TW202406275A - 用於控制電機的控制器系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例公開了一種用於控制電機的控制器系統和方法，該系統包括：用於為電機供電的供電模組和用於控制電機的操作的開關，供電模組連接在地和第一節點之間，開關連接在第一節點和第二節點之間，並且還包括：第一模組，包括第一三極管，第一三極管被配置為在控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得第一模組對第一節點處的電壓進行檢測；第二模組，包括第二三極管，第二三極管被配置為在電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得第二模組對第二節點處的電壓進行檢測；以及電機控制單元，被配置為基於第一節點處的電壓和第二節點處的電壓，來判斷開關當前處於閉合還是斷開狀態。

Description

用於控制電機的控制器系統和方法

本發明實施例屬於積體電路領域，尤其涉及一種用於控制電機的控制器系統和方法。

在電池供電的電動工具領域，無刷電機逐漸代替了有刷電機，因為與有刷電機相比，無刷電機具有效率高、啟動扭矩大等優點。

傳統的用於控制電機的控制器系統包括大量的電解電容，當單刀單擲開關閉合之後，對電解電容進行充電，電解電容上的電壓與電池上的電壓相同。當單刀單擲開關斷開之後，由於電解電容的容值較大(通常為470uF或以上)，因此電解電容上的電壓變化值較小。因此，傳統的控制器系統，很難根據電解電容上的電壓來判斷單刀單擲開關的斷開、閉合的動作。

本發明的實施例提供了一種用於控制電機的控制器系統和方法，能夠在單刀單擲開關的後端被接入大容量電解電容的情況下，根據開關的前端電壓和後端電壓，正確地判斷出開關當前處於閉合還是斷開狀態。

一方面，本發明實施例提供了一種用於控制電機的控制器系統，包括：用於為所述電機供電的供電模組和用於控制所述電機的操作的開關，所述供電模組連接在地和第一節點之間，所述開關連接在所述第一節點和第二節點之間，並且還包括：第一模組，包括第一三極管，所述第一三極管被配置為在所述控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第一模組對所述第一節點處的電壓進行檢測；第二模組，包括第二三極管，所述第二三極管被配置為在所述電機控制單元處 於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第二模組對所述第二節點處的電壓進行檢測；以及所述電機控制單元，被配置為基於所述第一節點處的電壓和所述第二節點處的電壓，來判斷所述開關當前處於閉合還是斷開狀態。

另一方面，本發明實施例提供了一種用在如第一方面所述的控制器系統中的方法，包括：控制所述第一三極管在所述控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第一模組對所述第一節點處的電壓進行檢測；控制所述第二三極管在所述電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第二模組對所述第二節點處的電壓進行檢測；以及利用所述電機控制單元基於所述第一節點處的電壓和所述第二節點處的電壓，來判斷所述開關當前處於閉合還是斷開狀態。

本發明實施例提供的用於控制電機的控制器系統和方法，能夠在單刀單擲開關的後端被接入大容量電解電容的情況下，通過控制第一模組和第二模組中的三極管的導通來使得第一模組和第二模組分別對開關的前端電壓和後端電壓進行檢測，並基於檢測到的電壓來判斷開關當前處於閉合還是斷開狀態。

100:控制器系統

102:第一模組

103:第二模組

104:第三模組

105:第四模組

106:第五模組

110,130:供電模組

120:開關

140:電機控制單元(MCU)

150:處理單元

160:控制器

170:電解電容

180:電機

602,604,606,608,610,612,614,616,618,620,622,624:塊

700,S710,S720,S730:方法

ADC1:第一數位信號

ADC2:第二數位信號

ADC3:模數轉換器

BAT:第一節點

BE:電壓

BUS:第二節點

C1,C2,C3:電容

DC:節點

GPIO1,GPIO2,GPIO3:控制信號

Q1,Q2,Q3,Q4,Q5:三極管

R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14:電阻

VGS:導通電壓

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的圖式作簡單的介紹，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些圖式獲得其他的圖式。

圖1示出了根據本發明的實施例的用於控制電機的控制器系統的結構示意圖；

圖2示出了圖1所示的電路中相應節點處的信號的波形示意圖；

圖3示出了圖1所示的電路中涉及開關動作識別的相應信號的波形示意圖；

圖4示出了在開關安全操作情況下圖1所示的電路中相應信號的波形示意圖；

圖5示出了在開關異常操作情況下圖1所示的電路中相應信號的波形 示意圖；

圖6示出了本發明的實施例提供的控制器系統的工作流程；以及

圖7示出了本發明的實施例提供的用在如本發明實施例提供的控制器系統中的方法。

下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例，為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合圖式及具體實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應理解，此處所描述的具體實施例僅被配置為解釋本發明，並不被配置為限定本發明。對於本領域技術人員來說，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明更好的理解。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

