CN113472029B - 应用于扫地机器人控制电路板电源树电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其包括:电池;MCU主控模块;电源供电模块,其包括DCDC转5V稳压模块、LDO 5V转3.3V模块、受控5V模块、受控3.3V模块,受控5V模块及受控3.3V模块均与MCU主控模块连接,并均可由MCU主控模块控制关闭;电池充电模块,其包括依次连接的第一二极管、主控MOS管、输出滤波模组及第二二极管和三极管控制模块,主控MOS管的S极连接第一二极管的阴极,第一二极管的阳极连接DC充电接口,主控MOS管的G极连接三极管控制模块,且三极管控制模块连接MCU主控模块,主控MOS管的D极连接输出滤波模组,第二二极管的阳极和阴极分别连接输出滤波模组和电池。
Description
技术领域:
本发明涉及扫地机器人技术领域,特指一种应用于扫地机器人控制电路板电源树电路。
背景技术:
随着城乡一体化的发展,人们的生活水平得到了大幅提升,一定程度的改变了人们的消费观念。年轻的一代忙于工作无暇顾及家务,为解决此问题,智能扫地机器人应运而生,智能扫地机器人以其强大的功能赢得消费者的信任。智能扫地机器人已经成为当前大部分年轻家庭的首选清洁用电器,它优于普通吸尘器的地方主要体现在:省时、省力,整个清洁过程中不需要人控制,减轻操作负担;粉尘净化率高达96%,清洁效率接近100%;轻便小巧:轻松打扫普通吸尘器清理不到的死角。总之,扫地机器人产品市场前景非常广阔。
只要是电子产品都需要电源给它提供能量,扫地机器人也不例外。目前的扫地机器人是灵活可自主移动的,它供电多采用铁锂电池或者三元锂电池,所述电池特性为容量高、内阻低,体积相对较小,可以大电流放电是在家用智能扫地机器人中得到广泛使用的原因之一,其中单节电池的标准电压是3.7V,对于扫地机马达电机驱动而言是显然较低,所以一般采用3到4节电池串联连接,使电池组电压达到10.8V以上,但相对于MCU以及一些逻辑IC,10V以上的电压又太高。目前的扫地机器人不仅功耗高、而且待机时间短,无法保证扫地机器人能够持久的正常工作。
有鉴于此,本发明人提出以下技术方案。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种应用于扫地机器人控制电路板电源树电路。
为了解决上述技术问题,本发明采用了下述技术方案:所述应用于扫地机器人控制电路板电源树电路包括:电池;MCU主控模块;电源供电模块,其包括有DCDC转5V稳压模块、与DCDC转5V稳压模块连接的LDO 5V转3.3V模块、与DCDC转5V稳压模块连接的受控5V模块、与LDO 5V转3.3V模块连接的受控3.3V模块、与DCDC转5V稳压模块连接的陀螺仪电源控制模块、与DCDC转5V稳压模块连接的WIFI电源控制模块,所述受控5V模块及受控3.3V模块均与MCU主控模块连接,并均可由MCU主控模块控制关闭;所述DCDC转5V稳压模块还连接所述电池,所述LDO 5V转3.3V模块的输出端连接MCU主控模块,并为MCU主控模块供电;电池充电模块,其包括有依次连接的第一二极管、主控MOS管、输出滤波模组及第二二极管和用于控制主控MOS管通断的三极管控制模块,所述主控MOS管的S极连接第一二极管的阴极,所述第一二极管的阳极连接DC充电接口,所述主控MOS管的G极连接三极管控制模块,且所述三极管控制模块连接所述MCU主控模块,所述主控MOS管的D极连接输出滤波模组,所述第二二极管的阳极和阴极分别连接输出滤波模组和所述电池的正极。
进一步而言,上述技术方案中,所述DCDC转5V稳压模块包括有第一降压稳压芯片及与所述第一降压稳压芯片连接的第二电感和与第二电感连接的输出端VCC_5V,所述第一降压稳压芯片连接所述电池。
进一步而言,上述技术方案中,所述LDO 5V转3.3V模块包括有第一LDO芯片及与所述第一LDO芯片连接的输出端VCC_3V3,所述第一LDO芯片连接二极管D26后连接所述输出端VCC_5V。
进一步而言,上述技术方案中,所述电源供电模块还包括与DCDC转5V稳压模块连接的陀螺仪电源控制模块,所述陀螺仪电源控制模块包括有第二LDO芯片及与所述第二LDO芯片连接的输出端GRYO3V3,所述第二LDO芯片连接二极管D24后连接所述输出端VCC_5V。
进一步而言,上述技术方案中,所述电源供电模块还包括与DCDC转5V稳压模块连接的WIFI电源控制模块,所述WIFI电源控制模块包括有第三LDO芯片及与所述第三LDO芯片连接的输出端WIFI_3V3,所述第三LDO芯片连接电感L20后连接所述输出端VCC_5V。
