CN220323760U - 一种美容仪及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种美容仪及其控制电路。本申请的美容仪控制电路包括：负载电压检测电路、负载功率检测电路、级联式反馈控制电路和开关电源，级联式反馈控制电路包括功率环和电压环，功率环和电压环采用级联方式连接，负载电压检测电路分别与美容仪的负载和所述电压环连接，用于检测美容仪当前的负载电压并发送给电压环；负载功率检测电路分别与美容仪的负载和功率环连接，用于检测美容仪当前的负载功率并发送给功率环；功率环与电压环还连接美容仪的控制器以接收参考功率和参考电压，级联式反馈控制电路用于将输出值发送给开关电源，开关电源根据输出值生成相应的输出电压，通过输出电压对美容仪的负载电压和负载功率进行限制。

Description

一种美容仪及其控制电路

技术领域

本申请涉及美护技术领域，尤其涉及一种美容仪及其控制电路。

背景技术

射频美容仪通过输出射频波穿透皮肤作用到皮下组织，无痛无创无副作用，效果极佳，深受消费者喜爱。射频美容仪在安全范围内射频输出功率越大，护肤效果越好。然而，射频输出功率越大，电极头的温升速度也会同步加快，若用户将电极头贴在某个部位静止不动，存在烫伤风险。

目前，大多数射频美容仪或通过电压环、电流环或通过电压环与电流环的级联方案进行控制，当不同使用者的皮肤阻抗不同时，经过皮肤处的电流大小不同，产生的热量也不相同，对于特定的人群甚至会因发热量过大导致烫伤，或因为电压过高造成电击感，因此现有技术通常需要设置复杂昂贵的阻抗监测电路，来弥补这种缺陷。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种美容仪及其控制电路，同时限定美容仪的最大功率和最大电压，避免美容仪由于功率过高产生灼烫感、由于电压过高产生电击感，提高用户的护肤体验。

本申请实施例采用下述技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种美容仪控制电路，所述美容仪控制电路包括：负载电压检测电路、负载功率检测电路、级联式反馈控制电路和开关电源，所述级联式反馈控制电路包括功率环和电压环，所述功率环和所述电压环采用级联方式连接；

所述负载电压检测电路分别与美容仪的负载和所述电压环连接，用于检测所述美容仪当前的负载电压并将所述美容仪当前的负载电压发送给所述电压环；

所述负载功率检测电路分别与所述美容仪的负载和所述功率环连接，用于检测所述美容仪当前的负载功率并将所述美容仪当前的负载功率发送给所述功率环；

所述功率环与所述电压环还连接所述美容仪的控制器，所述功率环从所述控制器接收参考功率，所述电压环从所述控制器接收参考电压，所述级联式反馈控制电路与所述开关电源连接，用于将所述级联式反馈控制电路的输出值发送给所述开关电源；

所述开关电源，用于根据所述级联式反馈控制电路的输出值生成相应的输出电压，通过所述输出电压对所述美容仪的负载电压和负载功率进行限制。

第二方面，本申请实施例还提供一种美容仪，所述美容仪包括：控制器和上述美容仪控制电路。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本申请实施例以美容仪控制器的级联式反馈控制结构为硬件基础，将美容仪当前的负载电压和参考电压作为级联式反馈控制结构中电压环的输入，将美容仪当前的负载功率和参考功率作为级联式反馈控制结构中功率环的输入，为级联式反馈控制结构提供参考数据和反馈数据，由于反馈数据包括负载电压和负载功率，因此通过级联式反馈控制结构可以对美容仪的负载电压和负载功率进行限制，避免美容仪由于功率过高产生灼烫感、由于电压过高产生电击感，提高用户的护肤体验。

此外，本申请实施例还构建了由开关电源到美容仪负载、由美容仪负载到级联式反馈控制结构、由级联式反馈控制结构再到开关电源的硬件闭环控制回路，通过构建硬件闭环控制回路提高控制的稳定性和响应速率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中一种美容仪控制电路的结构示意图；