在諸如角磨、圓鋸、鏈鋸等之類的通過開關控制的工具中，先插入電池，再閉合開關，可以被認為是安全操作，在這種情況下，電機可以工作。然而，先閉合開關，再插入電池，可以被認為是異常操作，在這種情況下，電機不能工作，這是因為此種情況下，電機運行可能會對操作者造成傷害，故被稱為異常操作。因此，本發明的實施例提供了一種能夠識別上述兩種不同的操作方式的控制器系統。

在諸如鋰電池產品中，如果鋰電池被過度放電，則鋰電池的容量、放電能力可能會產生不可逆的降低，因此鋰電工具需要避免鋰電池被過度放電。具體地，當鋰電池進入低壓狀態之後，使得控制器系統能夠進入省電狀態，以將待機電流降到可控範圍內，例如，可以將待機電流降低到20uA或以下。當開關處於斷開狀態時，控制器與鋰電池沒有連接，此時的待機電流為0；當開關處於閉合狀態時，也要求控制器系統能夠進入待機省電模式。可見，本發明的實施例提供的控制器系統具有在開關處於閉合狀態時，控制器系統可以處於待機省電模式的功能。

本發明的實施例提供了一種鋰電無刷工具中的可以處於待機省電模式、識別開關動作的控制器系統，具體地，以下以具有單刀單擲開關的控制器系統為例進行介紹，可以理解的是，這僅作為示例提供，而不應當被解釋為限制性的。本發明的實施例提供的控制器系統主要可以具有如下三個功能：(1)識別開關動作；(2)檢測開關的異常操作；(3)在鋰電池處於欠壓狀態之後，開關閉合，控制器系統進入待機省電模式，其中待機電流可以被設置為小於例如20uA，這將在下面通過具體實施例的方式進行詳細介紹。相比於現有技術，本發明的實施例提供的控制器系統所包括的電路器件更少，工作流程清晰完備，可靠性高，具有較好的性能並降低了電路成本。

為了解決現有技術問題中的一者或多者，本發明的實施例提供了一種用於控制電機的控制器系統。下面首先對本發明實施例所提供的用於控制電機的控制器系統進行介紹。

圖1示出了根據本發明的實施例的用於控制電機的控制器系統的結構示意圖。如圖1所示，該控制器系統100可以包括用於為電機進行供電的供電模組(例如，鋰電池組)110、用於控制電機的操作的開關120、用於為電機控制單元(MCU)進行供電的供電模組130、MCU 140、處理單元150、控制器160、電解電容170以及電機180等。

其中，供電模組110可以連接在第一節點BAT和地之間， 開關120可以連接在第一節點BAT和第二節點BUS之間。

作為一個示例，該控制器系統100是以採用單刀單擲開關的鋰電無刷工具控制器系統為例進行介紹的。可以理解的是，這僅作為示例提供，而不應被解釋為限制性的。如圖1所示，當開關120閉合時，控制器160開始通電，以控制電機180開始工作。

作為一個示例，如圖1所示，處理單元150可以包括第一模組102、第二模組103、第三模組104以及第四模組105等。其中，第一模組102可以包括三極管Q1，第二模組103可以包括三極管Q2，第三模組104可以包括三極管Q4，以及第四模組105可以包括三極管Q3等。

為了更好地理解本發明，以下結合圖1和圖2對本發明實施例提供的控制器系統的工作原理進行詳細介紹，其中，如圖2所示，圖2示出了圖1所示的電路中相應節點處的信號的波形示意圖，這些信號可以包括第一節點BAT處的電壓，第二節點BUS處的電壓，三極管Q4的BE級電壓，節點DC處的電壓以及用於控制三極管Q4的導通與關斷的控制信號GPIO3的波形示意圖，其中，在時刻t1處開關120被閉合。

作為一個示例，三極管Q4可以被配置為在開關120處於閉合狀態之後處於導通狀態，使得第三模組104處於工作模式；三極管Q3可以被配置為在三極管Q4處於導通狀態之後處於導通狀態，使得第四模組105處於工作模式；電機控制單元140可以被配置為在第三模組104和第四模組105處於工作模式之後處於工作模式。

具體地，第三模組104還可以包括電容C3，其中，當開關120第一次閉合(對應於圖2的時刻t1)時，第二節點BUS處的電壓上升，通過第四模組105中的電容C3，產生偏置電流流過三極管(例如，NPN三極管)Q4的BE級，使得三極管Q4處於導通狀態，從而使得第三模組104處於工作模式。

