CN115453939A - 一种保护电路、控制系统及水洗机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护电路、控制系统及水洗机，其中电路可以用于与水洗机的功能模块以及水洗机的电源模块连接，包括：保护模块，用于当所述电源模块的输出电压大于预设阈值时，控制所述电源模块停止为后级的软启动模块供电；软启动模块，用于当所述电源模块的输出电压小于等于预设阈值时，控制所述保护模块的输出，使所述电源模块为后级的所述功能模块供电；本电路相比于传统的保护电路仅有两个简单的模块结构，制作成本低且便于批量生产。本申请可广泛应用于电子电路技术领域内。

Description

一种保护电路、控制系统及水洗机

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，尤其是一种保护电路、控制系统及水洗机。

背景技术

目前我国电网采用220V电网供电,波动范围是+5％～-10％,供电系统内部大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因,造成电网电压的波动常常是因电网负载出现了较大的增加或减少而引起的。电压电流冲击普遍的存在于配电系统中，也就是说浪涌无处不在。浪涌在配电系统主要表现有电压波动,瞬间电流过大,在正常工作情况下，机器设备会自动停止或启动,家中电器用电设备中空调、压缩机、电梯、泵或电机电脑控制系统经常出现无理由死机,复位；电机,水泵经常要更换或重绕或者更换；电气设备由于故障、复位或电压问题而缩短使用寿命；电网电压电流冲击可能会令电源系统突然不堪重负而掉电，导致电器设备不稳定。严重的可能会损坏电路上的精密元器件,传感器,模块等部件,给电器造成不可逆转的损坏。

现有技术中，智能水洗器对输入电网电压波动,造成浪涌冲击有三种电检测保护方法,一种是在电源开关前端零线和火线上增加压敏电阻是限压型元器件；第二种采用放电管(Gas Tube)是防电压电流冲击保护设备中的一种开关器件，无论是交直流电源的还是各种信号电路的波动，都可以用它来将大电流泄放入大地,第三种是使用专用过流过压被动电源保护模块。前者通过电源绕组到互感器,单片机进行电流,电压进行AD采样,在波动比较频繁时,采样时间及软件计算滞后,实时性不高,会造成误报,错报,精度不高的问题；限压型元器件,响应时间快,器件衰减也快,寿命短的缺点；虽然放电管放电电流大，电极间电容小,绝缘电阻高，但是反应速度较慢,会流入到二级电路大电流冲击的风险；采用精密器件虽然可以解决寿命短,响应时间问题,复杂环境条件受到干扰系统停止响应问题,但仍有一定缺陷；其次运算放大器器周围的输入偏置电流,反馈电阻,限流电阻,负载电容组,反向放大器组成的采样电路,器件过多而成本偏高,不适合批量生产。因此，亟需一种新的保护电路。

发明内容

本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种保护电路、控制系统以及水洗机，该保护电路的制作成本低且便于批量生产。

为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：

一种保护电路，用于与水洗机的功能模块以及水洗机的电源模块连接，包括：保护模块，用于当所述电源模块的输出电压大于预设阈值时，控制所述电源模块停止为后级的软启动模块供电；软启动模块，用于当所述电源模块的输出电压小于等于预设阈值时，控制所述保护模块的输出，使所述电源模块为后级的所述功能模块供电。

另外，根据本发明中上述实施例的一种保护电路，还可以有以下附加的技术特征：

进一步地，本申请实施例中，所述软启动模块包括：第一电容、电解电容、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻以及MCU；所述第一电容的一端与所述第一三极管的源极连接，所述第一电容的另一端与所述第一三极管的栅极连接；所述电解电容的正极与所述第一三极管的漏极连接，所述电解电容的负极接地；所述第一电阻的一端与所述第一三极管的源极连接，所述第一电阻的另一端与所述第二三极管的集电极连接；所述第二电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的栅极连接；所述第三电阻的一端与所述第二三极管的基极连接，所述第三电阻的另一端与所述MCU连接；所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第四电阻的另一端接地；所述第一三极管的源极为软启动模块的输入端，所述第一三极管的漏极为软启动模块的输出端。

进一步地，本申请实施例中，所述保护模块包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、稳压二极管、第二电容、第三电容、第三三极管、第四三极管以及第五三极管；所述第五电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第五电阻的另一端与所述稳压二极管的负极连接；所述第六电阻的一端与所述稳压二极管的正极连接，所述第六电阻的另一端接地；所述第七电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第七电阻的另一端与所述第四三极管的集电极连接；所述第八电阻的一端与所述第四三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端接地；所述第九电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第九电阻的另一端与所述第三三极管的栅极连接；所述第二电容的一端与所述第四三极管的基极连接，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端与所述第五三极管的基极连接，所述第三电容的另一端接地；所述第四三极管的基极与所述稳压二极管的正极连接，所述四三极管的集电极与所述第五三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极接地；所述第五三极管的发射极接地，所述第五三极管的集电极与所述第三三极管的栅极连接；所述第三三极管的源极为所述保护模块的输入端，所述第三三极管的漏极为保护模块的输出端。