图2为本申请实施例中一种串联式反馈控制结构的电路原理示意图；

图3为本申请实施例中一种并联式反馈控制结构的电路原理示意图；

图4为本申请实施例中一种美容仪的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

本申请实施例提供了一种美容仪控制电路，如图1所示，提供了本申请实施例中一种美容仪控制电路的结构示意图，所述美容仪控制电路包括：

负载电压检测电路、负载功率检测电路、级联式反馈控制电路和开关电源，所述级联式反馈控制电路包括功率环和电压环，所述功率环和所述电压环采用级联方式连接；

负载电压检测电路分别与美容仪的负载和电压环连接，用于检测美容仪当前的负载电压并将美容仪当前的负载电压发送给电压环；

负载功率检测电路分别与美容仪的负载和功率环连接，用于检测所述美容仪当前的负载功率并将所述美容仪当前的负载功率发送给功率环；

功率环与电压环还连接美容仪的控制器，功率环从控制器接收参考功率，电压环从控制器接收参考电压，级联式反馈控制电路与开关电源连接，用于将级联式反馈控制电路的输出值发送给开关电源；

开关电源，用于根据级联式反馈控制电路的输出值生成相应的输出电压，通过输出电压对美容仪的负载电压和负载功率进行限制，使美容仪的负载电压在误差允许范围内不超过参考电压，负载功率在误差允许范围内不超过参考功率。

其中，美容仪的负载可以理解为美容仪中用于与皮肤接触的组件，以射频美容仪为例，射频美容仪的负载可以理解为射频美容仪的电极头，负载电压和负载功率为电极头电压和电极头功率。

参考图1所示的美容仪控制电路可知，本申请实施例以美容仪控制器的级联式反馈控制结构为硬件基础，将美容仪当前的负载电压和参考电压作为级联式反馈控制结构中电压环的输入，将美容仪当前的负载功率和参考功率作为级联式反馈控制结构中功率环的输入，为级联式反馈控制结构提供参考数据和反馈数据，由于反馈数据包括负载电压和负载功率，因此通过级联式反馈控制结构可以对美容仪的负载电压和负载功率进行限制，避免美容仪由于功率过高产生灼烫感、由于电压过高产生电击感，提高用户的护肤体验。

此外，本申请实施例还构建了由开关电源到美容仪负载、由美容仪负载到级联式反馈控制结构、由级联式反馈控制结构再到开关电源的硬件闭环控制回路，通过构建硬件闭环控制回路提高控制的稳定性和响应速率。

在本申请的一些实施例中，负载功率检测电路包括：负载电流检测电路和乘法器，其中：

负载电流检测电路分别与美容仪的负载和乘法器的第一输入端连接，用于检测美容仪当前的负载电流并将美容仪当前的负载电流发送给乘法器；

乘法器的第二输入端与负载电压检测电路的输出端连接，乘法器的输出端与功率环连接，乘法器用于将美容仪当前的负载电压和负载电流相乘得到负载功率并将负载功率发送给功率环。

在本实施例的一些可能应用场景中，负载电压检测电路包括：电压采样电路和第一幅度变换电路，负载电流检测电路包括：电流采样电路和第二幅度变换电路，其中：

电压采样电路与第一幅度变换电路连接，用于对美容仪负载进行电压采样并将采样电压发送给第一幅度变换电路；

第一幅度变换电路分别与乘法器的第二输入端和电压环连接，用于对采样电压进行幅度变换，通过幅度变换得到负载电压并发送给乘法器和电压环；

电流采样电路与第二幅度变换电路连接，用于对美容仪负载进行电流采样并将采样电流发送给第二幅度变换电路；

第二幅度变换电路与乘法器的第一输入端连接，用于对采样电流进行幅度变换，通过幅度变换得到负载电流并发送给乘法器。

在实际应用中，电压采样电路和第一幅度变换电路，以及电流采样电路和第二幅度变换电路可以分别由现有技术中的信号调理电路实现，例如图和2图3所示，电压采样电路和第一幅度变换电路由第一信号调理电路实现，电流采样电路和第二幅度变换电路由第二信号调理电路实现。

本申请实施例的级联式反馈控制结构的功率环和电压环的级联方式包括串联方式和并联方式，下面分别说明两种级联方式对应的美容仪控制电路。

第一种级联方式，级联式反馈控制结构为图2所示的串联式反馈控制结构，功率环和电压环采用串联方式连接，此时电压环为基于第一PI调节器实现的电压外环，功率环为基于第二PI调节器实现的功率内环。