接下來，在三極管Q4處於導通狀態之後，第四模組105中的三極管Q3(例如，PNP三極管)的BE級被正偏，有電流從第一節點 BAT流過三極管Q3的BE級，再流過三極管Q4的CE級到地，即三極管Q3被導通，在三極管Q3被導通之後，第四模組105的輸出電壓(即，節點DC處的電壓)等於第一節點BAT處的電壓，在這種情況下，用於為MCU 140進行供電的供電模組130開始工作，以使MCU 140開始工作。

具體地，如圖1所示，第三模組104還可以包括電阻R5、電阻R6和電阻R7等。其中，電阻R5的第一端可以連接到第二節點BUS，第二端可以連接到電阻R6的第一端，電阻R7的第一端可以接收控制信號GPIO3，電阻R6的第二端可以連接到電阻R7的第二端，電阻R7的第二端還可以連接到三極管Q4的第一端，三極管Q4的第二端可以接地，三極管Q4的第三端可以用作第三模組104的輸出端，電容C3的第一端和第二端可以分別連接到電阻R6的第一端和第二端。可見，當三極管Q4導通時，第三模組104可以處於工作模式。

如圖1所示，第四模組105還可以包括電阻R8和電阻R9等。其中，電阻R8的第一端可以連接到三極管Q4的第三端(即，第三模組104的輸出端)，電阻R8的第二端可以連接到電阻R9和三極管Q3的第一端，電阻R9的第二端可以連接到第一節點BAT和三極管Q3的第二端，三極管Q3的第三端可以用作第四模組105的輸出端。可見，當三極管Q3導通時，第四模組105可以處於工作模式。

作為一個示例，在MCU 140開始工作之後，將控制信號GPIO3置為高電平，以保持三極管Q4和三極管Q3處於導通狀態。

作為一個示例，三極管Q1可以被配置為在MCU 140處於工作模式之後處於導通狀態，使得第一模組102對第一節點BAT處的電壓進行檢測；三極管Q2可以被配置為在MCU 140處於工作模式之後處於導通狀態，使得第二模組103對第二節點BUS處的電壓進行檢測；以及MCU 140可以被配置為基於第一節點BAT處的電壓和第二節點BUS處的電壓，來判斷開關當前處於閉合還是斷開狀態。

具體地，在MCU 140處於工作模式之後，將分別用於控制 三極管Q1和Q2的導通與關斷的控制信號GPIO1和GPIO2置高，以將三極管Q1和Q2接通。第一節點BAT、第二節點BUS處的電壓經過分壓電阻進行分壓之後，分別被第一數位信號ADC1和第二數位信號ADC2採集。

當開關120處於閉合狀態時，電解電容170上的電壓(對應於第二節點BUS上的電壓)等於第一節點BAT上的電壓(對應於電池電壓)，當開關被斷開之後，第一節點BAT上的電壓保持不變，電解電容170上的電壓下降，電解電容170可以週期性地檢測ADC1和ADC2之間的差值，以基於該差值來判斷開關當前處於閉合還是斷開狀態。

如圖1所示，第一模組102還可以包括電阻R1、電阻R2以及第一數位信號ADC1等。其中，電阻R1的第一端可以連接到第一節點BAT，第二端可以連接到三極管Q1的第一端，三極管Q1的第二端可以接收控制信號GPIO1，三極管Q1的第三端可以經由電阻R2接地，三極管Q1的第三端還可以連接至ADC1的輸入端，並且ADC1的輸出端可以用作第一模組102的輸出端。

可見，當三極管Q1處於導通狀態時，利用電阻R1和R2對第一節點BAT處的電壓進行分壓，然後對分壓之後的電壓進行模數轉換，得到表徵第一節點BAT處的電壓的第一數位信號ADC1。

如圖1所示，第二模組103還可以包括電阻R3、電阻R4以及第二數位信號ADC2等。其中，電阻R3的第一端可以連接到第二節點BUS，第二端可以連接到三極管Q2的第一端，三極管Q2的第二端可以接收控制信號GPIO2，三極管Q2的第三端可以經由電阻R4接地，三極管Q2的第三端可以連接至ADC2的輸入端，並且ADC2的輸出端可以用作第二模組103的輸出端。

可見，當三極管Q2處於導通狀態時，利用電阻R3和R4對第二節點BUS處的電壓進行分壓，然後對分壓之後的電壓進行模數轉換，得到表徵第二節點BUS處的電壓的第二數位信號ADC2。

為了便於描述，令△=ADC1-ADC2。如圖3所示，圖3示出 了圖1所示的電路中涉及開關動作識別的相應信號的波形示意圖。在時刻t1，閉合開關，ADC1=ADC2，△=0；在時刻t2，斷開開關，第二節點BUS處的電壓下降，ADC1保持不變，ADC2下降，使得ADC1>ADC2，△>0；在時刻t3，再次閉合開關，ADC1保持不變，ADC2升高，使得ADC1=ADC2，△=0。通過△的變化規律，MCU 140可以檢測到開關的閉合、斷開動作。