进一步而言,上述技术方案中,所述受控5V模块包括有MOS管Q1,所述MOS管Q1的S极连接所述输出端VCC_5V,所述MOS管Q1的S极还连接第一ESD二极管后接地,所述第一ESD二极管两端并联连接有电容C2,所述MOS管Q1的G极连接所述MCU主控模块,所述MOS管Q1的D极连接受控输出端V5V2,所述MOS管Q1的D极还连接电容C8后接地。
进一步而言,上述技术方案中,所述受控3.3V模块包括有MOS管Q2,所述MOS管Q2的S极连接所述输出端VCC_3V3,所述MOS管Q2的S极还连接第二ESD二极管后接地,所述第二ESD二极管两端并联连接有电容C161,所述MOS管Q2的G极连接所述MCU主控模块,所述MOS管Q2的D极连接受控输出端3V3,所述MOS管Q2的D极还连接电容C105后接地。
进一步而言,上述技术方案中,所述电池连接有TVS二极管,所述TVS二极管的阴极连接二极管D37后连接电池的HC+脚,所述TVS二极管的阳极连接电池的HC-脚,且所述TVS二极管两端还并联连接有滤波电容C164,所述TVS二极管的阴极还连接所述第一二极管的阳极。
进一步而言,上述技术方案中,所述输出滤波模组包括有与主控MOS管的D极连接的滤波电感L2、分别与所述滤波电感L2两端连接的滤波电容C20和滤波电容C24、与所述滤波电容C20连接的电阻R19,所述电阻R19及滤波电容C24还接地,且所述滤波电容C24两端还并联连接有电容C26,所述滤波电感L2连接所述第二二极管的阳极,所述主控MOS管的D极还连接二极管D6后接地。
进一步而言,上述技术方案中,所述三极管控制模块包括有三极管Q9、三极管Q7和三极管Q6,所述三极管Q9的B极连接电阻R23后连接所述MCU主控模块,所述电阻R23两端还并联连接有电容C28,所述电阻R23一端还连接电阻R25后接地,所述三极管Q9的E极接地,所述三极管Q9的C极依次连接有电阻R18和电阻R15,所述电阻R15还连接所述主控MOS管的S极,所述三极管Q7的B极和三极管Q6的B极均连接于所述电阻R18和电阻R15之间的连接线,所述三极管Q6的C极连接主控MOS管的S极,所述三极管Q7的C极接地,所述三极管Q7的E极和三极管Q6的E极均连接所述主控MOS管的G极。
进一步而言,上述技术方案中,还包括有电池电压检测模块,所述电池电压检测模块包括有串联在一起的第一分压电阻R33和第二分压电阻R35、与所述第一分压电阻R33和第二分压电阻R35之间的连接线连接的电阻R36,所述电阻R36连接所述MCU主控模块,所述电阻R36连接还连接电容C36后接地,所述电阻R36连接还连接保护二极管D8后接地,第一分压电阻R33连接电池的正极。
进一步而言,上述技术方案中,还包括有充电DC电压检测模块,所述充电DC电压检测模块包括有串联在一起的第三分压电阻R34和第四分压电阻R38、与所述第三分压电阻R34和第四分压电阻R38之间的连接线连接的电阻R37、与电池的NTC脚连接的电阻276、与所述电阻276连接的电阻275,所述电阻275与LDO 5V转3.3V模块的输出端VCC_3V3连接,所述电阻R37连接还连接电容C39后接地,所述电阻R37连接还连接保护二极管D9后接地,第三分压电阻R34连接所述第一二极管的阳极及DC充电接口。
进一步而言,上述技术方案中,还包括有直插电源有无检测模块,所述直插电源有无检测模块包括有串联在一起的第五分压电阻R271和第六分压电阻R272、与所述第五分压电阻R271和第六分压电阻R272之间的连接线连接的电阻R273,所述电阻R273连接所述MCU主控模块,所述电阻R273连接还连接电容C121后接地,所述电阻R273连接还连接保护二极管D23后接地,第五分压电阻R271连接DC充电接口的DC+脚。
进一步而言,上述技术方案中,还包括回充弹片电压检测模块,所述回充弹片电压检测模块包括有串联在一起的第七分压电阻R12和第八分压电阻R11、与所述第七分压电阻R12和第八分压电阻R11之间的连接线连接的电阻R13,所述电阻R13连接所述MCU主控模块,所述电阻R13连接还连接电容C155后接地,所述电阻R13连接还连接保护二极管D22后接地,所述第七分压电阻R12连接电池的HC+脚。
进一步而言,上述技术方案中,还包括有电池电流检测及放大模块,所述电池电流检测及放大模块包括有运算放大器、与所述电池的负极连接第一分流电阻R29、分别与第一分流电阻R29两端连接的第二分流电阻R26和第三分流电阻R31、并联连接于第一分流电阻R29两端的电阻R28,所述第二分流电阻R26和第三分流电阻R31分别连接运算放大器的+脚和-脚,所述第三分流电阻R31还连接电容C34后连接运算放大器的OUT脚,所述运算放大器的OUT脚连接有电阻R30。
