CN115369447A - 一种电解槽控制电路及富氢水壶 - Google Patents

一种电解槽控制电路及富氢水壶 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电解槽控制电路，包括微控制器MCU，其用于输出PWM脉冲信号；驱动器IC2，其一输入端耦接于所述微控制器的PWM脉冲信号输出端；互补电路，其输入端分别与所述驱动器IC2的输出端连接，用于接收所述PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号用于控制所述互补电路交替导通，以交替输出互补信号；电解槽，其正极与所述互补电路的输出端连接，其负极与电源端连接。本发明提出的电解槽控制电路及富氢水壶，通过单个驱动器即可实现控制电路，通过保证了电路的稳定性及可靠性。

Description

一种电解槽控制电路及富氢水壶
技术领域
本发明涉及制氢设备技术领域，具体涉及一种电解槽控制电路及富氢水壶。
背景技术
通过电解纯水制氢在家用制氢技术中已经较为成熟，现有的家用制氢领域中，富氢水壶的应用较为广泛，其通常通过电解槽电解纯水进行制氢操作，其中，控制电解槽工作的电路结构通常较为复杂，需要两个驱动器，且稳定性较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种电解槽控制电路及富氢水壶，通过单个驱动器即可实现控制电路，控制电解槽电解的电路简单，保证了电路的稳定性及可靠性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电解槽控制电路，包括微控制器MCU，其用于输出PWM脉冲信号；驱动器IC2，其一输入端耦接于所述微控制器的PWM脉冲信号输出端；互补电路，其输入端分别与所述驱动器IC2的输出端连接，用于接收所述PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号用于控制所述互补电路交替导通，以交替输出互补信号；电解槽，其正极与所述互补电路的输出端连接，其负极与电源端连接。
进一步地，所述互补电路包括MOS管Q1以及MOS管Q2；所述MOS管Q1的门极与所述驱动器IC2的第一输出端连接，其用于接收第一PWM脉冲信号；所述MOS管Q2的门极与所述驱动器IC2的第二输出端连接，其用于接收第二PWM脉冲信号；所述MOS管Q1的源极及所述MOS管Q2的漏极分别与所述电解槽的正极连接；当所述第一PWM脉冲信号为高电平时，所述第二PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q1被触发导通，所述MOS管Q2截止；当所述第二PWM脉冲信号为高电平时，所述第一PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q2被触发导通，所述MOS管Q1截止。所述驱动器IC2通过接收放大所述MCU发出的PWM信号，交替导通所述互补电路，以实现控制所述电解槽的电流或电压稳定。
进一步地，所述互补电路中还包括电阻R6及电阻R8；所述电阻R6两端分别连接在所述MOS管Q1的栅极和源极，所述电阻R8两端分别连接在与所述MOS管Q2的栅极和源极。
进一步地，还包括三极管Q10、三极管Q11；所述三极管Q10与所述MOS管Q1的门极、源极相连，所述三极管Q11与所述MOS管Q2的门极、源极相连。
进一步地，还包括电流检测电路，所述电流检测电路的检测端与所述电解槽的负极连接，用于检测所述电解槽的电流信号；所述电流检测电路的输出端与所述微控制器MCU的反馈端连接。
进一步地，所述电流检测电路包括电阻R46、电阻R1、放大器IC3及反馈电路；其中，所述电阻R1与所述电阻R46串联连接，所述电阻R1用于获取电解槽负极的电流信号；所述电阻R46一端连接于所述放大器IC3的同相输入端，另一端与所述电解槽相连，所述放大器IC3输出端连接于所述电阻R42，所述放大电路一端与所述放大器IC3的反相输入端相连，另一端连接于所述电阻R42。
进一步地，所述反馈电路包括电阻R43、电阻R44、电阻R45及电容C16；所述放大器IC3的反相输入端分别与所述电阻R43、电阻R44、电阻R45相连，所述电阻R44另一端接地，所述电阻R45与电容C16相连，所述电阻R43、电容C16一端分别与所述电阻R42相连接。
进一步地，还包括用于获取所述电解槽电压信号的电压检测电路，所述电压检测电路与所述电解槽正极相连接，所述电压检测电路包括电阻R40、电阻R41、电容C20；所述电阻R40一端分别与所述电阻R41、电容C2、MCU相连，另一端与所述电解槽相连，所述电阻R41、电容C20接地。
本发明还提出了一种富氢水壶，包括如上述的电解槽控制电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
本发明提供的控制电路工作时，驱动器IC2接收MCU输出的PWM脉冲信号，经驱动器IC2放大后，用于控制互补电路交替导通，通过交替的互补电路控制PWM的占空比(例如进行斩波，使得PWM输出为平均电流)，进而控制电解槽的工作电压/电流保持在稳定的范围，使得电解槽的控制电路更加稳定，且仅需一个驱动器，电路结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种电解槽控制电路的系统框图；