其中，(1)模數轉換器的解析度可以大於等於10bit；5V供電MCU，每個ADC bit差異為5mV。考慮到分壓電阻的比率(例如，10倍)，當第二節點BUS處的電壓變化超過50mV時，MCU 140就可以檢測到△>0。即，通過模數轉換器，可以識別出第二節點BUS處的電壓的精細變化。(2)MCU 140的工作主頻率通常不小於16MHz，因此，可以在豪秒級週期性地判斷△值。MCU 140可以週期性地判斷△，通過設置合適的△變化判斷規則，如閾值、回滯、時間、擇多等等，可以在諸如幾十豪秒之內準確地判斷出開關的動作。

作為一個示例，三極管Q4可以為NPN三極管，並且三極管Q3可以為PNP電晶體。

本發明的另一發明點在於，電路可以對開關是否進行安全操作進行檢測，其中，電路偵測開關安全操作的原理是：開關安全操作是指，先接入電池，再閉合開關；異常操作是指，先閉合開關，再接入電池。

作為一個示例，處理單元150還可以包括第五模組106等，其中，第五模組106可以包括電容C1、三極管Q5和模數轉換器ADC3，其中模數轉換器ADC3可以被配置為：在三極管Q5從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段內，對電容C1上的電壓的斜率進行檢測；並且其中，當電容C1上的電壓的斜率為負值時，確定開關120執行正常操作；以及當電容C1上的電壓的斜率為正值時，確定開關120執行異常操作。

具體地，如圖4所示，圖4示出了在開關安全操作情況下圖1所示的電路中相應信號的波形示意圖。其中，在t1時刻，接入電池，在 t2時刻，閉合開關，在t3時刻，對電容C1上的電壓進行第一次採樣，在t4時刻，對電容C1上的電壓進行第二次採樣。

在開關正常操作情況下，在t1時刻接入電池之後，第一節點BAT處的電壓從低電平變為高電平，通過第五模組106為電容C1進行充電。在t2時刻閉合開關120之後，控制器上電工作，節點DC處的電壓變為高電平，此時對電容C2進行充電，使得電容C2上的電壓升高，當電容C2上的電壓升高至大於MOS管Q5的導通電壓VGS之後，電容C1被放電，使得電容C1上的電壓下降。在控制器上電工作時，ADC3可以用於對電容C1上的電壓變化進行採樣，可以檢測到電容C1上的電壓是遞減的，即斜率為負，如圖4所示，這對應於開關正常操作情況。

可見，在節點DC處的電壓從低電平變為高電平之後經過一段時間，MOS管Q5從關斷狀態變為導通狀態，當MOS管Q5從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段(例如，時段t3-t4)內，對電容C1上的電壓進行檢測，當檢測到電容C1上的電壓的斜率為負值時，確定開關執行正常操作。

如圖5所示，圖5示出了在開關異常操作情況下圖1所示的電路中相應信號的波形示意圖。其中，在t1時刻，閉合開關，在t2時刻，接入電池，在t3時刻，對電容C1上的電壓進行第一次採樣，在t4時刻，對電容C1上的電壓進行第二次採樣。

在開關異常操作情況下，在t1時刻閉合開關之後，在t2時刻接入電池，第一節點BAT和節點DC處的電壓均從低電平變為高電平，對電容C2進行充電，使得電容C2上的電壓升高。在節點DC處的電壓從低電平變為高電平之後經過一段時間，MOS管Q5被導通，在MOS管Q5被導通之前，電容C1上的電壓還未升高，當電容C2上的電壓升高至大於MOS管Q5的導通電壓VGS之後，電容C1被放電，使得電容C1上的電壓下降。

可見，在節點DC處的電壓從低電平變為高電平之後經過一 段時間，MOS管Q5從關斷狀態變為導通狀態，當MOS管Q5從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段(例如，時段t3-t4)內，ADC3對電容C1上的電壓變化進行採樣，當檢測到電容C1上的電壓的斜率為正值時，確定開關執行異常操作，此外，從圖5中可以看出，第一次採樣(對應於時刻t3)時對應的電容C1上的電壓的幅值較小。

圖4和圖5給出了不同操作方式下，隨著時間的變化，電容C1上的電壓值的變化情況是不同的，從而可以判斷出操作方式。例如，在開關正常操作情況下，電容C1上的電壓變化的斜率為負值，在開關異常操作情況下，電容C1上的電壓變化的斜率為正值。