采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比较具有如下有益效果:
1、本发明中的电源供电模块(即电源系统)分为三个阶段,电池电压通过DCDC转5V稳压模块转换为5V电压,5V电压还通过LDO 5V转3.3V模块转变为3.3V,另外,5V电压还通过受控5V模块转变为受控5V,3.3V电压还通过受控3.3V模块转变为受控3.3V,可以满足不同电源部分使用,比如在待机状态,受控5V和受控3.3V可以通过MCU主控模块软件关闭,可以减少扫地机器人的功耗,保证休眠模式电流足够小,可以进行更长时间的待机,保证可以智能控制扫地机器人。
2、本发明中的电池充电模块输入和输出部分分别设置有第一二极管和第二二极管,以此可很好的保护整个电池充电模块,所述MCU主控模块通过PWM信号控制主控MOS管是否导通,以此实现控制对电池进行充电。
附图说明:
图1是本发明中电源供电模块的电路图;
图2是本发明中电池充电模块的电路图;
图3是本发明中电池电压检测模块的电路图;
图4是本发明中充电DC电压检测模块的电路图;
图5是本发明中直插电源有无检测模块的电路图;
图6是本发明中开关控制模块的电路图;
图7是本发明中MCU主控模块的电路图。
具体实施方式:
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
见图1-7所示,为一种应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其包括:电池10、MCU主控模块2、电源供电模块1及电池充电模块3。
所述电源供电模块1包括有DCDC转5V稳压模块11、与DCDC转5V稳压模块连接的LDO5V转3.3V模块12、与DCDC转5V稳压模块11连接的受控5V模块13、与LDO 5V转3.3V模块12连接的受控3.3V模块14、与DCDC转5V稳压模块11连接的陀螺仪电源控制模块15、与DCDC转5V稳压模块11连接的WIFI电源控制模块16,所述受控5V模块13及受控3.3V模块14均与MCU主控模块2连接,并均可由MCU主控模块2控制关闭;所述DCDC转5V稳压模块11还连接所述电池10,所述LDO 5V转3.3V模块12的输出端连接所述MCU主控模块2,并为MCU主控模块2供电。本发明中的电源供电模块1(即电源系统)分为三个阶段,电池电压通过DCDC转5V稳压模块11转换为5V电压,5V电压还通过LDO5V转3.3V模块12转变为3.3V,另外,5V电压还通过受控5V模块13转变为受控5V,3.3V电压还通过受控3.3V模块14转变为受控3.3V,可以满足不同电源部分使用,比如在待机状态,受控5V和受控3.3V可以通过MCU主控模块2软件关闭,可以减少扫地机器人的功耗,保证休眠模式电流足够小,可以进行更长时间的待机,保证可以智能控制扫地机器人。
所述电池充电模块还连接电源供电模块,以为电源供电模块提供电压。具体而已,所述电池充电模块3中的DC充电接口36还连接DCDC转5V稳压模块11,所述DC充电接口36在实现充电过程中还为DCDC转5V稳压模块11提供电压,即为DCDC转5V稳压模块11供电。
本发明还包括电池电压检测模块4,其连接电池10的正极,以用于检测电池电压,且所述电池电压检测模块4还连接所述MCU主控模块2;充电DC电压检测模块9,其连接DC充电接口36、电池10及所述MCU主控模块2;电池电流检测及放大模块5,其连接电池10的负极;直插电源有无检测模块6,其连接DC充电接口36及所述MCU主控模块2;开关控制模块7,其连接DC充电接口36及所述MCU主控模块2;回充弹片电压检测模块8,其连接电池10的HC+脚和所述MCU主控模块2。本发明中设计有电池电压检测模块4、电池电流检测及放大模块5、充电DC电压检测模块9、直插电源有无检测模块6、回充弹片电压检测模块8,MCU主控模块2通过电池电压检测模块4、电池电流检测及放大模块5实现对电池的电压及电路进行实时检测,并经过分析处理控制PWM的占空比输出,形成闭环的充电系统,对电池进行恒流充电及恒压充电。MCU主控模块2再通过充电DC电压检测模块9、直插电源有无检测模块6、回充弹片电压检测模块8检测充电DC电压、是否插入充电DC插头以充电或供电、检测回充弹片电压,以此更好地实现对电池进行充电,有效的保护电池,且使用更加安全可靠。
