CN204538696U - 断电保护控制装置、断电保护控制电路及电动工具 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种断电保护控制装置、断电保护控制电路及电动工具。该断电保护控制装置被串联在电气负载的供电回路中，并且包括第一电容充电电路、时序差控制电路、第二电容充电电路、可控硅及其触发电路。该装置实现了对电气负载的自动控制，防止了在开关被接通的情况下由于电源的突然接通而导致的电气负载意外启动。

Description

断电保护控制装置、断电保护控制电路及电动工具

技术领域

本申请涉及一种断电保护控制装置，尤其是一种用于电动工具的断电保护控制电路。

背景技术

现有的手持式工具，如角磨机或直磨机，通常采用的是普通ON+OFF带锁定功能的开关。用户工作过程中为了减轻劳动强度，喜欢将开关按钮锁定。而且用户喜欢通过连接电源线插板上的开关通断机器。如果开关在锁定后接通电源，一旦电源接通，工具会立即启动。并且在意外断电(由于插头松动等)的时候，如果突然来电，则工具也会立即启动。对于带砂轮片或刀片的工具来说，这存在严重的安全隐患。因此，需要断电保护装置以消除这一安全隐患。

现有技术的断电保护控制装置有两种，一种采用单片机控制设计的带断电保护的开关，另一种是采用电磁铁结构的断电保护控制装置。而第一种方案的缺陷在于成本高，并且因为单片机存在供电，存在静态功耗的问题；而第二种方案的缺陷在于体积大，抗震性不好，并且电磁铁同样存在静态功耗。由此可见，现有技术的断电保护装置均存在很多缺点，需要提供一种改进的断电保护装置来克服上述缺陷。

实用新型内容

本申请创新地提出一种利用全硬件控制，即纯模拟电路实现的断电保护控制装置。该创新的断电保护控制装置成本低廉，制作简单并且具有高可靠性。在该创新的断电保护控制装置的保护下，如果开关处于锁定的时候接通电源，其所控制的负载(如电动工具)不工作，需要重新接通开关，该负载才能开始工作。

根据本实用新型的一方面，提供了一种断电保护控制装置，其与电源 输入端、机械控制开关、电气负载串联构成回路，所述装置包括第一电容充电电路、时序差控制电路、第二电容充电电路、可控硅及其触发电路，其中所述可控硅及其触发电路中的双向可控硅的两个主端子被串联在所述回路中，并且所述第一电容充电电路连接在所述电源输入端的两端上，以对所述第一电容充电电路中的第一电容进行充电；所述第二电容充电电路被配置为响应于所述第一电容上的高电压值以及所述机械控制开关的接通将耦合到所述双向可控硅的控制极的第二电容充电到足以触发所述双向可控硅的高电压值并且响应于所述机械控制开关的关断和/或所述第一电容的低电压值不将所述第二电容充电到所述高电压值；所述时序差控制电路被配置为响应于所述机械控制开关的先接通以及所述电源输入端的后供电对所述第一电容进行放电并且响应于所述电源输入端的先供电以及所述机械控制开关的后接通不对所述第一电容进行放电；所述可控硅及其触发电路响应于所述第二电容的所述高电压值被触发而导通所述双向可控硅。

根据优选的实施例，所述第二电容充电电路包括第二晶体管开关，所述第二晶体管开关的控制极耦合到所述第一电容；所述时序差控制电路包括第一晶体管开关，所述第一晶体管开关的控制极经由电阻器和第二电容耦合到所述机械控制开关。

