CN219938548U - 一种便携式加热电器控制电路 - Google Patents

Abstract

实用新型提供了一种便携式加热电器控制电路。本控制电路包括双通道发热器、电源输入接口模块、蓄电池模块、电源切换控制模块和采样模块，双通道发热器包括第一发热模块和第二发热模块，第一发热模块通过电源切换模块连接电源输入接口模块构成第一发热回路，第二发热模块通过电源切换模块连接蓄电池模块构成第二发热回路，第一发热模块的电阻值大于第二发热模块，采样模块和电源切换控制模块连接。本控制电路的实施使得便携式电器的使用更加方便，实用性好。

Description

一种便携式加热电器控制电路

技术领域

本实用新型属于充电控制技术领域，特别涉及一种便携式加热电器控制电路。

背景技术

随着社会经济发展，人民生活条件越来越好，用电池供电的便携电器越来越多，比如母婴行业的智能恒温碗、电子保温杯、便携调奶器等，这些便携电器均具有发热器。目前市面上的该类产品的工作机制大多如下：不使用时，先通过电源适配器给蓄电池充足电；在使用时，由蓄电池给电器上的发热器件供电，从而使其正常工作。

但是这些便携电器均存在以下问题：1、当加热器的电池没电时，需先给电池充电，用户需等候电池充电到一定程度后才能使用电器；2、当电池电量下降到一定程度时，因电池电流限制，加热器的功率下降，其加热效果和蓄电池满电状态时相比会明显下降，无法正常工作；3、当直流发热器采用电源输入接口直接供电时，考虑到目前市面充电适配器最大电流基本不超过5A，为了实现加热功率足够，同时匹配市面充电适配器，需直流发热器电阻足够大；但是当本发明中的直流发热器采用电池供电时，考虑单节标准电池最大电压4.2V，为实现为了实现加热功率足够，同时适应市面标准电池，需要直流发热器电阻足够小，两种情况下对发热器阻值的要求存在矛盾，因此现有的便携式发热器往往迁就于蓄电池供电而采用低阻值，这导致在边充电边用的情况下无法达到理想的加热功率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能够根据不同供电源来切换不同加热器的便携式加热电器控制电路，以解决现有技术的不足。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种便携式加热电器控制电路，包括双通道发热器、电源输入接口模块、蓄电池模块、电源切换控制模块和采样模块，所述双通道发热器包括第一发热模块和第二发热模块，所述第一发热模块通过电源切换控制模块连接电源输入接口模块构成第一发热回路，所述第二发热模块通过电源切换控制模块连接蓄电池模块构成第二发热回路，所述第一发热模块的电阻值大于第二发热模块，所述采样模块和所述电源切换控制模块连接，所述采样模块用于分别采集电源输入接口模块的电压值和蓄电池模块的电压值并反馈给电源切换控制模块，所述电源切换控制模块根据采样模块的采样结果控制第一发热回路或第二发热回路之一进行电路连通。

本实用新型的原理是：使用时，用户启动加热功能时，电源切换控制模块控制采样模块分别采集电源输入接口模块和蓄电池模块的电压值，采集到电源输入接口模块有电压时控制蓄电池模块停止充电，并连通第一发热回路，由电源输入接口模块给第一发热模块供电；当用户关闭加热功能或者不需要加热时，电源切换控制模块采集蓄电池模块电压值，如果采集到电压值低于其对应阈值，则蓄电池模块启动充电。如果电源切换控制模块未采集到电源输入接口模块，则采集蓄电池模块的电压值，蓄电池模块电压符合第二发热模块工作阈值，则连通第二发热模块和第二发热回路，由蓄电池给第二发热模块供电。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述第一发热模块和第二发热模块均呈同心圆片状或同心圆螺旋状交叉走线，第一发热模块外壁和第二发热模块设有公共端，所述公共端作为双通道发热器的电流检测引线接口引出并接地。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述电源切换控制模块包括可编程系统控制器两路开关电路，一路开关电路连接在第一发热模块和电源输入接口模块之间，另一路开关电路连接在第二发热模块和蓄电池模块之间，所述可编程系统控制器的信号输出端分别连接并控制两路开关电路，所述采集模块和所述可编程系统控制器信号输入端连接。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述采集模块两路电压采样电路，两路电压采样电路分别对应连接于电源输入接口模块和蓄电池模块，每路所述电压采样电路均包括两个电阻和一个电容，两个电阻串联后一端接地，另一端作为电压采样输入端，所述电容的正极连接于连个电阻之间，所述电容的负极接地，所述电容得到正极还用于连接可编程系统控制器信号输入端。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述开关电路包括三个电阻、一个三极管和一个功率开关管；一个所述电阻的两端分别连接于所述功率开关管的源极和栅极之间，所述功率开关管的栅极和三极管的集电极连接，所述三极管的基极通过其中一个电阻连接所述可编程系统控制器，一个所述电阻的两端分别连接在三极管的基极和发射极之间，所述三极管的发射极接地，所述功率开关管的源极用于连接电源输入接口模块/蓄电池模块，所述功率开关管的漏极用于连接第一发热模块/第二发热模块的正极。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述蓄电池模块包括蓄电池和电池管理单元，所述电池管理单元用于控制上述蓄电池充放电的电流、电压，充电状态以及开/关充电，所述蓄电池由至少一节锂电池构成。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述蓄电池模块还包括充电协议单元，所述充电协议单元支持的充电协议包括USB-PD协议、QC协议、FCP协议、SCP协议。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述采样模块还包括电流采样电路，所述电流采样电路包括两个电阻和一个电容，两个电阻串联后一端接地，另一端作为电流检测输出端用于连接可编程系统控制器信号输入端，所述双通道发热器的负极连接于两个电阻之间，所述电容并联于串联后的两个电阻的两端。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述可编程系统控制器为单片机。