所述电池充电模块3包括有依次连接的第一二极管31、主控MOS管32、输出滤波模组33及第二二极管34和用于控制主控MOS管32通断的三极管控制模块35,所述主控MOS管32的S极连接第一二极管31的阴极,所述第一二极管31的阳极连接DC充电接口36,所述主控MOS管32的G极连接三极管控制模块35,且所述三极管控制模块35连接所述MCU主控模块2,所述主控MOS管32的D极连接输出滤波模组33,所述第二二极管34的阳极和阴极分别连接输出滤波模组33和所述电池10的正极。电池充电模块3输入和输出部分分别设置有第一二极管31和第二二极管34,以此可很好的保护整个电池充电模块3,所述MCU主控模块2通过PWM信号控制主控MOS管32是否导通,以此实现控制对电池进行充电。
所述电池充电模块3连接电源供电模块2,可以同时实现充电和为电源供电模块2供电功能。
所述三极管控制模块35包括有三极管Q9、三极管Q7和三极管Q6,所述三极管Q9的B极连接电阻R23后连接所述MCU主控模块2,所述电阻R23两端还并联连接有电容C28,所述电阻R23一端还连接电阻R25后接地,所述三极管Q9的E极接地,所述三极管Q9的C极依次连接有电阻R18和电阻R15,所述电阻R15还连接所述主控MOS管32的S极,所述三极管Q7的B极和三极管Q6的B极均连接于所述电阻R18和电阻R15之间的连接线,所述三极管Q6的C极连接主控MOS管32的S极,所述三极管Q7的C极接地,所述三极管Q7的E极和三极管Q6的E极均连接所述主控MOS管32的G极。所述三极管控制模块35采用三极管Q9、三极管Q7和三极管Q6这三个三极管实现控制所述主控MOS管32导通,其可控性好,且可靠。
当扫地机器人接入充电DC插头进行充电,这个时候充电DC电压检测模块9检测到0.46左右的电压,回充弹片电压检测模块8检测到3.3V高电平,这时候扫地扫地机器人进入充电模式,扫地扫地机器人的MCU主控模块2会接收电池电压检测模块4检测电池电压,如果电池不是满电状态,扫地机器人就会进入恒流充电,打开MCU_PWM_CHAGGE,通过控制占空比的大小,维持一个恒定的电流充电,当电池电压满电时,进入恒压充电,会慢慢减小充电电流,当充电电流小于50mA,停止充电,这个过程会设置过充电压16.8V,当检测电压大于16.6进入恒压充电,大于16.8V停止充电,防止损坏电池。
所述DCDC转5V稳压模块11包括有第一降压稳压芯片111及与所述第一降压稳压芯片111连接的第二电感112和与第二电感112连接的输出端VCC_5V,所述第一降压稳压芯片111的型号为SGM6230,所述第一降压稳压芯片111连接所述电池10。所述电池为铁锂电池,其电压为14.8V,本发明中所述电池的14.8V电压通过第一降压稳压芯片111降压后输出5V电压。
所述LDO 5V转3.3V模块12包括有第一LDO芯片121及与所述第一LDO芯片121连接的输出端VCC_3V3,所述第一LDO芯片121连接二极管D26后连接所述输出端VCC_5V,所述第一LDO芯片121的型号为ME6231;型号为ME6231的第一LDO芯片具有极宽的电压输入范围(4.5V到28V),以及可以达到2A电流输出,可以很好的满足系统输出。型号为ME6231的第一LDO芯片具有转换效率高,达到94%,输入电压范围广,输出电流大,使用外围元器件少,改电路系统能满足智能扫地机器人电源系统使用,设计成本低,使用效率高。
所述陀螺仪电源控制模块15包括有第二LDO芯片151及与所述第二LDO芯片151连接的输出端GRYO3V3,所述第二LDO芯片151连接二极管D24后连接所述输出端VCC_5V,所述第二LDO芯片151的型号为ME6231;型号为ME6231的第二LDO芯片具有极宽的电压输入范围(4.5V到28V),以及可以达到2A电流输出,可以很好的满足系统输出。
所述WIFI电源控制模块16包括有第三LDO芯片161及与所述第三LDO芯片161连接的输出端WIFI_3V3,所述第三LDO芯片161连接电感L20后连接所述输出端VCC_5V,所述第三LDO芯片161的型号为ME6231;型号为ME6231的第三LDO芯片具有极宽的电压输入范围(4.5V到28V),以及可以达到2A电流输出,可以很好的满足系统输出。
所述受控5V模块13包括有MOS管Q1,所述MOS管Q1的S极连接所述输出端VCC_5V,所述MOS管Q1的S极还连接第一ESD二极管131后接地,所述第一ESD二极管131两端并联连接有电容C2,所述MOS管Q1的G极连接所述MCU主控模块2,所述MOS管Q1的D极连接受控输出端V5V2,所述MOS管Q1的D极还连接电容C8后接地。当扫地机器人进入工作状态,部分模块工作需要受控5V模块13供电,当扫地机器人清扫完成进入待机模式10min之后进入休眠状态,不必要的模块就要断电减少电量损耗,就需要MCU主控模块2关闭受控5V模块13,不再对这些模块供电,减少功耗。
