CN115580200A - 电动工具及其驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动工具及其驱动控制电路，工具包括：电源接口，用于接入电源；电机，用于为电动工具提供动力；控制器，至少与电机连接，以控制电机的工作状态；多路控制电路，包括供用户触发的控制开关以及与控制开关电连接的开关元件；其中，多路控制电路至少包括：第一控制电路，包括第一控制开关和第一开关元件；第二控制电路，包括第二控制开关和第二开关元件，第二控制开关与第一控制开关联动；控制器被配置为：检测第一控制开关和第二控制开关的开关状态；在第一控制开关和/或第二控制开关为断开状态时，输出控制信号以控制电机停止转动。提供了一种操作性好、安全性能高的电动工具。

Description

电动工具及其驱动控制电路

技术领域

本发明涉及一种电动工具，具体涉及一种电动工具及其驱动控制电路。

背景技术

在电动工具的生产中，安全性是检验电动工具能否正常投入市场的最基本也是最重要的性能指标。在电动工具的安全性规范中，涉及多方面的安全性要求，例如，开关控制电路的安全性要求。

为设计符合安全性规范的控制开关，通常采用大电流开关进行工具上电或者关机的控制。采用大电流开关的工具，即使工具的控制电路中单片机失效，也会因开关能直接切断接入电机的电源而实现关机控制，避免安全事故的发生。然而，大电流开关一般是体积较大的机械开关，操作起来需要较大的力气，用户体验较差，且长时间流经大电流也会损坏开关的触点，从而降低控制的安全性。

因此，如何使电动工具在兼具开关机控制高操作性的基础上，还具有更高的安全性为本领域所亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种操作性好、安全性能高的电动工具。

本发明采用如下的技术方案：

一种电动工具，包括：电源接口，用于接入电源；电机，用于为所述电动工具提供动力；控制器，至少与所述电机连接，以控制所述电机的工作状态；多路控制电路，包括供用户触发的控制开关以及与所述控制开关电连接的开关元件；其中，所述多路控制电路至少包括：第一控制电路，包括第一控制开关和第一开关元件；第二控制电路，包括第二控制开关和第二开关元件，所述第二控制开关与所述第一控制开关联动；所述控制器被配置为：检测所述第一控制开关和所述第二控制开关的开关状态；在所述第一控制开关和/或所述第二控制开关为断开状态时，输出控制信号以控制所述电机停止转动。

进一步的，还包括：

充电回路，至少包括第一电容和所述第一控制开关；在所述电源接口接入电源且所述第一控制开关处于断开状态时，所述充电回路导通，所述第一电容充电；在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容不充电；所述第一电容在所述第一控制开关由断开切换至闭合状态时放电，以使所述第一控制电路中的第一开关元件导通。

进一步的，所述控制器被配置为：在所述第一控制开关和所述第二控制开关为闭合状态时，持续输出电信号为所述第一电容充电，以维持所述第一开关元件和所述第二开关元件的所述闭合状态，使所述电机持续转动。

进一步的，在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入所述电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容未充电，所述第一电容不放电，所述第一开关元件和所述第二开关元件不导通，所述控制器不工作。

进一步的，在所述电源接口接入所述电源后，所述第一控制开关和所述第二控制开关闭合，所述第一电容放电，所述第一控制电路中的第一开关元件导通，所述第一控制电路和所述第二控制电路输出电信号，所述控制器得电并控制所述电机转动。

进一步的，第二电容，所述第二电容与所述第一开关元件并联，用于在所述第一控制开关断开时，输出电能以使所述第一开关元件维持第一预设时间段的导通状态；所述第二控制电路还包括：第三电容，所述第三电容与所述第二开关元件并联，用于在所述第二控制开关断开时，输出电能以使所述第二开关元件维持第二预设时间段的导通状态。

进一步的，所述控制器被配置为：在检测到所述第一控制开关和/或所述第二控制开关断开时，在所述第一预设时间段内和/或所述第二预设时间段内输出控制信号以控制所述电机停止转动。