在上述的便携式加热电器控制电路中，所述电池管理单元和所述充电协议单元集成为一体，或者所述电池管理单元和所述充电协议单元分开设置。

与现有技术相比，本便携式加热电器控制电路具有以下优点：无论蓄电池是否有电，只要插入电源适配器后即可随时使用，避免用户等待充电；通过采样模块的电压和电流检测采样，控制器通过调节输送给开关电路的PWM波，使双通道发热器在满足安全工作的情况下实现最大功率加热，不再出现加热效率降低、停滞等问题；采用由两个不同阻值的发热模块构成双通道发热器，实现了无论是充电适配器供电还是蓄电池供电均能够稳定输出额定加热功率，完美解决充电适配器供电电流受限，蓄电池供电电压受限问题。

附图说明

图1为一实施例的便携式加热电器控制电路的原理示意图。

图2为一实施例的便携式加热电器控制电路的电路图。

图3为一实施例的双通道发热器的结构示意图。

图4为一实施例的双通道发热器的结构示意图。

图中，1、双通道发热器；1a、第一发热模块；1b、第二发热模块；1c、公共端；2、电源输入接口模块；3、蓄电池模块；3a、蓄电池；3b、电池管理单元；3c、充电协议单元；4、电源切换控制模块；4a、可编程系统控制器；4b、第一开关电路；4c、第二开关电路；5、采样模块；5a、输入电压采样电路；5b、电池电压采样电路；5c、电流采样电路。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过各参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图描述根据本实用新型实施例的便携式加热电器控制电路。如图1-图2所示，本实用新型一实施例的便携式加热电器控制电路包括双通道发热器1、电源输入接口模块2、蓄电池模块3、电源切换控制模块4和采样模块5，双通道发热器1包括第一发热模块1a和第二发热模块1b，第一发热模块1a通过电源切换控制模块4连接电源输入接口模块2构成第一发热回路，第二发热模块1b通过电源切换控制模块4连接蓄电池模块3构成第二发热回路，第一发热模块1a的电阻值大于第二发热模块1b，电源输入接口模块2和蓄电池模块3连接，所述采样模块5和电源切换控制模块4连接。

采样模块5包括两路电压采样电路和一路电流采样电路5c，分别为：与电源输入接口模块2连接的输入电压采样电路5a、蓄电池模块3连接的电池电压采样电路5b和与双通道发热器1连接的电流采样电路5c。从而实现对电源输入接口模块2的电压值、蓄电池模块3的电压值以及双通道发热器1的工作电流值的采样/检测并反馈给电源切换控制模块4。

电源切换控制模块4包括可编程系统控制器4a和两路开关电路，两路开关电路分别对应连接在第一发热模块1a和电源输入接口模块2之间、第二发热模块1b和蓄电池模块3之间，可编程系统控制器4a的信号输出端分别连接并控制两路开关电路，采集模块和可编程系统控制器4a信号输入端连接。

具体的，如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，双通道发热器1采用直流发热器1；其第一发热模块1a和第二发热模块1b均呈同心圆片，第二发热模块1b套设在第一发热模块1a外周，且第一发热模块外壁1a和第二发热模块1b内壁之间嵌设公共端1c，公共端1c作为双通道发热器1的负极引出并接地，第一发热模块1a和第二发热模块1b的正极分别通过两路开关电路连接于电源输入接口模块2和蓄电池模块3。在本实施例中，第一发热模块的阻值大于1.5欧姆，第二发热模块的阻值小于1.5欧姆。需要说明的是，第一发热模块1a和第二发热模块1b的内外设置顺序并不受限于本实施例中的文字描述，在本实用新型的其他实施例中，第一发热模块1a和第二发热模块1b的内外位置可以互换。