进一步地，本申请实施例中，所述第四三极管以及所述第五三极管均包括NPN型三极管。

进一步地，本申请实施例中，所述第一三极管包括场效应管。

进一步地，本申请实施例中，所述第二电容以及所述第三电容均包括无极性电容。

进一步地，本申请实施例中，所述预设阈值包括5.1V或者24.5V。

进一步地，本申请实施例中，所述电源模块包括5V或者24V。

另一方面，本申请实施例还提供一种控制系统，包括至少一个上述任一实施例所述的保护电路。

另一方面，本申请还提供一种水洗机，包括：包括至少一个上述实施例所述的控制系统。

本申请的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到：

本申请可以通过保护模块在电源模块的输出电压大于预设阈值时，可以控制电源模块停止为后级的软启动模块供电，在电源模块的输出电压小于等于预设阈值时，可以控制保护模块的输出，使电源模块可以为后级的功能模块供电，本申请相比于传统的保护电路仅有两个简单的模块结构，制作成本低且便于批量生产。

附图说明

图1为本发明中一种具体实施例中一种保护电路与其他模块的连接示意图；

图2为本发明中一种具体实施例中一种保护电路的模块示意图：

图3为本发明中一种具体实施例中另一种保护电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的一种保护电路、控制系统及水洗机的原理和过程作以下说明。

本发明提供一种保护电路，可以用于与水洗机的功能模块以及水洗机的电源模块连接，连接示意图可以参照图1，其中水洗机的功能模块可以包括电机、超声波雾化器、风扇、水浸传感器、PM2.5传感器,甲醛传感器,湿度传感器,复合过滤网、离子发生器,水泵等功能模块，而电源模块可以是低压电源，一般水洗机的控制电路的电压不超过24V，因此电源模块的电源为低压电源；而保护电路可以设置在功能模块与水洗机的电源模块之间，保护电路的输入端与电源模块的输入端连接，功能模块的输入端与保护电路的输出端连接；而保护电路可以包括保护模块以及软启动模块；其中，保护模块可以用于当电源模块的输出电压大于预设阈值时，控制电源模块停止为后级的软启动模块供电；而软启动模块，可以用于当电源模块的输出电压小于等于预设阈值时，控制保护模块的输出，使电源模块为后级的功能模块供电。

进一步地，在本申请的一些实施例中，保护模块可以包括：第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、稳压二极管、第二电容、第三电容、第三三极管、第四三极管以及第五三极管；具体连接方式可以参照图2，在图2中，第五电阻R5的一端与第三三极管Q3的源极连接，第五电阻R5的另一端与稳压二极管ZD1的负极连接；第六电阻R6的一端与稳压二极管ZD1的正极连接，第六电阻R6的另一端接地；第七电阻R7的一端与第三三极管Q3的源极连接，第七电阻R7的另一端与第四三极管Q4的集电极连接；第八电阻R8的一端与第四三极管Q4的集电极连接，第八电阻R8的另一端接地；第九电阻R9的一端与第三三极管Q3的源极连接，第九电阻R9的另一端与第三三极管Q3的栅极连接；第二电容C2的一端与第四三极管Q4的基极连接，第二电容C2的另一端接地；第三电容C3的一端与第五三极管Q5的基极连接，第三电容C3的另一端接地；第四三极管Q4的基极与稳压二极管ZD1的正极连接，所述四三极管的集电极与第五三极管Q5的基极连接，第四三极管Q4的发射极接地；第五三极管Q5的发射极接地，第五三极管Q5的集电极与第三三极管Q3的栅极连接；第三三极管Q3的源极为所述保护模块的输入端，第三三极管Q3的漏极为保护模块的输出端。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述软启动模块包括第一电容、电解电容、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻以及MCU；具体的连接方式可以参照图2，在图2中，第一电容C1的一端与第一三极管Q1的源极连接，第一电容C1的另一端与第一三极管Q1的栅极连接；电解电容E1的正极与第一三极管Q1的漏极连接，电解电容E1的负极接地；第一电阻R1的一端与第一三极管Q1的源极连接，第一电阻R1的另一端与第二三极管Q2的集电极连接；第二电阻R2的一端与第二三极管Q2的集电极连接，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的栅极连接；第三电阻R3的一端与第二三极管Q2的基极连接，第三电阻R3的另一端与所述MCU的某个端口连接；第四电阻R4的一端与第三电阻R3的另一端连接，第四电阻R4的另一端接地；第一三极管Q1的源极为软启动模块的输入端，第一三极管Q1的漏极为软启动模块的输出端。