图2为本发明一种电解槽控制电路的电路结构图；
图3为本发明中微控制器MCU的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1至图3，本发明实施方式公开了一种电解槽控制电路，其包括微控制器MCU、驱动器IC2及互补电路。
其中，微控制器MCU具有调节PWM脉冲信号、输出PWM脉冲信号、信号比较及运算的作用。
驱动器IC2用于接收微控制器MCU输出的PWM脉冲信号，并根据输入的PWM脉冲信号用于控制后级电路(对应互补电路)的通/断状态。
互补电路根据输入的PWM脉冲信号以控制电解槽工作的电流或电压稳定性。
具体地，微控制器MCU配置于控制电路内，用于输出PWM脉冲信号。
驱动器IC2的一输入端耦接于微控制器(对应IC1)的PWM脉冲信号输出端，用于接收微控制器(对应IC1)输出的PWM脉冲信号，并对PWM脉冲信号进行处理(调波或斩波)，以控制PWM脉冲信号的占空比，再向互补电路向输出高/低电平的PWM脉冲信号。
进一步地，互补电路的输入端分别与所述驱动器IC2的输出端连接，用于接收所述PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号用于控制所述互补电路交替导通，以交替输出互补信号。
电解槽的正极与互补电路的输出端连接，其负极与电源负端连接，用于接收互补电路输入的互补信号，通过互补信号控制电解槽的通/断状态。
具体而言，驱动器(对应IC2)接收微控制器MCU输出PWM脉冲信号，输入的PWM脉冲信号经驱动器(对应IC2)放大后，输出至电解槽的正极(对应OU+)，其负极与电源负端连接，以形成电流回路。
其中，驱动器(对应IC2)输出放大后的PWM脉冲信号，用于控制互补电路交替导通，通过交替的互补电路控制PWM的占空比(例如进行斩波，使得PWM输出为平均电流)，进而控制电解槽的工作电压/电流，使得工作在较为稳定的电压/电流范围。
进一步地实施方式，所述互补电路包括MOS管Q1以及MOS管Q2；
所述MOS管Q1的门极与所述驱动器IC2的第一输出端连接，其用于接收第一PWM脉冲信号；所述MOS管Q2的门极与所述驱动器IC2的第二输出端连接，其用于接收第二PWM脉冲信号；所述MOS管Q1的源极及所述MOS管Q2的漏极分别与所述电解槽的正极连接；当所述第一PWM脉冲信号为高电平时，所述第二PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q1被触发导通，所述MOS管Q2截止；当所述第二PWM脉冲信号为高电平时，所述第一PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q2被触发导通，所述MOS管Q1截止。所述驱动器IC2通过接收放大所述MCU发出的PWM信号，交替导通所述互补电路，以实现控制所述电解槽的电流或电压稳定。其中，本实施方式中第一输出端为引脚7，第二输出端为引脚5，所述引脚7为高侧栅极驱动输出，引脚5为低侧栅极驱动输出。
具体地工作原理，通过控制MOS管Q1导通比例，进而控制输入电解槽的电压/电流，通过交替的互补电路控制PWM的占空比(例如进行斩波，使得PWM输出为平均电流)，进而控制电解槽的工作电压/电流保持在稳定的范围。
进一步地实施方式，为了确保互补电路的安全性，控制电路中还包括电阻R6及电阻R8；所述电阻R6与所述MOS管Q1的栅极与源极相连，所述电阻R8与所述MOS管Q2的栅极与源极相连。避免电路在通电时，内部的寄生电容触发MOS管Q1及MOS管Q2导通，导致电路发生短路。
进一步地实施方式，为了快速关闭互补电路，所述互补电路中还包括三极管Q10、三极管Q11；所述三极管Q10与所述MOS管Q1的门极、源极相连，所述三极管Q11与所述MOS管Q2的门极、源极相连；当驱动器IC2停止输出PWM脉冲信号及高电平时，MOS管Q2作为MOS管Q1的续流元件，此时，三极管Q10导通，MOS管Q1门极侧的电流经三极管Q10的集电极、MOS管Q2流至地，进而确保MOS管Q1及时关闭；当驱动器IC2停止输出PWM脉冲信号及低电平时，MOS管Q2截止，此时，三极管Q11导通，MOS管Q2门极侧的电流经三极管Q11的集电极流至地，进而确保MOS管Q2及时关闭。
进一步地实施方式，还包括电流检测电路，所述电流检测电路的检测端与所述电解槽的负极连接，用于检测所述电解槽的电流信号；所述电流检测电路的输出端与所述微控制器MCU的反馈端连接。
其中，所述电流检测电路包括电阻R46、电阻R1、放大器IC3、反馈电路；其中，电阻R1为采样电阻，用于采集电解槽负极的电流信号，电阻R1两端分别连接电解槽负极和公共端。
所述电阻R46一端连接于所述放大器IC3的同相输入端，另一端与所述电解槽相连，所述放大器IC3输出端连接于所述电阻R42，所述放大电路一端与所述放大器IC3的反相输入端相连，另一端连接于所述电阻R42。其中，电阻R42为取样电阻，用于获取电解槽工作时的电流信号，并通过放大器IC3及放大电路放大后，反馈至MCU，当电解槽工作时的电流大于预设电流时，MCU根据反馈的检测电流信号调节输出的PWM脉冲信号，进行调整输出电流；