所述受控3.3V模块14包括有MOS管Q2,所述MOS管Q2的S极连接所述输出端VCC_3V3,所述MOS管Q2的S极还连接第二ESD二极管141后接地,所述第二ESD二极管141两端并联连接有电容C161,所述MOS管Q2的G极连接所述MCU主控模块2,所述MOS管Q2的D极连接受控输出端3V3,所述MOS管Q2的D极还连接电容C105后接地。当扫地机器人进入工作状态,部分模块工作需要受控3.3V模块14供电,当扫地机器人清扫完成进入待机模式10min之后进入休眠状态,不必要的模块就要断电减少电量损耗,就需要MCU主控模块2关闭受控3.3V模块14,不再对这些模块供电,减少功耗;休眠状态时,只保留对MCU主控模块2供电,保证遥控和WiFi能够唤醒扫地机器人进行正常工作状态,其它模块在待机休眠状态都可以断电,减少功耗。
上述的第一ESD二极管131及第二ESD二极管141均具有以下作用:当器件两端的过电压达到预定的崩溃电压时,迅速(纳秒级)做出反应,以几何级数的量放大极间漏电流通过,从而达到吸收、减弱静电对电路特性的干扰和影响。同时,由于ESD静电阻抗器的构成材质的特殊性,ESD二极管往往都是通过对静电进行吸收和耗散,亦即表现为一个充放电的过程,从而使得电路上主要元器件免受静电损伤。
所述电源供电模块1主要采用了型号为SGM6230、SGM6130、SGM6232的芯片设计以实现降压,型号为ME6231的LDO芯片具有极宽的电压输入范围(4.5V到28V),以及可以达到2A电流输出,可以很好的满足系统输出。所述电池(铁锂电池)14.8V的电池电压通过第一降压稳压芯片111降压后输出5V电压,5V电压通过第一LDO芯片(型号为ME6231)转变成3.3V电压,从而形成多种电压供应电源系统,这种高性能的电源树电路基本能满足扫地机器人系统多种电压需求。
所述电池10连接有TVS二极管D7,所述TVS二极管D7的阴极连接二极管D37后连接电池10的HC+脚,所述TVS二极管D7的阳极连接电池10的HC-脚,且所述TVS二极管D7两端还并联连接有滤波电容C164,所述TVS二极管D7的阴极还连接所述第一二极管31的阳极。本发明增设的TVS二极管D7起来良好的静电保护作用。当扫地机器人清扫过程中产生静电,通过回充弹片导入控制电路板,即通过图2中所示的HC+脚和/或HC-脚导入到控制电路板,增加一个TVS二极管D7,TVS二极管是一种固态二极管,专门用于防止ESD瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与传统的齐纳二极管相比,TVS二极管得P/N结面积更大,这一结构上的改进使TVS二极管具有更强的高压承受能力,TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。所述TVS二极管的结具有较大的截面积,可以处理闪电和ESD所引起的高瞬态电流。同时也降低了电压截止率,因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果,同时在电路上增加滤波电容C164滤波,可以滤掉主要的能量(静电放电过程也是能量的释放过程,产生瞬态大电压和大电流)也能达到静电防护的目的,相当于增加另一层保护。
所述输出滤波模组33包括有与主控MOS管32的D极连接的滤波电感L2、分别与所述滤波电感L2两端连接的滤波电容C20和滤波电容C24、与所述滤波电容C20连接的电阻R19,所述电阻R19及滤波电容C24还接地,且所述滤波电容C24两端还并联连接有电容C26,所述滤波电感L2连接所述第二二极管34的阳极,所述主控MOS管32的D极还连接二极管D6后接地,所述输出滤波模组33达到良好的滤波效果。
所述电池电压检测模块4包括有串联在一起的第一分压电阻R33和第二分压电阻R35、与所述第一分压电阻R33和第二分压电阻R35之间的连接线连接的电阻R36,所述电阻R36连接所述MCU主控模块2,所述电阻R36连接还连接电容C36后接地,所述电阻R36连接还连接保护二极管D8后接地,所述保护二极管D8的型号为BAV99,第一分压电阻R33连接电池10的正极,所述保护二极管D8能够很好的保护电池电压检测模块4,使电池电压检测模块4检测电池电压更加精准,更加可靠。所述电池电压检测模块4的工作原理:电池电压经过第一分压电阻R33和第二分压电阻R35进行分压,通过所述MCU主控模块2的ADC检测口检测电池电压,经过软件计算,检测电池电压和实际电池电压在0.1V之内,能够保证数据精准。