进一步地，在本申请的一些实施例中，第四三极管以及第五三极管均可以包括NPN型三极管。在本申请的一些实施例中，第二三极管也可以是NPN型的三极管，而且第二三极管、第四三极管以及第五三极管的具体型号可以相同或者是不同，需要说明的是第二三极管、第四三极管以及第五三极管也可以选用PNP型三极管，此时由于PNP型三极管与NPN型三极管的差异，其电路连接方式需进行适应性的调整；而在本申请的一些实施例中，在进行实际封装时，可以选用不同的封装的三极管如贴片式封装或者是插件式封装，在此不作限制。

进一步地，在本申请的一些实施例中，第一三极管可以包括场效应管；而第三三极管也可以是场效应管，在本申请的一些实施例中，在进行实际封装时，可以选用不同的封装的场效应管如贴片式封装或者是插件式封装，在此不作限制。

进一步地，在本申请的一些实施例中，第二电容以及第三电容均包括无极性电容；在本申请的一些实施例中，在进行实际封装时，可以选用不同的封装的电容如贴片式封装或者是插件式封装，在此不作限制。

进一步地，在本申请的一些实施例中，电源模块可以包括5V或者24V，在水洗机的实际功能电路中，不同的功能电路可以有不同的供电电源，如氛围灯或者是甲醛模块的供电电源需要是5V，而对于拥有电机的风扇模块和直流水泵模块，其电源可以是24V。

进一步地，在本申请的一些实施例中，所述预设阈值包括5.1V或者24.5V；在本申请实施例中，为了避免保护电路的输入电压过大仍不能起到保护作用，这个预设阈值可以是5.1或者是24.5V。

下面结合实际应用场景对本申请实施例所述的保护电路的原理进行说明：

具体地，电源模块的电源为5V为例，保护电路的连接可以参照图3，在图3中，保护电路可以在以下情况发挥作用：

1、水洗机重置启动,控制二级电路PM2.5,甲醛,直流电机,RGB氛围灯电源开关的输入信号MCU控制端为低电平或高阻时，此时与第三电阻的一端连接MCU的端口也处于低电平，三极管Q2的基极被拉低到地，为低电平，第二三极管Q2不导通，进而第一三极管Q1的Vgs＝0，第一三极管Q1不导通，VDD_OUT无输出。第四电阻R4是为了MCU中与R3连接的控制端为高阻时，将第二三极管Q2的基极固定在低电平，不让其浮空。

2、电源VDD_IN启动上电，控制电源开关的输入信号使MCU中与R3连接的控制端为低电平或高阻，关闭三极管Q2，输入电流从R1电阻流向R2电阻,电压固定为高电平,从而关闭第一三极管Q1。因VDD_IN还不稳定，不能将电源打开向后级电路输出,此时电源VDD_IN刚上电，第一三极管G极与S极等电势，即Vgs＝0，Q1关闭状态,电压VDD_OUT输出截止状态。

3、电源VDD_IN上电完成后，第一三极管G极与S极两端均为12V/5V，仍然Vgs＝0。

4、当水洗机电源重置完成后,此时将MCU控制端n＝(0,1,2,3)设为高电平(假设MCU IO输出高电平为5.0V)，则

①三极管Q2的B极为0.7V，可算出B极电流Ibe为：

(5.0V-0.7V)/B极电阻R3＝0.43mA；

②第二三极管管Q2饱和导通，集电极以及发射极之间的电压Vce≈0。第一电容C1通过第二电阻R2充电，即第一电容C1与第一三极管Q1的栅极相连端的电压由5V缓慢下降到0V，导致栅极与源极之间的电压Vgs逐渐增大；

③第一三极管Q1的栅极与源极之间的电压Vgs缓慢增大，令其缓慢打开直至完全打开；最终Vgs＝-12V；

④利用第一电容C1的充电时间实现了第一三极管Q1的缓慢打开(导通)，实现了软开启的功能。

5、电源打开后；VDD_OUT输出为5V电压。此时将MCU与第三电阻R3连接的端口设为低电平，第二三极管Q2关闭，第一电容C1与第一三极管Q1的G极相连端通过第二电阻R2放电，电压逐渐上升到5V，起到软关闭的效果。