根据优选的实施例，所述第一电容与所述第二晶体管开关的控制极之间串联有一二极管。

根据优选的实施例，所述第一电容充电电路中串联有一二极管。

根据优选的实施例，所述第一和第二晶体管开关分别通过各种类型的三极管、场效应管和可控硅中的一种来实施。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种断电保护控制电路，其与电源输入端、机械控制开关、电气负载串联构成回路，所述电路主要包括以下元件：第一晶体管开关、第二晶体管开关、第一电容器、第二电容器和双向可控硅，其中所述双向可控硅的两个主端子串联于所述回路中，所述第一电容器与第一电阻器构成的串联电路连接在所述电源输入端的两端；所述第二电容器的第一端耦合到所述双向可控硅的控制端，而第二端经由所述第二晶体管开关连接到所述可控硅中远离所述机械控制开关的主端子，所述第一晶体管开关被并联在所述第一电容器两端，所述第一晶体管 开关的控制端经由第二电阻器连接到所述第二电容器的第二端，并且经由第三电阻器连接到所述双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子；所述第二晶体管开关的控制端连接到所述第一电容器与所述第一电阻器之间的接点，并且所述第一晶体管开关的另一主端子和所述第二晶体管开关的另一主端子均连接到所述双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子；所述双向可控硅中靠近所述机械控制开关的主端子经由第四电阻器耦合到所述双向可控硅的控制端。

根据优选的实施例，所述第一电容器两端还并联有第五电阻器。

根据优选的实施例，所述第一电阻器与所述第一电容器的串联电路中还串联有二极管。

根据优选的实施例，在所述第二晶体管开关的控制端和所述第一电容器与所述第一电阻器之间的接点之间设置有二极管。

根据本实用新型的第三方面，提供了一种电动工具，所述电动工具包括根据上述的断电保护控制装置或上述的断电保护控制电路以用于控制所述电动工具中的电气负载的工作。

上述实施例解决了防止在开关被接通的情况下由于电源的突然接通而导致的电气负载意外启动的技术问题，并且实现了改进电气负载的安全性的技术效果。

附图说明

图1示出根据本实用新型的断电保护控制装置的功能框图。

图2示出根据本实用新型的断电保护控制装置的电路原理图。

图3示出根据本实用新型的第一优选实施例的断电保护控制装置的详细电路图。

图4示出根据本实用新型的第二优选实施例的断电保护控制装置的详细电路图。

应当注意到，以下具体实施例及其附图是用于阐明本实用新型的原理并且说明其具体实施例的目的，而并不构成对本实用新型的限制。本实用新型还覆盖落入权利要求中限定的本实用新型的保护范围之内的其它修改、变型和等同形式。

具体实施方式

如本文中使用的术语“连接到”表示在连接的两个元件之间不存在中间元件。而如本文中使用的术语“耦合到”表示在连接的两个元件之间可以存在或可以不存在中间元件。

本实用新型的创新构思在于，在可控硅(也称为晶闸管)触发电路的基础上通过利用晶体管的开关特性来控制电容的充放电，实现了对可控硅的选择性触发，由此实现防止当电气负载的开关处于接通的时候电气负载在电源被断开然后被接通的情况下的突然启动，由此消除潜在危险，而用户仅仅需要重新接通开关(即关闭开关后重新接通开关)即能实现电气负载的重新启动。

图1示出了根据本实用新型的实施例的断电保护装置的功能框图。图2示出了根据本实用新型的实施例的断电保护装置的电路原理图。由图中可看出，该断电保护装置(图1中的虚线框所指示的)大致包括5个部分，具体为第一电容充电电路1、时序差控制电路3、第二电容充电电路4、可控硅及其触发电路5以及可选的防误动作电路6。当然该装置还与机械控制开关2、电气负载7和用于提供交流电源的供电端子(即电源输入端)L和N串联连接成回路。该电气负载7可以是各种电动工具中的电动机，或其它电气负载。该电动工具例如是手持类电动工具(如角磨机、直磨机、电锯等)，或台式电动工具(如刨床、磨床等)。