所述充电DC电压检测模块9包括有串联在一起的第三分压电阻R34和第四分压电阻R38、与所述第三分压电阻R34和第四分压电阻R38之间的连接线连接的电阻R37、与电池的NTC脚连接的电阻276、与所述电阻276连接的电阻275,所述电阻275与LDO 5V转3.3V模块12的输出端VCC_3V3连接,所述电阻R37连接还连接电容C39后接地,所述电阻R37连接还连接保护二极管D9后接地,所述保护二极管D9的型号为BAV99,第三分压电阻R34连接所述第一二极管31的阳极;所述直插电源有无检测模块6包括有串联在一起的第五分压电阻R271和第六分压电阻R272、与所述第五分压电阻R271和第六分压电阻R272之间的连接线连接的电阻R273,所述电阻R273连接所述MCU主控模块2,所述电阻R273连接还连接电容C121后接地,所述电阻R273连接还连接保护二极管D23后接地,所述保护二极管D23的型号为BAV99,第五分压电阻R271连接DC充电接口36的DC+脚。所述充电DC电压检测模块的工作原理:电池电压经过第三分压电阻R34和第四分压电阻R38进行分压,通过MCU主控模块2的ADC检测口检测充电DC电压,经过软件计算,检测电池电压和实际电池电压在0.1V之内,能够保证数据精准。
所述回充弹片电压检测模块8包括有串联在一起的第七分压电阻R12和第八分压电阻R11、与所述第七分压电阻R12和第八分压电阻R11之间的连接线连接的电阻R13,所述电阻R13连接所述MCU主控模块2,所述电阻R13连接还连接电容C155后接地,所述电阻R13连接还连接保护二极管D22后接地,所述保护二极管D22的型号为BAV99,所述第七分压电阻R12连接电池10的HC+脚。所述回充弹片电压检测模块的工作原理:电池电压经过第七分压电阻R12和第八分压电阻R11进行分压,通过MCU主控模块2的IO检测口检测一个分压3.3左右,当检测到这个电压为高电平时,进入充电模式,低电平不充电。
所述电池电流检测及放大模块5包括有运算放大器51、与所述电池10的负极连接第一分流电阻R29、分别与第一分流电阻R29两端连接的第二分流电阻R26和第三分流电阻R31、并联连接于第一分流电阻R29两端的电阻R28,所述第二分流电阻R26和第三分流电阻R31分别连接运算放大器51的+脚和-脚,所述第三分流电阻R31还连接电容C34后连接运算放大器51的OUT脚,所述运算放大器51的OUT脚连接有电阻R30。电池电流检测及放大模块的工作原理:因为充电电流检测的第一分流电阻R29的阻值为0.1R,这个电阻的功率为0.75W,这个时候第一分流电阻R29两端的电压很小,需要通过运算放大器51进行放大一定倍数(放大之后电压必须小于3.3V,越接近检测越准确,如果不放大,太小误差越大),才能精准的被MCU主控模块2的ADC进行检测,通过检测这个电压,MCU主控模块2才能更好输出充电占空比,控制给电池充电状态,当扫地机器人进入充电模式,通过检测电池电压状态判断充电模式(恒流充电或者恒压充电),电池电压不是满电,控制PWM大小,维持一个恒定的电流,电池满电时,进入恒压充电,慢慢减小输入占空比,充电电流慢慢减小,当检测充电电流小于50mA,停止充电,这个电路能精准检测充电电流大小,进而完美的给电池充电,防止充电充进虚电,或者电池是假满电状态,导致扫地机器人工作时间短的问题出现。
综上所述,本发明中的电源供电模块1(即电源系统)分为三个阶段,电池电压通过DCDC转5V稳压模块11转换为5V电压,5V电压还通过LDO 5V转3.3V模块12转变为3.3V,另外,5V电压还通过受控5V模块13转变为受控5V,3.3V电压还通过受控3.3V模块14转变为受控3.3V,可以满足不同电源部分使用,比如在待机状态,受控5V和受控3.3V可以通过MCU主控模块2软件关闭,可以减少扫地机器人的功耗,保证休眠模式电流足够小,可以进行更长时间的待机,保证可以智能控制扫地机器人。本发明中电池充电模块3输入和输出部分分别设置有第一二极管31和第二二极管34,以此可很好的保护整个电池充电模块3,所述MCU主控模块2通过PWM信号控制主控MOS管32是否导通,以此实现控制对电池进行充电。本发明中设计有电池电压检测模块4、电池电流检测及放大模块5、充电DC电压检测模块9、直插电源有无检测模块6、回充弹片电压检测模块8,MCU主控模块2通过电池电压检测模块4、电池电流检测及放大模块5实现对电池的电压及电路进行实时检测,并经过分析处理控制PWM的占空比输出,形成闭环的充电系统,对电池进行恒流充电及恒压充电。MCU主控模块2再通过充电DC电压检测模块9、直插电源有无检测模块6、回充弹片电压检测模块8检测充电DC电压、是否插入充电DC插头以充电或供电、检测回充弹片电压,以此更好地实现对电池进行充电,有效的保护电池,且使用更加安全可靠。