作為一個示例，三極管Q1至Q5可以為金屬氧化物半導體場效應電晶體MOSFET或雙極結型電晶體BJT。

作為一個示例，第五模組106還可以包括電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電阻R14和電容C2，如圖所示，電阻R10的第一端連接到第一節點BAT，第二端連接到電阻R11的第一端，電阻R11的第二端接地；電阻R12的第一端連接到電阻R10的第二端，第二端連接到模數轉換器ADC3的輸入端，模數轉換器ADC3的輸出端用作第五模組106的輸出端；電容C1的第一端和第二端分別連接到電阻R11的第一端和第二端；電阻R13的第一端連接到第四模組105的輸出端，第二端連接到電阻R14的第一端，電阻R14的第二端接地；電容C2的第一端和第二端分別連接到電阻R14的第一端和第二端；三極管Q5的第一端連接到電阻R10的第二端，第二端接地，並且第三端連接到電阻R13的第二端。

本發明實施例提供的控制器系統可以在鋰電池進入欠壓狀態之後，使得控制器系統進入待機省電模式，待機電流小於諸如20uA。

當開關120處於閉合狀態時，控制器系統進入待機省電模式的原理是：

結合圖1和圖2，開關閉合，電容C3通電，三極管Q4被接通，然後三極管Q3被接通，節點DC處的電壓升高，供電模組130開始工 作，使得MCU 140開始工作。在MCU 140開始工作之後，將控制信號GPIO3置高，以保持三極管Q3和Q4處於導通狀態。同時將控制信號GPIO1置高，以利用ADC1來檢測鋰電池電壓。

作為一個示例，在第一節點BAT處的電壓低於第一預設閾值時，將控制信號GPIO3從高電平置為低電平，其中，在控制信號GPIO3置為低電平之後，三極管Q4被斷開，在三極管Q4被斷開之後，三極管Q3被斷開；以及在三極管Q3被斷開之後，MCU 140被斷開。

具體地，MCU 140週期性地讀取ADC1的輸出值，當檢測到該輸出值低於第一預設閾值時，確定鋰電池處於欠壓狀態，將控制信號GPIO3從高電平置為低電平；電容C3上的電壓保持不變，那麼三極管Q4的BE電壓為低電平，使得三極管Q4被斷開。在三極管Q4被斷開之後，第四模組105中的三極管Q3被斷開，那麼節點DC與第一節點BAT之間的連接被斷開，在這種情況下，供電模組130無輸入電壓，使得MCU 140被斷開，MCU 140無電流消耗。

作為一個示例，控制器系統還可以被配置為：在MCU 140被斷開之後，將分別用於控制三極管Q1和三極管Q2的導通與關斷的控制信號GPIO1和控制信號GPIO2從高電平置為低電平，以使三極管Q1和三極管Q2被斷開，從而將第一模組102和第二模組103斷開，第一模組102和第二模組103無電流消耗。

作為一個示例，控制器系統還可以被配置為：在三極管Q3處於關斷狀態之後，使得三極管Q5處於關斷狀態，並且通過將電阻R11的阻值配置為大於第二預設閾值(例如，電阻R11可以被設置為兆歐姆級別的電阻)，使得流經第五模組106的電流低於第三預設閾值，例如，流經第五模組106的電流為微安級。

作為一個示例，控制器系統還可以被配置為：通過將第三模組104中的電阻R6的阻值配置為大於第四預設閾值，使得流經第三模組104的電流低於第五預設閾值，例如，流經第三模組104的電流為微安級。

作為一個示例，控制器系統還可以被配置為：在三極管Q4處於關斷狀態之後，使得三極管Q3處於關斷狀態，以將第四模組105斷開，第四模組105無電流消耗。

可見，在鋰電池處於欠壓狀態時，只有第五模組106和第三模組104有微安級電流消耗，其他模組無電流消耗，使得整個系統的電流降低到10uA以下。即，當開關閉合，鋰電池進入欠壓狀態之後，MCU 140可以關斷耗電通路，將待機電流降低到10uA以下。

綜上，本發明實施例提供的控制器系統，不僅解決了單刀單擲開關的開關動作難以識別的問題，還可以在開關閉合的情況下，使得控制器進入待機省電狀態，其中待機電流小於20uA，以防止鋰電池過度放電，從而保護鋰電池。上述技術方案提高了系統的可靠性，降低了電路的成本。