如图2所示，串联式反馈控制结构对应的电路连接方式如下：

第一PI调节器的正向输入端连接控制器的第一端口，第一PI调节器的负向输入端连接负载电压检测电路，第一PI调节器的输出端连接第二PI调节器的正向输入端；

第二PI调节器的正向输入端还连接控制器的第二端口，第二PI调节器的负向输入端连接负载功率检测电路的输出端，第二PI调节器的输出端连接开关电源的输入端。

本申请实施例中的控制器的第一端口可以理解为控制器中可以为第一PI调节器提供参考电压的芯片引脚或集成电源的输出端口等。相应的，控制器的第二端口可以理解为控制器中可以为第二PI调节器提供参考功率对应的电压值的芯片引脚或集成电源的输出端口等。

需要说明的是，由于功率值无法直接在硬件电路中进行传递，本申请实施例中涉及的将负载功率(参考功率)发送给功率环应理解为将负载功率(参考功率)对应的电压值发送给功率环中，参考本申请实施例的图2和图3，负载功率U_Psample和参考功率U_Pref均是通过电压值进行表示。

在本申请的一些实施例中，美容仪控制电路还包括第一单向导通元件，单向导通元件是指具有单向导通作用的电路元器件，第一单向导通元件例如包括图2所示的二极管D1，所述第一单向导通元件的负极端连接控制器的第二端口，第一单向导通元件的正极端与第一PI调节器的输出端并联后与第二PI调节器的正向输入端连接。

在实际应用中，参考图2，第一PI调节器的输出端一般通过限流电阻后再与第二PI调节器的正向输入端连接，所述美容仪当前的负载电压U_Vsample一般通过限流电阻后再发送给第一PI调节器的负向输入端，所述美容仪当前的负载功率U_Psample一般通过限流电阻后再发送给第二PI调节器的负向输入端，以通过限流电路保护串联式反馈控制结构的电路元件不因电流突变大而损坏。

本申请实施例中的第一PI调节器和第二PI调节器的电路结构本领域技术人员可以灵活设计，图2中的电路结构不应对此构成限制。

此外，由于级联式反馈控制结构中的电压环是用于调整美容仪下一时刻的负载电压，功率环是用于调整美容仪下一时刻的负载功率，因此，在图2所示的串联式反馈控制结构的设计阶段，应合理设计串联式反馈控制结构的电路元件的参数，使得在二极管处于截止状态时，第二PI调节器进入饱和状态，第一PI调节器进入反馈控制状态；而当二极管处于导通状态时，第二PI调节器进入反馈控制状态，第一PI调节器进入饱和状态，如此当第一PI调节器的输出值对应的功率小于参考功率时，通过串联式反馈控制结构能够使美容仪的负载电压处于恒压状态，负载功率处于低功率状态；而当第一PI调节器的输出值对应的功率接近或超过参考功率时，通过串联式反馈控制结构能够使美容仪的负载电压处于恒功率状态，负载电压低于参考电压。

结合图2所示的电路原理图，当二极管D1处于截止状态时，第一PI调节器的输出值对应的功率值小于参考功率值，第二PI调节器处于饱和状态，第二PI调节器的负载输入端的数值接近为0，即美容仪的负载功率接近为0，也就是说负载功率处于低功率状态。此时第一PI调节器处于反馈控制状态，在反馈控制状态下，第一PI调节器用于使其负向输入端的数值逼近其正向输入端的数值，因此，美容仪的负载电压将处于恒压状态。

当二极管D1处于导通状态时，第一PI调节器的输出值对应的功率值接近或超过参考功率值，第二PI调节器处于反馈控制状态，第二PI调节器用于使其负向输入端的数值逼近其正向输入端的数值，因此，美容仪的负载功率将处于恒功率状态。此时第一PI调节器处于饱和状态，第一PI调节器的负向输入端的数值达不到正向输入端的限压基准，负向输入端的数值小于正向输入端的数值，因此美容仪的负载电压小于参考电压。

可见，当美容仪的负载电压处于恒压状态时，其负载功率处于低功率状态，而当美容仪的负载功率处于恒功率状态时，其负载电压小于参考电压。也就是说，在任何时刻，美容仪的负载电压和负载功率都受到参考电压和参考功率的限制，如此通过设置参考电压和参考功率，就可以对美容仪的负载电压和负载功率进行限制。

