保持模块108在随后可以以较低功率维持螺线管112的工作，降低了锁具的峰值功耗及平均功耗。
无源电子锁具还包括无线数据收发模块，其通过无线传输方式接收来自电子钥匙的操作信息，并传递给控制模块116，同时还将无源电子锁具的数据反馈给电子钥匙。以此方式，在使用电子钥匙对无源电子锁具开锁时，控制模块116基于对电子钥匙的认证而对螺线管驱动装置100进行控制，从而驱动螺线管112释放闭锁锁舌。此时操作锁具把手，带动锁芯转动，完成解锁。
应用螺线管驱动装置100的无源电子锁具，彻底解决了驱动螺线管时无线输入功率不足的问题，尤其在以无线方式供给电能时，确保可靠驱动螺线管，进而保证无源电子锁具的可靠使用。
图2示出了根据本发明的一个实施例的用于无源电子锁具的螺线管驱动过程200的示意性框图。如图所示，在步骤210，响应于检测到电子钥匙供电，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储得到的高压能量。当电子钥匙被放置于无源电子锁具的电子钥匙接口处时，升压储能模块104检测到供电输入，对电子钥匙输入的电压通过升压电路进行升压，并将高压能量存储在电容器中。
在步骤220，向螺线管持续输出高压能量预定时间段。根据本发明的实施例，高压驱动模块106基于PWM控制输出供电。控制模块116(或PWM模块114)以PWM方式控制高压驱动模块106输出供电，将存储在电容中的高压能量依据PWM信号的输出频率平缓的提供给高压驱动模块106输出端。
高压驱动模块106持续输出高压能量预定时间段。高压驱动模块106的输出经由开关模块110为螺线管112提供电流，该过程可以持续预定时间，例如100毫秒。预定时间可以根据螺线管112的工作参数设定，以保证有效驱动螺线管112。控制模块116可以直接控制开关模块110的工作状态，使得高压驱动模块106与螺线管接通预定时间，控制模块116也可以通过PWM信号的控制使得高压驱动模块106在预定时间期间导通开关模块110中的开关，维持工作预定时间，保证螺线管112可靠动作。
在步骤230，在预定时间段后，将电子钥匙输入的电压维持低压输出至螺线管，也即低压保持模块维持输出。控制模块116可以控制开关模块110关闭高压驱动模块106的高压输出，并切换到小功率低压供电模式继续给螺线管112供电，直到螺线管112的操作流程完成。可以理解，尽管以上以特定顺序描述了过程200，但各步骤可以并行或者在合适时以不同顺序执行。
从以上低功耗螺线管驱动的工作过程可见，螺线管驱动装置100至少从高压储能电路、PWM动态控制电路、低压保持电路三个环节降低了锁具驱动螺线管所需要的输入功率，尤其适用于以无线供电方式工作的无源电子锁具，有效的解决了常规方式驱动螺线管时电子钥匙输出功率不足的问题，并且降低了电子钥匙的峰值功耗及平均功耗。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于无源电子锁具的螺线管驱动装置，其特征在于，包括：
升压储能模块，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储和输出升压得到的高压能量；
高压驱动模块，耦合至所述升压储能模块，其调节所述升压储能模块的输出；
低压保持模块，将电子钥匙输入的所述电压保持在预定电压；
开关模块，耦合至所述高压驱动模块和所述低压保持模块，将所述高压驱动模块的输出和所述低压保持模块的输出选择性地提供给所述螺线管；以及
控制模块，耦合至所述开关模块，控制所述开关模块将所述升压储能模块与所述螺线管保持接通预定时间段，以及经过所述预定时间段后，控制所述开关模块断开所述升压储能模块与所述螺线管的连接并将所述低压保持模块与所述螺线管接通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
脉宽调制模块，耦合至所述高压驱动模块，生成脉宽调制信号并提供给所述高压驱动模块，所述高压驱动模块基于所述脉宽调制信号调节所述升压储能模块的输出。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
控制模块，耦合至所述高压驱动模块，将生成的脉宽调制控制信号提供给所述高压驱动模块，进而控制所述高压驱动模块在预定时间段期间接通所述开关模块。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
控制模块，耦合至所述脉宽调制模块，通过将脉宽调制参数提供给所述脉宽调制模块来控制所述脉宽调制模块生成所述脉宽调制信号。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升压储能模块包括升压电路和储能器件，所述储能器件为电容器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压驱动模块包括半导体开关。
7.一种无源电子锁具，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的螺线管驱动装置。
8.根据权利要求7所述的无源电子锁具，其特征在于，其中电子钥匙以无线方式向所述螺线管驱动装置供给电能。
9.根据权利要求7所述的无源电子锁具，其特征在于，还包括：
供电线圈，分别与所述升压储能模块和所述低压保持模块耦接；以及
无线数据收发模块，其与电子钥匙进行无线数据通信。
10.一种用于无源电子锁具的螺线管驱动方法，其特征在于，包括：
响应于检测到电子钥匙供电，对电子钥匙输入的电压进行升压并存储得到的高压能量；
向螺线管持续输出所述高压能量预定时间段；以及
在所述预定时间段后，将电子钥匙输入的电压维持低压输出至所述螺线管。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其中向螺线管持续输出所述高压能量预定时间段包括：
在所述预定时间段期间，根据脉宽调制信号的输出频率将所述高压能量输出至所述螺线管。
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