第一电容充电电路1被配置为响应于电源的供电对第一电容C1进行充电。该输入端充电电路1例如由图2中的电阻R1和电容C1(其例如是电解电容)的串联电路构成。根据可选的实施例，该输入端充电电路1中还可以设置有二极管D1。二极管D1的功能为半波整流，即通过交流电中的正半波并且阻挡交流电中的负半波，或者通过交流电中的负半波而阻挡交流电中的正半波。电容C1的功能为滤波并且存储电荷，而由于电容C1耦合到晶体管开关Q2的控制极(两者之间可存在可选的二极管D2)，因此电容C1上的电压值大小将是晶体管开关Q2是否导通的一个条件。

机械控制开关2为连接到电气负载7的由用户手动操作的控制开关，并且可以是带锁定功能的开关。

第二电容充电电路4被配置为响应于第一电容C1的高电压值以及机械控制开关2的接通将耦合到可控硅T1的控制极的第二电容C2充电到足以触发双向可控硅的高电压值并且响应于机械控制开关2的关断和/或第一电容C1的低电压值不将第二电容C2充电到高电压值。根据优选实施例(如图2所示)，第二电容充电电路4由限流电阻R4、第二电容C2和晶体管开关Q2(其可以是三极管、场效应管或可控硅)构成。而C2的充电电压决定了双向可控硅T1是否被触发。晶体管开关Q2的导通与否由施加到其控制极(如在三极管的情况下的基极和在场效应管的情况下的栅极)处的电压(大致为电容C1上的电压)以及主端子(如在三极管的情况下的集电极和发射极和在场效应管的情况下的漏极和源极)处的电压(取决于机械开关2是否被接通)决定。另外，晶体管开关Q2的导通与否决定了C2上的充电电压的大小。在恰当设置好限流电阻的电阻值的前提下，在Q2不导通的情况下，C2不能被充到可触发可控硅T1的电压；而在Q2导通的情况下，C2可被充到可触发可控硅T1的电压处。

时序差控制电路3被配置为响应于机械控制开关2的先接通以及电源的后供电对第一电容C1进行放电并且响应于电源的先供电以及机械控制开关2的后接通不对第一电容C1进行放电。根据优选的实施例(如图2所示)，时序差控制电路3包括晶体管开关Q1(其可以是三极管、场效应管或可控硅)、电阻R2和R3。Q1的控制极经由电阻器和第二电容C2耦合到机械控制开关2。其中Q1的导通与否由施加到Q1的控制极上的电压(即机械控制开关1的先接通)以及施加到Q1的主端子(如在三极管的情况下的集电极和发射极和在场效应管的情况下的漏极和源极)上的电压(即电源的后供电来决定。而晶体管Q1的导通与否还间接决定了晶体管Q2是否被导通。

可控硅及其触发电路5包括双向可控硅T1和双向触发二极管D3。其中双向触发二极管D3连接到双向可控硅T1的控制极G，而双向可控硅T1的两个主端子连接到电气负载的回路上。C2上的充电电压大小决定了双向可控硅T1是否被导通。电气负载的工作与否由机械控制开关2和双向可控硅T1共同控制。换句话说，在L和N端通电的情况下，电气负载的工作与否由机械控制开关2的接通与否和双向可控硅T1的导通与否两个条件来 决定。

防误动作电路6是可选电路部分，其包括二极管D2和电阻R5(如图3所示)。二极管D2起到将晶体管Q2的控制角电位抬高的作用，电阻R5将Q2的栅极接到N端，保证晶体管Q2引脚被拉低。由此D2和R5提高了本实用新型的断电保护装置的抗干扰能力，并且防止了在存在噪声的情况下Q2被误触发。

下文以图3和4为例，示出本实用新型的两个进一步优选的实施例。

图3示出了根据本实用新型的第一优选实施例的断电保护装置的详细电路图。其中的L和N分别为两相交流电源的输入端火线和零线。L端经由机械控制开关2、电气负载和双向可控硅T1的两个主端子连接到N端。需要注意的是，该连接顺序并不是一定的，可根据需要调整上述部件之间的连接顺序。