一种适用于电动工具的驱动控制电路，所述电动工具包括电源接口，用于接入电源；电机，用于为所述电动工具提供动力；所述驱动控制电路包括：控制器，至少与所述电机连接，以控制所述电机的工作状态；多路控制电路，包括供用户触发的控制开关以及与所述控制开关电连接的开关元件；其中，所述多路控制电路至少包括：第一控制电路，包括第一控制开关和第一开关元件；第二控制电路，包括第二控制开关和第二开关元件，所述第二控制开关与所述第一控制开关联动；所述控制器被配置为：检测所述第一控制开关和所述第二控制开关的开关状态；在所述第一控制开关和/或所述第二控制开关为断开状态时，输出控制信号以控制所述电机停止转动。

进一步的，还包括：充电回路，至少包括第一电容和所述第一控制开关；在所述电源接口接入电源且所述第一控制开关处于断开状态时，所述充电回路导通，所述第一电容充电；在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容不充电；所述第一电容在所述第一控制开关由断开切换至闭合状态时放电，以使所述第一控制电路中的第一开关元件导通。

进一步的，所述第一控制电路还包括：第二电容，所述第二电容与所述第一开关元件并联，用于在所述第一控制开关断开时，输出电能以使所述第一开关元件维持第一预设时间段的导通状态；所述第二控制电路还包括：第三电容，所述第三电容与所述第二开关元件并联，用于在所述第二控制开关断开时，输出电能以使所述第二开关元件维持第二预设时间段的导通状态；所述控制器被配置为：在检测到所述第一控制开关和/或所述第二控制开关断开时，在所述第一预设时间段和/或所述第二预设时间段内输出控制信号以控制所述电机停止转动。

本发明的有益之处在于：采用信号开关无需借助大电流开关即可实现工具的开关机控制，且通过双通道的控制电路，能避免任一通道中的开关或功率元件失效而导致的安全问题，提高了工具使用的安全性。

附图说明

图1是作为一种实施方式的电动工具的结构图；

图2是作为一种实施方式的电动工具的电路框图；

图3是作为一种实施方式的电动工具的电路框图；

图4是作为一种实施方式的电动工具的电路框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的技术方案所适用的电动工具包括但不限于：电钻、电圆锯、往复锯砂光机、扫雪机、吹风机等各种交流或直流工具，其他类型的电动工具只要能够采用以下披露的技术方案的实质内容即可落在本发明的保护范围内。本申请以高压无刷的砂光类产品为例。

参考图1-图4所示的电动工具100。电动工具100至少包括电源接口10、电机20、控制器30、多路控制电路40和充电回路50，其中多路控制电路40至少包括第一控制电路401和第二控制电路402。

电源接口10，用于接入电源。在一个实施例中，电源接口10接入的电源可以是交流市电。在一个实施例中，电源接口10接入的电源可以是电池包，电池包可由一组电池单元组成，例如，可将电池单元串联成单一电源支路，形成1P电池包。电源接口10接入的电源电压能够使控制器30上电，从而控制器30可以输出控制信号以控制电机20的转动状态，例如，控制电机启动、转动或者停止转动等。可选的，若电源电压较高，需要通过电源转换电路转换后为控制器30上电。电源转换电路可以将电源电压转换为适合控制器30上电的电压，例如电源电压为20V，经电源转换电路后转换为3V或者5V的电压供控制器30上电。可选的，电源转换电路可以包括电源芯片及外围元器件如电容。

控制器30，能够输出PWM控制信号至电机20 ，可以控制电机20在不同状态间切换，例如可以控制电机启动、转速改变、转向变换、调整转动频率以及停止等。可以理解的是，在控制器30和电机20之间还连接有驱动电路（未示出）。驱动电路具有若干半导体开关元件以切换电机20的通电状态。在一个实施例中，驱动电路与电机20的各相定子绕组电性连接，用以将电源电流传递至定子绕组以驱动电机20旋转。作为实施例的一种，驱动电路可包括多个开关元件，例如包括六个开关元件。每个开关元件的每个栅极端与控制器30电性连接，用于接收来自控制器30的控制信号。开关元件的每个漏极或源极与电机20的定子绕组连接。六个开关元件接收来自控制器30的控制信号改变各自的导通状态，从而改变电源加载在电机20的定子绕组上的电流。