參考圖6，圖6示出了本發明的實施例提供的控制器系統的工作流程，包括：塊602，MCU 140處於待機狀態；塊604，在MCU 140上電之後，將控制信號GPIO1/2/3置為高電平；塊606，利用ADC3的輸出信號來判斷電容C1上的電壓變化的斜率，例如每間隔10ms對ADC3的輸出信號進行讀取，以及塊608，根據檢測到的斜率變化來判斷電池接入和開關閉合的先後順序，即判斷開關處於正常操作還是異常操作，具體地，如果斜率為負值，則流程進行到塊618，代表開關處於安全操作，然後流程進行到塊620，而如果斜率為正值，則流程進行到塊610，代表開關處於異常操作，如果開關處於異常操作(即，電容C1上的電壓的斜率為正值)，則流程進行到塊612，檢測開關是否處於閉合狀態，如果開關一直處於閉合狀態，則流程進行到塊614，進行延時並判斷延時是否結束，如果結束，則流程進行到塊616，進入待機狀態，並將控制信號GPIO1/2/3從高電平置為低電平，如果在塊612處判斷出開關處於斷開狀態，則流程進行到塊620，並且如果在塊614處判斷出延時未結束，則流程進行到塊620，在塊620，判斷鋰電池是否處於欠壓狀態，如果判斷出鋰電池處於欠壓狀態，在這種情況下，即使開關閉合，流程也進行到塊616，進入待機狀態，並將控制 信號GPIO1/2/3從高電平置為低電平，如果在塊620處判斷出鋰電池未處於欠壓狀態，則流程進行到塊622，判斷開關是否處於閉合狀態，如果在塊622處判斷出開關處於閉合狀態，則流程進行到塊624，電機運行，如果在塊622處判斷出開關處於斷開狀態，則流程進行到塊614，在塊614，判斷延時是否結束，如果結束，則流程進行到塊616，如果未結束，則流程進行到塊620(這在上面進行了描述)。可見，在鋰電池放電過程中，如果檢測到鋰電池處於欠壓狀態，則進入待機狀態，在電機運行過程中，如果檢測到開關被斷開，則進行延時後進入待機狀態。

綜上，本發明實施例提供的控制器系統，可以在開關處於閉合狀態時，將待機電流降低到10uA以下；並且可以在單刀單擲開關後端被接入大容量的電解電容的情況下，正確判斷出開關當前處於閉合還是斷開狀態；還可以基於電容C1(參見圖1)上的電壓的斜率來判斷開關閉合與電池接入的先後順序等。

應注意的是，以上實施例僅作為示例提供，其不應被解釋為限制性的，本領域技術人員在閱讀了以上內容之後，可以對本發明實施例提供的控制器系統進行修改，而不脫離本發明的範圍和精神，例如，可以修改器件類型，例如可以用MOS管代替BJT管，在第一模組102和第二模組103(參見圖1)中可以採用兆歐級的電阻，並且可以取消三極管Q1和Q2及其控制信號GPIO1和GPIO2等，這些替代實現方式均能實現上述技術效果。

應注意的是，採用本發明實施例提供的如圖1所示的第一模組102和第二模組103的實現方式，解決了傳統鋰電池系統中，電池電壓檢測電路中存在的漏電流問題。具體地，相比於取消三極管Q1和Q2及其控制信號GPIO1和GPIO2的實現方式，本發明實施例提供的技術方案可以在需要的時候控制第一模組102和第二模組103處於工作模式，並且在不需要的時候控制第一模組102和第二模組103處於斷開狀態，使得第一模組102和第二模組103無電流消耗，這可以降低系統所消耗的功率。

此外，參見圖7，圖7示出了本發明的實施例提供的用在如本發明實施例提供的控制器系統中的方法，該方法可以包括：S710，控制第一三極管在控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得第一模組對第一節點處的電壓進行檢測；S720，控制第二三極管在電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得第二模組對第二節點處的電壓進行檢測；以及S730，利用電機控制單元基於第一節點處的電壓和第二節點處的電壓，來判斷開關當前處於閉合還是斷開狀態。

作為一個示例，控制器系統還包括具有第三三極管的第三模組和具有第四三極管的第四模組，方法700還包括：控制第三三極管在開關處於閉合狀態之後處於導通狀態，使得第三模組處於工作模式；控制第四三極管在第三三極管處於導通狀態之後處於導通狀態，使得第四模組處於工作模式；利用電機控制單元在第三模組和第四模組處於工作模式之後處於工作模式。

作為一個示例，第三三極管為NPN三極管，並且第四三極管為PNP電晶體。

作為一個示例，控制器系統還包括具有第一電容、第五三極管和模數轉換器的第五模組，該方法700還可以包括：利用第五模組在第五三極管Q5從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段內，對電容C1上的電壓的斜率進行檢測；並且其中，當第一電容上的電壓的斜率為負值時，確定開關執行正常操作；以及當第一電容上的電壓的斜率為正值時，確定開關執行異常操作。

作為一個示例，第一三極管、第二三極管、第三三極管、第四三極管和第五三極管為金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)或雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistor,BJT)。