第一电容器C1与第一电阻器R1构成的串联电路连接在所述电源输入端的两端。优选的是，第一电容器C1上并联有一电阻器R6，用于在没有供电的情况下，对C1进行快速放电，以提高该装置抗干扰能力。

第二电容器C2的第一端耦合到所述双向可控硅T1的控制端(两者之间具有双向导通二极管D3)，而第二端经由第二晶体管开关的两个主端子连接到可控硅中远离机械控制开关2的主端子。优选的是，可控硅中远离机械控制开关2的主端子与C2的第一端之间连接由一电阻器R7，以提高该装置抗干扰能力。

第一晶体管开关在该实施例中为NPN型三极管Q1，并且被并联在第一电容器两端(即其集电极连接到C1与R1之间，发射极连接到N端)。其控制端经由第二电阻器R2连接到电容器C2的第二端，并且经由第三电阻器R3连接到双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子。

第二晶体管开关在该实施例中为NPN型场效应管Q2，其栅极经由二极管D2连接到第一电容器与第一电阻器之间的接点，并且三极管Q1的发射极和场效应管Q2的源极均连接到双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子。其中二极管D2的作用为提高Q2的控制角电位。优选的是，栅极经由电阻器R5连接到双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子，以将栅极拉低。

所述双向可控硅中靠近所述机械控制开关的主端子经由第四电阻器R4耦合到所述双向可控硅的控制端。图3中的实施例可实现在交流电源的正半波下触发可控硅，而在负半波时，由于电容C2的缓冲效应，可控硅将保持导通。

图4示出了根据本实用新型的第二优选实施例的断电保护装置的详细电路图。其中使用了PNP三极管和PNP场效应管替代上文中的NPN型晶体管，并且相应地修改了二极管的导通方向。本领域技术人员可看出，图4的电路的工作过程与图3中的类似，区别在于在该实施例下实现通过交流电源的负半波触发可控硅，而在正半波下由于电容C2的缓冲效应，可控硅同样将保持导通。

尽管以上图中示出的以三极管和场效应管(其可以是增强型或耗尽型)为例描述了本实用新型的可能实施例，但是本领域技术人员容易理解的是，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用任何带控制端的晶体管开关来实施上文中的Q1和Q2，例如三极管、场效应管或可控硅。

下文以图3所示的电路图为例来具体解释根据本实用新型的断电保护装置防止电气负载在断电后突然来电时的突然启动的工作原理。

在开关2处于闭合状态并且电源输入端L和N处没有供电的情况下，C1和C2上的电荷均经由电路上的电阻(如R2、R3、R6或R7)被放电。而此时在电源突然供电的情况下，三极管Q1的基极将马上得到来自L端的电压并且先于Q2进入预导通状态，然后随着其集电极得到供电，三极管Q1率先导通，从而电容C1将无法充高。而此时场效应管Q2将由于在栅极处没有第一时间得到触发电压而不被导通，由此电容C2将无法被充到足以触发可控硅T1的电压。因此，电气负载将不工作，即不会意外启动。

此刻如果用户断开开关2，由于Q1此时缺少基极处的触发电压而无法进入预导通状态，所以电容C1将被充电。因此场效应管Q2将处于预导通状态，即其栅极处具有足够的触发电压。然后，在用户重新接通开关2之后，场效应管Q2将率先被导通，从而使得Q1无法导通，并且电容C2被进一步充电到足以触发可控硅的电压(即，使D3导通并由此触发T1)。从而电气负载将开始工作。

而在电源先供电并且开关2后接通的情况下(即用户的正常启动流程 下)，场效应管Q2也将先于三极管Q1导通，由此能够将电容C2充电到足以触发可控硅的电压。

尽管参考附图和具体实施例特别示出和描述本实用新型，但是应当理解的是本领域技术人员在阅读了本申请之后，可以在不背离如由所附权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下做出在形式和细节上的各种改变。本实用新型旨在将上述各种改变包括在本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围仅由权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种断电保护控制装置，其与电源输入端(L、N)、机械控制开关(2)、电气负载串联构成回路，所述装置包括第一电容充电电路(1)、时序差控制电路(3)、第二电容充电电路(4)、可控硅及其触发电路(5)，其中所述可控硅及其触发电路(5)中的双向可控硅(T1)的两个主端子被串联在所述回路中，并且