多路控制电路40，至少包括供用户触发的控制开关以及与控制开关电连接的功率元件。在一种实现方式中，控制开关可以为信号开关，例如点触式开关，包括触点1、2、3，其中触点1为悬空的，在用户触发信号开关时，若触点1,2接通信号开关为断开状态，若触点1,3接通信号开关为闭合状态。功率元件可以是可控半导体功率器件，例如FET，BJT，IGBT等，或者是任何其他类型的固态开关，例如IGBT，BJT等。在本申请中，通过多路控制电路40可以控制控制器30的上电或者失电，从而控制电机20的开关机。

在本申请中，参考图2-图4，还包括第一电容C1。具体的，在多路控制电路40中的控制开关处于断开状态时，若电源接口10接入电源，则电源、多路控制电路40和第一电容C1构成的充电回路导通，为第一电容C1充电。需要说明的，第一电容C1的容量较小，可以很快达到满电状态。进一步的，在多路控制电路40中的控制开关被触发导通时，第一电容C1将通过多路控制电路40放电，使多路控制电路中的开干元件导通，从而为控制器30上电，控制器30能够输出控制信号控制电机20启动。特别的，为了维持控制器30持续能够输出控制信号，控制器30还可以输出电信号POWER为第一电容C1充电。可选的，也可以采用外部电源产生为第一电容C1充电的电信号。进一步的，在控制器30输出控制信号控制电机20工作的过程中，控制器30可以实时检测到控制开关的电压信号以判断开关是否断开。若开关断开，则控制器30输出控制信号控制电机停机。可以理解的，即使控制器30失效检测不到开关断开的信号，多路控制电路40也会由于开关的断开而不再为控制器30供电，控制器30将由于失电而不能输出控制信号，也能实现电机停机。也就是说，通过本申请中设置的包含信号开关的多路控制电路40能在控制器失效的情况下，保证工具关机操作的安全性。

可以理解的，在工具使用的过程中，可能会存在由于电源接口10松动导致电源工具断电或者用户直接拔掉电源使工具断电，但并未断开控制开关的情况。在这种情况下，用户下次接通电源时，由于控制开关处于闭合状态，工具会直接启动，从而带来安全隐患。因此，为了避免上述情况的发生，本申请通过设置第一电容C1，如图4所示第一电容C1至少与第一控制开关SW1构成充电回路50。在电源接口10接入电源且第一控制开关SW1处于断开状态时，充电回路50导通，电源能够为第一电容C1充电；在第一控制开关SW1处于闭合状态且电源接口接入电源时，充电回路50未导通，第一电容C1不充电。也就是说，在控制开关处于闭合状态的情况下工具接通电源，由于第一电容C1未充电，也就不会为放电，从而多路控制电路40中的开关元件不会导通，控制器30无法上电。进而电机20无法启动，避免了在控制开关闭合时接通电源带来的安全问题。

在本实施例中，为了进一步增强工具关机控制的安全性。如图3和图4所示多路控制电路40至少可以包括两路控制电路，例如第一控制电路401和第二控制电路402，当然也可以包括更多的控制电路。在本实施例中，第一控制电路401和第二控制电路402为串联连接。通过设置至少两路控制电路，在其中一路控制电路中的部分或全部元器件失效时，另一路控制电路也能维持控制器30的正常断电，从而保证工具的开关机操作能正常进行，避免了由于部分元器件失效导致关机操作不被响应而带来的安全问题。可以理解的，多路控制电路40还可以包括三个或者四个或者更多个串联连接的控制电路。本申请中，考虑元器件的成本和元器件的热损耗等的要求，选择采用两个串联连接的控制电路。

在一种具体的实现方式中，如图4所示，第一控制电路401至少可以包括第一控制开关SW1和第一开关元件Q1、Q3；第二控制电路402可以包括第二控制开关SW2和第二开关元件Q2、Q4。其中，SW1和SW2均为包含三个触点的触点开关，在触点1,2连接时开关断开，触点1,3连接时开关导通。特别的，开关SW1和SW2为联动开关，也就是说，在SW1被触发时，SW2也同时被触发。虽然实际操作中，SW1和SW2的触发可能存在时间差，但该时间差较小可以忽略不计，本身其中，认为SW1和SW2被同时触发。可以理解的，图4中的电路中还包括多个分压电阻和整流二极管，此处不做详述。