当然,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并非来限制本发明实施范围,凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (16)
1.应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:其包括:
电池;
MCU主控模块;
电源供电模块,其包括有DCDC转5V稳压模块、与DCDC转5V稳压模块连接的LDO 5V转3.3V模块、与DCDC转5V稳压模块连接的受控5V模块、与LDO 5V转3.3V模块连接的受控3.3V模块,所述受控5V模块及受控3.3V模块均与MCU主控模块连接,并均可由MCU主控模块控制关闭;所述DCDC转5V稳压模块还连接所述电池,所述LDO 5V转3.3V模块的输出端连接MCU主控模块,并为MCU主控模块供电;
电池充电模块,其包括有依次连接的第一二极管、主控MOS管、输出滤波模组及第二二极管和用于控制主控MOS管通断的三极管控制模块,所述主控MOS管的S极连接第一二极管的阴极,所述第一二极管的阳极连接DC充电接口,所述主控MOS管的G极连接三极管控制模块,且所述三极管控制模块连接所述MCU主控模块,所述主控MOS管的D极连接输出滤波模组,所述第二二极管的阳极和阴极分别连接输出滤波模组和所述电池的正极。
2.根据权利要求1所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述DCDC转5V稳压模块包括有第一降压稳压芯片及与所述第一降压稳压芯片连接的第二电感和与第二电感连接的输出端VCC_5V,所述第一降压稳压芯片连接所述电池。
3.根据权利要求2所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述LDO 5V转3.3V模块包括有第一LDO芯片及与所述第一LDO芯片连接的输出端VCC_3V3,所述第一LDO芯片连接二极管D26后连接所述输出端VCC_5V。
4.根据权利要求2所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述电源供电模块还包括与DCDC转5V稳压模块连接的陀螺仪电源控制模块,所述陀螺仪电源控制模块包括有第二LDO芯片及与所述第二LDO芯片连接的输出端GRYO3V3,所述第二LDO芯片连接二极管D24后连接所述输出端VCC_5V。
5.根据权利要求2所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述电源供电模块还包括与DCDC转5V稳压模块连接的WIFI电源控制模块,所述WIFI电源控制模块包括有第三LDO芯片及与所述第三LDO芯片连接的输出端WIFI_3V3,所述第三LDO芯片连接电感L20后连接所述输出端VCC_5V。
6.根据权利要求3所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述受控5V模块包括有MOS管Q1,所述MOS管Q1的S极连接所述输出端VCC_5V,所述MOS管Q1的S极还连接第一ESD二极管后接地,所述第一ESD二极管两端并联连接有电容C2,所述MOS管Q1的G极连接所述MCU主控模块,所述MOS管Q1的D极连接受控输出端V5V2,所述MOS管Q1的D极还连接电容C8后接地。
7.根据权利要求3所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述受控3.3V模块包括有MOS管Q2,所述MOS管Q2的S极连接所述输出端VCC_3V3,所述MOS管Q2的S极还连接第二ESD二极管后接地,所述第二ESD二极管两端并联连接有电容C161,所述MOS管Q2的G极连接所述MCU主控模块,所述MOS管Q2的D极连接受控输出端3V3,所述MOS管Q2的D极还连接电容C105后接地。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述电池连接有TVS二极管D7,所述TVS二极管D7的阴极连接二极管D37后连接电池的HC+脚,所述TVS二极管D7的阳极连接电池的HC-脚,且所述TVS二极管D7两端还并联连接有滤波电容C164,所述TVS二极管D7的阴极还连接所述第一二极管的阳极。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述输出滤波模组包括有与主控MOS管的D极连接的滤波电感L2、分别与所述滤波电感L2两端连接的滤波电容C20和滤波电容C24、与所述滤波电容C20连接的电阻R19,所述电阻R19及滤波电容C24还接地,且所述滤波电容C24两端还并联连接有电容C26,所述滤波电感L2连接所述第二二极管的阳极,所述主控MOS管的D极还连接二极管D6后接地。