此外如图4所示，在本实用新型的另一个实施例中，双通道发热器1的第一发热模块1a和第二发热模块1b均呈同心圆螺旋状交叉走线，公共端1c位于靠近圆心处。

电源输入接口模块2为TYPE-C或其它带协议的充电插口。优选为TYPE-C插口，其在图中表示为CON1，其具有6引脚，引脚1为电源正极引脚VIN，作为输入电源；引脚2、3为数据传输引脚DP、DM，引脚4、5、6均接地。

蓄电池模块3包括蓄电池3a、电池管理单元3b。蓄电池3a采用至少一节锂电池构成，本实施例中优选为3节串联的锂电池构成的锂电池组。电源管理单元采用锂电池升压芯片IP2326及其外围电路构成，其内集成有充电协议单元3c，支持USB-PD协议、QC协议、FCP协议、SCP协议等常见充电协议，自动检测设备类型和充电协议的切换，自动响应快充协议的请求，可精确控制输出电流及电压。锂电池升压芯片IP2326的数据引脚DP、DM和电源引脚VIN分别对应连接电源输入接口的数据传输引脚DP、DM以及电源正极引脚VIN。锂电池升压芯片IP2326的输出引脚VOUT对应连接锂电池组的正极。锂电池升压芯片IP2326的接地引脚VBATGND和锂电池组的负极接地。锂电池升压芯片IP2326用于控制锂电池组充放电的电流、电压，充电状态以及开/关充电。

电源切换控制模块4包括可编程系统控制器4a、第一开关电路4b和第二开关电路4c。其中可编程系统控制器4a采用单片机U3。第一开关电路4b包括电阻R14、电阻R15、电阻R24、三极管Q1和功率开关管K1，三极管Q1的基极通过电阻R14连接于可编程系统控制器4a的K VIN引脚，功率开关管K1的栅极和三极管Q1的集电极连接，功率开关管K1的源极连接于电源输入接口模块2的电源正极引脚VIN，功率开关管K1的漏极连接于双通道发热器1的第一发热模块1a的正极，电阻R15的两端分别连接于功率开关管K1的源极和栅极之间，电阻R24的两端分别连接于三极管Q1的基极和发射极之间,三极管Q1的发射极接地；第二开关电路4c包括电阻R16、电阻R17、电阻R25、三极管Q2和功率开关管K2，三极管Q2的基极通过电阻R16连接于可编程系统控制器4a的K VBAT引脚，功率开关管K2的源极连接于锂电池组的正极BAT+引脚，功率开关管K2的栅极和三极管Q2的集电极连接，功率开关管K2的漏极连接于双通道发热器1的第二发热模块1b的正极，电阻R17的两端分别连接于功率开关管K2的源极和栅极之间，电阻R25的两端分别连接于三极管Q2的基极和发射极之间,三极管Q2的发射极接地。单片机U3输出两路PWM波分别对应控制第一开关电路4b和第二开关电路4c中相应功率开关管的通断，实现对应电路通断。

输入电压采样电路5a包括电阻R20、电阻R21和电容C13，电阻R20一端连接在电源输入接口模块2的正极(即图中CAN1的VIN脚)，另一端和电阻R21的一端串联，电阻R21另一端接地，电容C13并联在电阻R21的两端，且电容C13的正极还作为输出连接于控制器的ADVIN引脚。

电池电压采样电路5b包括电阻R22、电阻R23和电容C14，电阻R22一端连接在蓄电池3a的正极BAT+引脚，另一端和电阻R23的一端串联，电阻R23另一端接地，电容C14并联在电阻R23的两端，且电容C14的正极还作为输出连接于可编程系统控制器4a的AD VBAT引脚。

电流采样电路5c包括电阻R18、电阻R19和电容C19，电阻R18一端连接在可编程系统控制器4a的AD CURRENT LOAD引脚，另一端和电阻R19的一端串联，电阻R19另一端接地。电容C9的正极和可编程系统控制器4a的AD CURRENT LOAD引脚连接，负极接地。双通道发热器1的公共端1c作为双通道发热器1的负极连接于电阻R18和电阻R19之间，并通过电阻R19接地。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的一个实施例中，电池管理单元3b和充电协议单元3c分开设置，采用分散电路的方式实现。

本实用新型的原理如下：

当用户启动加热功能时，电源切换控制模块4控制采样模块5分别采集电源输入接口模块2和蓄电池模块3的电压值。当输入电压采样电路5a采集到电源输入接口模块2有电压时，单片机U3控制蓄电池模块3停止充电，并连通电源输入接口模块2和双通道发热器1的第一发热模块1a之间的电路，由电源输入接口模块2给第一发热模块1a供电，并依据电流采样电路5c采样的第一发热模块1a的工作电流值及输入电压采样电路5a采样的电压值调整K1开关PWM，确保第一发热模块1a在不烧坏适配器前提下，启动第一发热模块1a执行大功率工作；当用户关闭加热功能或者不需要加热时，单片机U3通过电池电压采样电路5b采样锂电池组的电压值以判断其是否需要充电，如果采集到锂电池组的电压值低于其对应阈值，则按协议以最快速度充电；