下面将参考图4对本申请中电机20的控制过程进行详述：

关于插入电源后闭合控制开关的过程：在开关SW1和SW2处于断开状态即触点1,2连接时，若电源接口10接入电源，则电源、电阻R、第一控制开关SW1和第一电容C1构成的充电回路50导通，为电容C1充电。进一步的，若第一控制开关SW1被触发由断开切换至导通即触点1，2连接切换为触点1,3连接，则相应的第一控制开关SW2也同时处于导通状态。则第一电容C1放电使得Q3导通从而Q1导通，进一步的Q4和Q2也相继导通，至此多路控制电路40全面导通。进而多路控制电路40输出电信号使控制器30上电的电压，控制器30得电并输出控制信号控制电机20转动。同时，控制器30输出电信号POWER至第一电容C1为C1持续充电，以维持Q3、Q1、Q4、Q2的导通，维持控制器30正常工作。

关于断开控制开关的过程：在控制器30正常工作的过程中，可以实时或者一定频率的检测SW1和SW2的电压信号以判断两个控制开关是否被触发由闭合状态切换为断开状态。若控制器30检测到SW1和/或SW2断开时，可以输出控制信号控制电机20停止转动。在一种可能的情况下，若控制器30不能有效检测到控制开关SW1和/或SW2的断开信号，也就不会输出控制信号控制电机停止转动。但由于SW1和SW2实际上是断开的，则开关元件Q3、Q1、Q4、Q2是不导通的，多路控制电路40不再输出电信号，控制器30将失电，也就不能输出控制信号控制电机继续转动，从而也可以实现电机停机控制。在一种可能的情况下，若控制开关SW1或者SW2失效，即有一个控制开关损坏不能响应用户的关机操作，另一个开关正常响应关机操作。例如SW1失效处于长闭合状态，触点1一直与触点3连接，则控制器30可以通过检测到的开关SW2的断开信号，控制电机停止转动。另外，即使开关SW1失效一直导通，在SW2断开后，第二开关元件Q2和Q4也将断开，从而第二控制电路402不再输出电信号，控制器30也会失电，电机停止转动。在一种可能的情况下，若第一开关元件或者第二开关元件中有一个失效，即一个开关元件损坏处于一直导通或者一直断开的状态，另一个开关元件能够正常工作。例如Q1和/或Q3失效一直处于导通状态，但Q2和/或Q4能正常工作即Q2和/或Q4在开关SW2断开时断开，则在工具正常工作的过程中，控制器30检测到开关SW1和/或SW2断开时，可以正常输出控制信号控制电机停止转动。另外，在开关SW2断开后，Q2和Q4也会断开，从而第二控制电路402不再输出电信号，控制器30也会失电，电机停止转动。

在本实施例中，控制器30输出控制信号控制电机20停止转动时，也会停止输出PWOER电信号，不再为第一电容C1充电。

需要说明的，在第一控制电路401中还设有第二电容C2，第二电容C2与第一开关元件Q3并联，例如，第二电容C2的一端与Q3的发射极连接，第二电容C2的另一端通过一分压电阻与Q3的基极连接。第二电容C2在SW1闭合的过程中充满电，在SW1断开后，可以在一段时间内放电维持第一开关元件Q3导通，进而维持Q1导通。在第二控制电路402中还设有第三电容C3，第三电容C3与第二开关元件Q4并联，例如，第三电容C3的一端与第二开关元件Q4的发射极连接，第三电容C3的另一端通过一分压电阻与Q4的基极连接。第三电容C3在SW2闭合的过程中充满电，在SW2断开后，可以在一段时间内放电维持第二功率元件Q4导通，进而维持Q2导通。也就是说，通过设置C2和C3在控制开关SW1和SW2断开后，可以在一段时间内维持控制器30有电，控制器30在该时间段内输出控制信号控制电机20停止转动。保证了控制器30在检测到关机信号即检测到SW1和SW2断开后，具有执行关机动作的时间。

关于闭合控制开关后插入电源的过程：在开关SW1和SW2处于闭合状态即触点1,3连接时，若电源接口10接入电源，充电回路50是不导通的，从而不能为第一电容C1充电。由于第一电容C1未得到充电，也就无法放电。则多路控制电路40不能输出电信号，控制器30无法得电，电机20不能启动。

在本发明实施例中，采用信号开关无需借助大电流开关即可实现工具的开关机控制，且通过双通道的控制电路，能避免任一通道中的开关或功率元件失效而导致的安全问题，提高了工具使用的安全性。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电动工具，包括：