作為一個示例，該方法700還可以包括：在電機控制單元處於工作模式之後，將用於控制第三三極管的導通與關斷的第一控制信號置 為高電平，以保持第三三極管和第四三極管處於導通狀態；在第一節點處的電壓低於第一預設閾值時，將第一控制信號從高電平置為低電平，在第一控制信號置為低電平之後，第三三極管被斷開；在第三三極管被斷開之後，第四三極管被斷開；以及在第四三極管被斷開之後，電機控制單元被斷開。

作為一個示例，該方法700還可以包括：在電機控制單元被斷開之後，將分別用於控制第一三極管和第二三極管的導通與關斷的第二控制信號和第三控制信號從高電平置為低電平，以將第一模組和第二模組斷開。

作為一個示例，該方法700還可以包括：在第四三極管處於關斷狀態之後，使得第五三極管處於關斷狀態，並且通過將第二電阻的阻值配置為大於第二預設閾值，使得流經第五模組的電流低於第三預設閾值。

作為一個示例，該方法700還可以包括：通過將第三模組中的第六電阻的阻值配置為大於第四預設閾值，使得流經第三模組的電流低於第五預設閾值。

作為一個示例，該方法700還可以包括：在第三三極管處於關斷狀態之後，使得第四三極管處於關斷狀態，以將第四模組斷開。

可以理解的是，以上在對控制器系統進行介紹時，已經對其細節進行了詳細的介紹，因為為了簡化描述，在對上述方法進行介紹時，其具體細節可以參見上述控制器系統，在此不再贅述。

需要明確的是，本發明並不局限於上文所描述並在圖中示出的特定配置和處理。為了簡明起見，這裡省略了對已知方法的詳細描述。在上述實施例中，描述和示出了若干具體的步驟作為示例。但是，本發明的方法過程並不限於所描述和示出的具體步驟，本領域的技術人員可以在領會本發明的精神後，作出各種改變、修改和添加，或者改變步驟之間的順序。

以上所述的結構框圖中所示的功能塊可以實現為硬體、軟體、 固件或者它們的組合。當以硬體方式實現時，其可以例如是電子電路、專用積體電路(Application Specific IC,ASIC)、適當的固件、外掛程式、功能卡等等。當以軟體方式實現時，本發明的元素是被用於執行所需任務的程式或者程式碼片段。程式或者程式碼片段可以存儲在機器可讀介質中，或者通過載波中攜帶的資料信號在傳輸介質或者通信鏈路上傳送。“機器可讀介質”可以包括能夠存儲或傳輸資訊的任何介質。機器可讀介質的例子包括電子電路、半導體記憶體設備、ROM、快閃記憶體、可擦除ROM(Erasable Read Only Memory,EROM)、軟碟、CD-ROM、光碟、硬碟、光纖介質、射頻(Radio Frequency,RF)鏈路，等等。程式碼片段可以經由諸如網際網路、內聯網等的電腦網路被下載。

還需要說明的是，本發明中提及的示例性實施例，基於一系列的步驟或者裝置描述一些方法或系統。但是，本發明不局限於上述步驟的順序，也就是說，可以按照實施例中提及的循序執行步驟，也可以不同於實施例中的順序，或者若干步驟同時執行。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，所屬領域的技術人員可以清楚地瞭解到，為了描述的方便和簡潔，上述描述的系統、模組和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。應理解，本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。

100:控制器系統

102:第一模組

103:第二模組

104:第三模組

105:第四模組

106:第五模組

110,130:供電模組

120:開關

140:電機控制單元(MCU)

150:處理單元

160:控制器

170:電解電容

180:電機

ADC1:第一數位信號

ADC2:第二數位信號

ADC3:模數轉換器

BAT:第一節點

BUS:第二節點

C1,C2,C3:電容

DC:節點

GPIO1,GPIO2,GPIO3:控制信號

Q1,Q2,Q3,Q4,Q5:三極管

R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14:電阻

Claims (22)

1. 一種用於控制電機的控制器系統，其特徵在於，包括：用於為所述電機供電的供電模組和用於控制所述電機的操作的開關，所述供電模組連接在地和第一節點之間，所述開關連接在所述第一節點和第二節點之間，並且還包括：

   第一模組，包括第一三極管，所述第一三極管被配置為在所述控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第一模組對所述第一節點處的電壓進行檢測；

   第二模組，包括第二三極管，所述第二三極管被配置為在所述電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第二模組對所述第二節點處的電壓進行檢測；以及

   所述電機控制單元，被配置為基於所述第一節點處的電壓和所述第二節點處的電壓，來判斷所述開關當前處於閉合還是斷開狀態。
2. 如請求項1所述的控制器系統，其中，還包括：