10.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述三极管控制模块包括有三极管Q9、三极管Q7和三极管Q6,所述三极管Q9的B极连接电阻R23后连接所述MCU主控模块,所述电阻R23两端还并联连接有电容C28,所述电阻R23一端还连接电阻R25后接地,所述三极管Q9的E极接地,所述三极管Q9的C极依次连接有电阻R18和电阻R15,所述电阻R15还连接所述主控MOS管的S极,所述三极管Q7的B极和三极管Q6的B极均连接于所述电阻R18和电阻R15之间的连接线,所述三极管Q6的C极连接主控MOS管的S极,所述三极管Q7的C极接地,所述三极管Q7的E极和三极管Q6的E极均连接所述主控MOS管的G极。
11.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:还包括有电池电压检测模块,所述电池电压检测模块包括有串联在一起的第一分压电阻R33和第二分压电阻R35、与所述第一分压电阻R33和第二分压电阻R35之间的连接线连接的电阻R36,所述电阻R36连接所述MCU主控模块,所述电阻R36连接还连接电容C36后接地,所述电阻R36连接还连接保护二极管D8后接地,第一分压电阻R33连接电池的正极。
12.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:还包括有充电DC电压检测模块,所述充电DC电压检测模块包括有串联在一起的第三分压电阻R34和第四分压电阻R38、与所述第三分压电阻R34和第四分压电阻R38之间的连接线连接的电阻R37、与电池的NTC脚连接的电阻276、与所述电阻276连接的电阻275,所述电阻275与LDO 5V转3.3V模块的输出端VCC_3V3连接,所述电阻R37连接还连接电容C39后接地,所述电阻R37连接还连接保护二极管D9后接地,第三分压电阻R34连接所述第一二极管的阳极及DC充电接口。
13.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:还包括有直插电源有无检测模块,所述直插电源有无检测模块包括有串联在一起的第五分压电阻R271和第六分压电阻R272、与所述第五分压电阻R271和第六分压电阻R272之间的连接线连接的电阻R273,所述电阻R273连接所述MCU主控模块,所述电阻R273连接还连接电容C121后接地,所述电阻R273连接还连接保护二极管D23后接地,第五分压电阻R271连接DC充电接口的DC+脚。
14.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:还包括回充弹片电压检测模块,所述回充弹片电压检测模块包括有串联在一起的第七分压电阻R12和第八分压电阻R11、与所述第七分压电阻R12和第八分压电阻R11之间的连接线连接的电阻R13,所述电阻R13连接所述MCU主控模块,所述电阻R13连接还连接电容C155后接地,所述电阻R13连接还连接保护二极管D22后接地,所述第七分压电阻R12连接电池的HC+脚。
15.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:还包括有电池电流检测及放大模块,所述电池电流检测及放大模块包括有运算放大器、与所述电池的负极连接第一分流电阻R29、分别与第一分流电阻R29两端连接的第二分流电阻R26和第三分流电阻R31、并联连接于第一分流电阻R29两端的电阻R28,所述第二分流电阻R26和第三分流电阻R31分别连接运算放大器的+脚和-脚,所述第三分流电阻R31还连接电容C34后连接运算放大器的OUT脚,所述运算放大器的OUT脚连接有电阻R30。
16.根据权利要求1-7任意一项所述的应用于扫地机器人控制电路板电源树电路,其特征在于:所述电池充电模块还连接电源供电模块,以为电源供电模块提供电压。
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