电源接口，用于接入电源；

电机，用于为所述电动工具提供动力；

控制器，至少与所述电机连接，以控制所述电机的工作状态；

多路控制电路，包括供用户触发的控制开关以及与所述控制开关电连接的开关元件；

其特征在于，

所述多路控制电路至少包括：

第一控制电路，包括第一控制开关和第一开关元件；

第二控制电路，包括第二控制开关和第二开关元件，所述第二控制开关与所述第一控制开关联动；

所述控制器被配置为：

检测所述第一控制开关和所述第二控制开关的开关状态；

在所述第一控制开关和/或所述第二控制开关为断开状态时，输出控制信号以控制所述电机停止转动。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

还包括：

充电回路，至少包括第一电容和所述第一控制开关；

在所述电源接口接入电源且所述第一控制开关处于断开状态时，所述充电回路导通，所述第一电容充电；

在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容不充电；

所述第一电容在所述第一控制开关由断开切换至闭合状态时放电，以使所述第一控制电路中的第一开关元件导通。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

所述控制器被配置为：

在所述第一控制开关和所述第二控制开关为闭合状态时，持续输出电信号为所述第一电容充电，以维持所述第一开关元件和所述第二开关元件的所述闭合状态，使所述电机持续转动。

4.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入所述电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容未充电，所述第一电容不放电，所述第一开关元件和所述第二开关元件不导通，所述控制器不工作。

5.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

在所述电源接口接入所述电源后，所述第一控制开关和所述第二控制开关闭合，所述第一电容放电，所述第一控制电路中的第一开关元件导通，所述第一控制电路和所述第二控制电路输出电信号，所述控制器得电并控制所述电机转动。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述第一控制电路还包括：

第二电容，所述第二电容与所述第一开关元件并联，用于在所述第一控制开关断开时，输出电能以使所述第一开关元件维持第一预设时间段的导通状态；

所述第二控制电路还包括：

第三电容，所述第三电容与所述第二开关元件并联，用于在所述第二控制开关断开时，输出电能以使所述第二开关元件维持第二预设时间段的导通状态。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，

所述控制器被配置为：

在检测到所述第一控制开关和/或所述第二控制开关断开时，在所述第一预设时间段内和/或所述第二预设时间段内输出控制信号以控制所述电机停止转动。

8.一种适用于电动工具的驱动控制电路，所述电动工具包括电源接口，用于接入电源；电机，用于为所述电动工具提供动力；所述驱动控制电路包括：

控制器，至少与所述电机连接，以控制所述电机的工作状态；

多路控制电路，包括供用户触发的控制开关以及与所述控制开关电连接的功率元件；

其特征在于，

所述多路控制电路至少包括：

第一控制电路，包括第一控制开关和第一开关元件；

第二控制电路，包括第二控制开关和第二开关元件，所述第二控制开关与所述第一控制开关联动；

所述控制器被配置为：

检测所述第一控制开关和所述第二控制开关的开关状态；

在所述第一控制开关和/或所述第二控制开关为断开状态时，输出控制信号以控制所述电机停止转动。

9.根据权利要求8所述的驱动控制电路，其特征在于，

还包括：

充电回路，至少包括第一电容和所述第一控制开关；

在所述电源接口接入电源且所述第一控制开关处于断开状态时，所述充电回路导通，所述第一电容充电；

在所述第一控制开关处于闭合状态且所述电源接口接入电源时，所述充电回路未导通，所述第一电容不充电；

所述第一电容在所述第一控制开关由断开切换至闭合状态时放电，以使所述第一控制电路中的第一开关元件导通。

10.根据权利要求8所述的驱动控制电路，其特征在于，

所述第一控制电路还包括：

第二电容，所述第二电容与所述第一开关元件并联，用于在所述第一控制开关断开时，输出电能以使所述第一开关元件维持第一预设时间段的导通状态；

所述第二控制电路还包括：

第三电容，所述第三电容与所述第二开关元件并联，用于在所述第二控制开关断开时，输出电能以使所述第二开关元件维持第二预设时间段的导通状态；

所述控制器被配置为：

在检测到所述第一控制开关和/或所述第二控制开关断开时，在所述第一预设时间段和/或所述第二预设时间段内输出控制信号以控制所述电机停止转动。

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