用户启动加热功能时，单片机U3首先采样通过输入电压采样电路5a采样电源输入接口模块2是否有输入电压，如果识别到无电压输入时，单片机U3再采集锂电池组的电压值，锂电池组的电压符合双通道发热器1的第二发热模块1b工作阈值，则连通第二发热模块1b和锂电池组正极之间的电路，由蓄电池3a给第二发热模块1b供电，并依据电流采样电路5c采样的电流值及和锂电池组的电压值，调整K2开关PWM，启动第二发热模块1b工作。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种便携式加热电器控制电路，其特征在于，包括双通道发热器（1）、电源输入接口模块（2）、蓄电池模块（3）、电源切换控制模块（4）和采样模块（5），所述双通道发热器（1）包括第一发热模块（1a）和第二发热模块（1b），所述第一发热模块（1a）通过电源切换控制模块（4）连接电源输入接口模块（2）构成第一发热回路，所述第二发热模块（1b）通过电源切换控制模块（4）连接蓄电池模块（3）构成第二发热回路，所述第一发热模块（1a）的电阻值大于第二发热模块（1b），所述电源输入接口模块（2）和所述蓄电池模块（3）连接，所述采样模块（5）和所述电源切换控制模块（4）连接，所述采样模块（5）用于分别采集电源输入接口模块（2）的电压值和蓄电池模块（3）的电压值并反馈给电源切换控制模块（4），所述电源切换控制模块（4）根据采样模块（5）的采样结果控制第一发热回路或第二发热回路之一进行电路连通。

2.根据权利要求1所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述第一发热模块（1a）和第二发热模块（1b）均呈同心圆片状或同心圆螺旋状交叉走线，第一发热模块（1a）和第二发热模块（1b）设有公共端（1c），所述公共端（1c）作为双通道发热器（1）的电流检测引线接口引出并接地。

3.根据权利要求1或2所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述电源切换控制模块（4）包括可编程系统控制器（4a）和两路开关电路，一路开关电路连接在第一发热模块（1a）和电源输入接口模块（2）之间，另一路开关电路连接在第二发热模块（1b）和蓄电池模块（3）之间，所述可编程系统控制器（4a）的信号输出端分别连接并控制两路开关电路，所述采样模块（5）和所述可编程系统控制器（4a）信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述采样模块（5）两路电压采样电路，两路电压采样电路分别对应连接于电源输入接口模块（2）和蓄电池模块（3），每路所述电压采样电路均包括两个电阻和一个电容，两个电阻串联后一端接地，另一端作为电压采样输入端，所述电容的正极连接于连个电阻之间，所述电容的负极接地，所述电容得到正极还用于连接可编程系统控制器（4a）信号输入端。

5.根据权利要求4所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述采样模块（5）还包括电流采样电路（5c），所述电流采样电路（5c）包括两个电阻和一个电容，两个电阻串联后一端接地，另一端作为电流检测输出端用于连接可编程系统控制器（4a）信号输入端，所述双通道发热器（1）的负极连接于两个电阻之间，所述电容并联于串联后的两个电阻的两端。

6.根据权利要求3或4或5所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述开关电路包括三个电阻、一个三极管和一个功率开关管；一个所述电阻的两端分别连接于所述功率开关管的源极和栅极之间，所述功率开关管的栅极和三极管的集电极连接，所述三极管的基极通过其中一个电阻连接所述可编程系统控制器（4a），一个所述电阻的两端分别连接在三极管的基极和发射极之间，所述三极管的发射极接地，所述功率开关管的源极用于连接电源输入接口模块（2）/蓄电池模块（3），所述功率开关管的漏极用于连接第一发热模块（1a）/第二发热模块（1b）的正极。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述蓄电池模块（3）包括蓄电池（3a）和电池管理单元（3b），所述电池管理单元（3b）用于控制上述蓄电池（3a）充放电的电流、电压，充电状态以及开/关充电，所述蓄电池（3a）由至少一节锂电池构成。

8.根据权利要求7所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述蓄电池模块（3）还包括充电协议单元（3c），所述充电协议单元（3c）支持的充电协议包括USB-PD协议、QC协议、FCP协议、SCP协议。

9.根据权利要求8所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述电池管理单元（3b）和所述充电协议单元（3c）集成为一体，或者所述电池管理单元（3b）和所述充电协议单元（3c）分开设置。

10.根据权利要求3或4或5所述的便携式加热电器控制电路，其特征在于，所述可编程系统控制器（4a）为单片机。