所述第一电容充电电路(1)连接在所述电源输入端的两端上，以对所述第一电容充电电路(1)中的第一电容(C1)进行充电；

所述第二电容充电电路(4)被配置为响应于所述第一电容(C1)上的高电压值以及所述机械控制开关(2)的接通将耦合到所述双向可控硅的控制极的第二电容(C2)充电到足以触发所述双向可控硅的高电压值并且响应于所述机械控制开关(2)的关断和/或所述第一电容(C1)的低电压值不将所述第二电容(C2)充电到所述高电压值；

所述时序差控制电路(3)被配置为响应于所述机械控制开关(2)的先接通以及所述电源输入端的后供电对所述第一电容(C1)进行放电并且响应于所述电源输入端的先供电以及所述机械控制开关(2)的后接通不对所述第一电容(C1)进行放电；

所述可控硅及其触发电路(5)响应于所述第二电容(C2)的所述高电压值被触发而导通所述双向可控硅。

2.根据权利要求1所述的断电保护控制装置，其中所述第二电容充电电路(4)包括第二晶体管开关，所述第二晶体管开关的控制极耦合到所述第一电容；所述时序差控制电路(3)包括第一晶体管开关，所述第一晶体管开关的控制极经由电阻器和第二电容(C2)耦合到所述机械控制开关(2)。

3.根据权利要求2所述的断电保护控制装置，其中所述第一电容与所述第二晶体管开关的控制极之间串联有一二极管。

4.根据权利要求1所述的断电保护控制装置，其中所述第一电容充电电路(1)中串联有一二极管。

5.根据权利要求2所述的断电保护控制装置，其中所述第一和第二晶体管开关分别通过各种类型的三极管、场效应管和可控硅中的一种来实施。

6.一种断电保护控制电路，其与电源输入端、机械控制开关、电气负载串联构成回路，所述电路主要包括以下元件：第一晶体管开关、第二晶体管开关、第一电容器、第二电容器和双向可控硅，其中所述双向可控硅的两个主端子串联于所述回路中，

所述第一电容器与第一电阻器构成的串联电路连接在所述电源输入端的两端；

所述第二电容器的第一端耦合到所述双向可控硅的控制端，而第二端经由所述第二晶体管开关连接到所述可控硅中远离所述机械控制开关的主端子，

所述第一晶体管开关被并联在所述第一电容器两端，所述第一晶体管开关的控制端经由第二电阻器连接到所述第二电容器的第二端，并且经由第三电阻器连接到所述双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子；

所述第二晶体管开关的控制端连接到所述第一电容器与所述第一电阻器之间的接点，并且所述第一晶体管开关的另一主端子和所述第二晶体管开关的另一主端子均连接到所述双向可控硅中远离所述机械控制开关的主端子；

所述双向可控硅中靠近所述机械控制开关的主端子经由第四电阻器耦合到所述双向可控硅的控制端。

7.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一电容器两端还并联有第五电阻器。

8.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一电阻器与所述第一电容器的串联电路中还串联有二极管。

9.根据权利要求6所述的电路，其中在所述第二晶体管开关的控制端和所述第一电容器与所述第一电阻器之间的接点之间设置有二极管。

10.根据权利要求6-9中的任一项所述的电路，其中所述第一晶体管开关和所述第二晶体管开关通过各种类型的三极管、场效应管或可控硅来实施。

11.一种电动工具，所述电动工具包括根据权利要求1-5中的任一项所述的断电保护控制装置或根据权利要求6-10中的任一项所述的断电保护控制电路以用于控制所述电动工具中的电气负载的工作。