进一步地实施方式，所述电压检测电路包括电阻R40、电阻R41、电容C20；所述电阻R40一端分别与所述电阻R41、电容C2、MCU相连，另一端与所述电解槽相连，所述电阻R41、电容C20接地。电压检测电路用于检测电解槽的工作电压。电阻R40、电阻R41及电容C20用于获取电解槽工作时的电压信号，当反馈的电压信号大于MCU的预设电压时，MCU根据反馈的检测电压信号调节输出的PWM脉冲信号，进行调整输出电压。
进一步地实施方式，所述反馈电路包括电阻R43、电阻44、电阻45及电容C16；
进一步地实施方式，所述放大器IC3的反相输入端分别与所述电阻R43、电阻R44、电阻R45相连，所述电阻R44接地，所述电阻R45与电容C16相连，所述电阻R43、电容C16与所述电阻R42相连接。
本实施方式的有益效果：
1、通过交替的互补电路控制PWM的占空比，进而控制电解槽的工作电压/电流，使得工作在较为稳定的电压/电流范围。
2、保证了互补电路的安全性。
3、保证了能够快速关闭互补电路。
4、通过电压检测电路以及电流检测电路实时检测控制电路中的电压/电流信号，并传输回微控制器MCU进行反馈。
进一步地实施方式，所述互补电路和所述电解槽之间还设有一电感器L1。
本发明还提出了一种富氢水壶，包括如上述的电解槽控制电路，能够实现上述实施方式中带来的全部有益效果，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电解槽控制电路，其特征在于：包括
微控制器MCU，其用于输出PWM脉冲信号；
驱动器IC2，其一输入端耦接于所述微控制器的PWM脉冲信号输出端；
互补电路，其输入端分别与所述驱动器IC2的输出端连接，用于接收所述PWM脉冲信号，所述PWM脉冲信号用于控制所述互补电路交替导通，以交替输出互补信号；
电解槽，其正极与所述互补电路的输出端连接，其负极与电源负端连接。
2.根据权利要求1所述的电解槽控制电路，其特征在于：所述互补电路包括MOS管Q1以及MOS管Q2；
所述MOS管Q1的门极与所述驱动器IC2的第一输出端连接，其用于接收第一PWM脉冲信号；
所述MOS管Q2的门极与所述驱动器IC2的第二输出端连接，其用于接收第二PWM脉冲信号；
所述MOS管Q1的源极及所述MOS管Q2的漏极分别与所述电解槽的正极连接；
当所述第一PWM脉冲信号为高电平时，所述第二PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q1被触发导通，所述MOS管Q2截止；
当所述第二PWM脉冲信号为高电平时，所述第一PWM脉冲信号为低电平，所述MOS管Q2被触发导通，所述MOS管Q1截止；
所述驱动器IC2通过接收放大所述MCU发出的PWM信号，交替导通所述互补电路，以实现控制所述电解槽的电流或电压稳定。
3.根据权利要求2所述的电解槽控制电路，其特征在于：所述互补电路中还包括电阻R6及电阻R8；所述电阻R6两端分别连接在所述MOS管Q1的栅极和源极，所述电阻R8两端分别连接在与所述MOS管Q2的栅极和源极。
4.根据权利要求2所述的电解槽控制电路，其特征在于：还包括三极管Q10、三极管Q11；
所述三极管Q10与所述MOS管Q1的门极、源极相连，所述三极管Q11与所述MOS管Q2的门极、源极相连。
5.根据权利要求1所述的电解槽控制电路，其特征在于：还包括电流检测电路，所述电流检测电路的检测端与所述电解槽的负极连接，用于检测所述电解槽的电流信号；
所述电流检测电路的输出端与所述微控制器MCU的反馈端连接。
6.根据权利要求5所述的电解槽控制电路，其特征在于：所述电流检测电路包括电阻R46、电阻R1、放大器IC3及反馈电路；其中，所述电阻R1与所述电阻R46串联连接，所述电阻R1用于获取电解槽负极的电流信号；
所述电阻R46一端连接于所述放大器IC3的同相输入端，另一端与所述电解槽相连，所述放大器IC3输出端连接于所述电阻R42，所述放大电路一端与所述放大器IC3的反相输入端相连，另一端连接于所述电阻R42。
7.根据权利要求6所述的电解槽控制电路，其特征在于：所述反馈电路包括电阻R43、电阻R44、电阻R45及电容C16；
所述放大器IC3的反相输入端分别与所述电阻R43、电阻R44、电阻R45相连，所述电阻R44另一端接地，所述电阻R45与电容C16相连，所述电阻R43、电容C16一端分别与所述电阻R42相连接。
8.根据权利要求1所述的电解槽控制电路，其特征在于：还包括用于获取所述电解槽电压信号的电压检测电路，所述电压检测电路与所述电解槽正极相连接，所述电压检测电路包括电阻R40、电阻R41、电容C20；
所述电阻R40一端分别与所述电阻R41、电容C2、MCU相连，另一端与所述电解槽相连，所述电阻R41、电容C20接地。
9.一种富氢水壶，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的电解槽控制电路。
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