需要说明的是，本申请实施例中的“恒压状态”是指负载电压的电压波动在误差允许范围内，此时负载电压的波形趋势与参考电压波形保持一致，但负载电压的波形包络会呈现微小波动，例如若参考电压波形为正弦波，那么负载电压的波形趋势也近似为正弦波，但每个时刻对应的负载电压值相对于参考电压值存在微小偏差。

类似的，“恒功率状态”是指负载功率的功率波动在误差允许范围内，此时负载功率的波形趋势与参考功率波形保持一致，但负载功率的波形包络会呈现微小波动，例如若参考功率波形为正弦波，那么负载功率的波形趋势也近似为正弦波，但每个时刻对应的负载功率值相对于参考功率值存在微小偏差。

第二种级联方式，级联式反馈控制结构为图3所示的并联式反馈控制结构，此时功率环和电压环采用并联方式连接。

如图3所示，并联式反馈控制结构对应的电路连接方式如下：

电压环包括第三PI调节器，其中：

第三PI调节器的正向输入端连接控制器的第一端口，第三PI调节器的负向输入端连接负载电压检测电路的输出端，第三PI调节器的输出端与第二单向导通元件的负极端连接，第二单向导通元件的正极端连接开关电源的输入端，这里第二单向导通元件例如包括图3所示的二极管D3。

功率环包括第四PI调节器，其中：

第四PI调节器的正向输入端连接控制器的第二端口，第四PI调节器的负向输入端连接所述负载功率检测电路的输出端，第四PI调节器的输出端与第三单向导通元件的负极端连接，第三单向导通元件的正极端连接开关电源的输入端，这里第三单向导通元件例如包括图3所示的二极管D4。

在实际应用中，参考图3，美容仪当前的负载电压U_Vsample一般通过限流电阻后再发送给第三PI调节器的负向输入端，美容仪当前的负载功率U_Psample一般通过限流电阻后再发送给第四PI调节器的负向输入端，以通过限流电路保护并联式反馈控制结构的电路元件不因电流突变大而损坏。

如前文所述，由于级联式反馈控制结构中的电压环是用于调整美容仪下一时刻的负载电压，功率环是用于调整美容仪下一时刻的负载功率，因此，在图3所示的并联式反馈控制结构的设计阶段，应合理设计并联式反馈控制结构的电路元件的参数，通过二极管D3与D4的导通与截止控制第三PI调节器和第四PI调节器的工作状态，具体是：

当二极管D4处于截止状态时，第四PI调节器进入饱和状态，此时二极管D3处于导通状态，第三PI调节器进入反馈控制状态，如此通过并联式反馈控制结构能够使美容仪的负载电压处于恒压状态，负载功率小于参考功率；

当二极管D3处于截止状态时，第三PI调节器进入饱和状态，此时二极管D4处于导通状态，第四PI调节器进入反馈控制状态，如此通过并联式反馈控制结构能够使美容仪的负载功率处于恒功率状态，负载电压小于参考电压。

参考图3所示的电路原理图可知，在第三PI调节器由饱和状态切换为反馈控制状态的切换过程中，负载功率处于不可控状态；同样的，在第四PI调节器由饱和状态切换为反馈控制状态的切换过程中，负载电压处于不可控状态，在实际使用过程中，容易对用户体感产生负面影响。基于此，本申请较佳地将级联式反馈控制结构设计为串联式反馈控制结构。

在本申请的一些实施例中，开关电源包括比较器和压控电压源，级联式反馈控制结构的输出端与比较器的正向输入端连接，比较器的负向输入端与基准信号源连接，基准信号源例如为锯齿波信号源。如此，比较器可以输PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，并将PWM信号发送给压控电压源，如此可以控制开关电源的输出电压。

本申请实施例还提供了一种美容仪，如图4所示，提供了本申请实施例中一种美容仪的结构示意图，所述美容仪包括：控制器和前文实施例中的美容仪控制电路。

在本申请的一些实施例中，美容仪控制电路可以集成在控制器上，通过板内走线实现美容仪控制电路与控制器之间的电连接；美容仪控制电路也可以单独集成在另外电路板上，此时美容仪控制电路与控制器通过板间走线实现电连接。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种美容仪控制电路，其特征在于，所述美容仪控制电路包括：负载电压检测电路、负载功率检测电路、级联式反馈控制电路和开关电源，所述级联式反馈控制电路包括功率环和电压环，所述功率环和所述电压环采用级联方式连接；