6、水洗机工作时；次前级电源预设电网因瞬时因波动受到污染,前端开关电源输出电压保护滞后,后端输出的电源电压大于后端设定的最大电压时,稳压二极管ZD1导通，第六电阻R6下拉到地,第四三极管Q4的基极为高电平,第四三极管Q4的集电极以及发射基导通,第五三极管Q5的基极为低电平,第五三极管Q5集电极以及发射基极不导通,第三三极管Q3的栅极拉高,栅极以及源极之间的电压VGS＝0，第三三极管Q3处于截止状态不导通,立即切断PM2.5,甲醛，直流电机，RGB氛围灯各功能模块电源,进行过压保护；当VCC电压小于目标最大输出电压也就是稳压二极管ZD1的稳压时,第四三极管Q4的基极通过第六电阻R6的100K下拉到地，固定在低电平，不让其浮空,输入电压从第七电阻R7转化为电流流向第八电阻R8，电压固定为高电平，第五三极管Q5导通,第三三极管Q3的栅极相连端的电压由VCC_IN缓慢下降到0V，导致第三三极管的三级以及源极之间的电压Vgs逐渐增大，最终Vgs＝-VCC_IN,第三三极管Q3的栅极拉低，VGS＝0第三三极管处于导通状态，次级获取到小于目标的输入电压供功能模块供电。

此外、与保护电路相对应，本申请的实施例中还提供一种控制系统，可以包括一个或者多个的上述任一个实施例所述的保护电路，在水洗机的控制电路中，由于功能模块的数量可以是一个或者多个，可以在每个功能模块与电源模块之间均设置本申请实施例所述的保护电路，可以减少雷击浪涌对于电路的损伤，提高电路的使用寿命。

才外，与控制系统相对应，本申请实施例还提供了一种水洗机，可以包括至少一个上述实施例所述的控制系统。

上述系统实施例中的内容均适用于本水洗机的实施例中，本水洗机实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述控制系统的实施例所达到的有益效果也相同。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，用于与水洗机的功能模块以及水洗机的电源模块连接，包括：

保护模块，用于当所述电源模块的输出电压大于预设阈值时，控制所述电源模块停止为后级的软启动模块供电；

软启动模块，用于当所述电源模块的输出电压小于等于预设阈值时，控制所述保护模块的输出，使所述电源模块为后级的所述功能模块供电。

2.根据权利要求1所述一种保护电路，其特征在于，所述软启动模块包括：

第一电容、电解电容、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三电阻、第四电阻以及MCU；所述第一电容的一端与所述第一三极管的源极连接，所述第一电容的另一端与所述第一三极管的栅极连接；所述电解电容的正极与所述第一三极管的漏极连接，所述电解电容的负极接地；所述第一电阻的一端与所述第一三极管的源极连接，所述第一电阻的另一端与所述第二三极管的集电极连接；所述第二电阻的一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第二电阻的另一端与所述第一三极管的栅极连接；所述第三电阻的一端与所述第二三极管的基极连接，所述第三电阻的另一端与所述MCU连接；所述第四电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第四电阻的另一端接地；所述第一三极管的源极为软启动模块的输入端，所述第一三极管的漏极为软启动模块的输出端。

3.根据权利要求1所述一种保护电路，其特征在于，所述保护模块包括：

第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、稳压二极管、第二电容、第三电容、第三三极管、第四三极管以及第五三极管；所述第五电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第五电阻的另一端与所述稳压二极管的负极连接；所述第六电阻的一端与所述稳压二极管的正极连接，所述第六电阻的另一端接地；所述第七电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第七电阻的另一端与所述第四三极管的集电极连接；所述第八电阻的一端与所述第四三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端接地；所述第九电阻的一端与所述第三三极管的源极连接，所述第九电阻的另一端与所述第三三极管的栅极连接；所述第二电容的一端与所述第四三极管的基极连接，所述第二电容的另一端接地；所述第三电容的一端与所述第五三极管的基极连接，所述第三电容的另一端接地；所述第四三极管的基极与所述稳压二极管的正极连接，所述四三极管的集电极与所述第五三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极接地；所述第五三极管的发射极接地，所述第五三极管的集电极与所述第三三极管的栅极连接；所述第三三极管的源极为所述保护模块的输入端，所述第三三极管的漏极为保护模块的输出端。

4.根据权利要求3所述一种保护电路，其特征在于，所述第四三极管以及所述第五三极管均包括NPN型三极管。

5.根据权利要求2所述一种保护电路，其特征在于，所述第一三极管包括场效应管。

6.根据权利要求3所述一种保护电路，其特征在于，所述第二电容以及所述第三电容均包括无极性电容。

7.根据权利要求1所述一种保护电路，其特征在于，所述预设阈值包括5.1V或者24.5V。

8.根据权利要求1所述一种保护电路，其特征在于，所述电源模块包括5V或者24V。

9.一种控制系统，其特征在于，包括至少一个上述权利要求1-8任一项所述的保护电路。

10.一种水洗机，其特征在于，包括至少一个上述权利要求9所述的控制系统。

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