所述负载电压检测电路分别与美容仪的负载和所述电压环连接，用于检测所述美容仪当前的负载电压并将所述美容仪当前的负载电压发送给所述电压环；

所述负载功率检测电路分别与所述美容仪的负载和所述功率环连接，用于检测所述美容仪当前的负载功率并将所述美容仪当前的负载功率发送给所述功率环；

所述功率环与所述电压环还连接所述美容仪的控制器，所述功率环从所述控制器接收参考功率，所述电压环从所述控制器接收参考电压，所述级联式反馈控制电路与所述开关电源连接，用于将所述级联式反馈控制电路的输出值发送给所述开关电源；

所述开关电源，用于根据所述级联式反馈控制电路的输出值生成相应的输出电压，通过所述输出电压对所述美容仪的负载电压和负载功率进行限制。

2.如权利要求1所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述级联式反馈控制电路为串联式反馈控制电路，所述功率环和所述电压环采用串联方式连接。

3.如权利要求2所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述电压环为基于第一PI调节器实现的电压外环，所述功率环为基于第二PI调节器实现的功率内环，所述第一PI调节器的正向输入端连接所述控制器的第一端口，所述第一PI调节器的负向输入端连接所述负载电压检测电路，所述第一PI调节器的输出端连接所述第二PI调节器的正向输入端；

所述第二PI调节器的正向输入端还连接所述控制器的第二端口，所述第二PI调节器的负向输入端连接所述负载功率检测电路的输出端，所述第二PI调节器的输出端连接所述开关电源的输入端。

4.如权利要求3所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述美容仪控制电路还包括第一单向导通元件，所述第一单向导通元件的负极端连接所述控制器的第二端口，所述第一单向导通元件的正极端与所述第一PI调节器的输出端并联后与所述第二PI调节器的正向输入端连接。

5.如权利要求1所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述级联式反馈控制电路为并联式反馈控制电路，所述功率环和所述电压环采用并联方式连接。

6.如权利要求5所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述电压环包括第三PI调节器；

所述第三PI调节器的正向输入端连接所述控制器的第一端口，所述第三PI调节器的负向输入端连接所述负载电压检测电路的输出端，所述第三PI调节器的输出端与第二单向导通元件的负极端连接，所述第二单向导通元件的正极端连接所述开关电源的输入端。

7.如权利要求5所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述功率环包括第四PI调节器；

所述第四PI调节器的正向输入端连接所述控制器的第二端口，所述第四PI调节器的负向输入端连接所述负载功率检测电路的输出端，所述第四PI调节器的输出端与第三单向导通元件的负极端连接，所述第三单向导通元件的正极端连接所述开关电源的输入端。

8.如权利要求1所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述负载功率检测电路包括负载电流检测电路和乘法器；

所述负载电流检测电路分别与所述美容仪的负载和所述乘法器的第一输入端连接，用于检测所述美容仪当前的负载电流并将所述美容仪当前的负载电流发送给所述乘法器；

所述乘法器的第二输入端与所述负载电压检测电路的输出端连接，所述乘法器的输出端与所述功率环连接，所述乘法器用于将所述美容仪当前的负载电压和负载电流相乘得到负载功率并将所述负载功率发送给所述功率环。

9.如权利要求8所述的美容仪控制电路，其特征在于，所述负载电压检测电路包括电压采样电路和第一幅度变换电路，所述负载电流检测电路包括电流采样电路和第二幅度变换电路；

所述电压采样电路与所述第一幅度变换电路连接，用于对所述美容仪负载进行电压采样并将采样电压发送给第一幅度变换电路；

所述第一幅度变换电路分别与所述乘法器的第二输入端和所述电压环连接，用于对所述采样电压进行幅度变换，通过幅度变换得到负载电压并发送给所述乘法器和所述电压环；

所述电流采样电路与所述第二幅度变换电路连接，用于对所述美容仪负载进行电流采样并将采样电流发送给第二幅度变换电路；

所述第二幅度变换电路与所述乘法器的第一输入端连接，用于对所述采样电流进行幅度变换，通过幅度变换得到负载电流并发送给所述乘法器。

10.一种美容仪，其特征在于，所述美容仪包括：控制器和权利要求1～9任一项所述的美容仪控制电路。