   第三模組，包括第三三極管，所述第三三極管被配置為在所述開關處於閉合狀態之後處於導通狀態，使得所述第三模組處於工作模式；第四模組，包括第四三極管，所述第四三極管被配置為在所述第三三極管處於導通狀態之後處於導通狀態，使得所述第四模組處於工作模式；

   所述電機控制單元被配置為在所述第三模組和所述第四模組處於工作模式之後處於工作模式。
3. 如請求項2所述的控制器系統，其中，

   所述第三三極管為NPN三極管，並且所述第四三極管為PNP電晶體。
4. 如請求項2所述的控制器系統，其中，還包括第五模組，所述第五模組包括第一電容、第五三極管和模數轉換器，其中所述模數轉換器被配置為：

   在所述第五三極管從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段內，對所 述第一電容上的電壓的斜率進行檢測；並且其中，

   當所述第一電容上的電壓的斜率為負值時，確定所述開關執行正常操作；以及

   當所述第一電容上的電壓的斜率為正值時，確定所述開關執行異常操作。
5. 如請求項4所述的控制器系統，其中，

   所述第一三極管、所述第二三極管、所述第三三極管、所述第四三極管和所述第五三極管為金屬氧化物半導體場效應電晶體MOSFET或雙極結型電晶體BJT。
6. 如請求項4所述的控制器系統，其中，所述第五模組還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第二電容，其中：

   所述第一電阻的第一端連接到所述第一節點，第二端連接到所述第二電阻的第一端，所述第二電阻的第二端接地；

   所述第三電阻的第一端連接到所述第一電阻的第二端，第二端連接到所述模數轉換器的第一端，所述模數轉換器的第二端用作所述第五模組的輸出端；

   所述第一電容的第一端和第二端分別連接到所述第二電阻的第一端和第二端；

   所述第四電阻的第一端連接到所述第四模組的輸出端，第二端連接到所述第五電阻的第一端，所述第五電阻的第二端接地；

   所述第二電容的第一端和第二端分別連接到所述第五電阻的第一端和第二端；

   所述第五三極管的第一端連接到所述第一電阻的第二端，第二端接地，並且第三端連接到所述第四電阻的第二端。
7. 如請求項6所述的控制器系統，其中，所述控制器系統還被配置為：

   在所述電機控制單元處於工作模式之後，將用於控制所述第三三極管的導通與關斷的第一控制信號置為高電平，以保持所述第三三極管和所述第四三極管處於導通狀態；

   在所述第一節點處的電壓低於第一預設閾值時，將所述第一控制信號從高電平置為低電平，

   在所述第一控制信號置為低電平之後，所述第三三極管被斷開；

   在所述第三三極管被斷開之後，所述第四三極管被斷開；以及

   在所述第四三極管被斷開之後，所述電機控制單元被斷開。
8. 如請求項7所述的控制器系統，其中，所述控制器系統還被配置為：

   在所述電機控制單元被斷開之後，將分別用於控制所述第一三極管和所述第二三極管的導通與關斷的第二控制信號和第三控制信號從高電平置為低電平，以將所述第一模組和所述第二模組斷開。
9. 如請求項7所述的控制器系統，其中，所述控制器系統還被配置為：

   在所述第四三極管處於關斷狀態之後，使得所述第五三極管處於關斷狀態，並且

   通過將所述第二電阻的阻值配置為大於第二預設閾值，使得流經所述第五模組的電流低於第三預設閾值。
10. 如請求項2所述的控制器系統，其中，所述控制器系統還被配置為：

    通過將所述第三模組中的第六電阻的阻值配置為大於第四預設閾值，使得流經所述第三模組的電流低於第五預設閾值。
11. 如請求項3所述的控制器系統，其中，所述控制器系統還被配置為：

    在所述第三三極管處於關斷狀態之後，使得所述第四三極管處於關斷狀態，以將所述第四模組斷開。
12. 一種用在如請求項1-11中任一項所述的控制器系統中的方法，其特徵在於，所述方法包括：

    控制所述第一三極管在所述控制器系統的電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第一模組對所述第一節點處的電壓進行檢測；

    控制所述第二三極管在所述電機控制單元處於工作模式之後處於導通狀態，使得所述第二模組對所述第二節點處的電壓進行檢測；以及

    利用所述電機控制單元基於所述第一節點處的電壓和所述第二節點處的電壓，來判斷所述開關當前處於閉合還是斷開狀態。
13. 如請求項12所述的方法，其中，所述控制器系統還包括具有第三三極管的第三模組和具有第四三極管的第四模組，所述方法還包括：

    控制所述第三三極管在所述開關處於閉合狀態之後處於導通狀態，使得所述第三模組處於工作模式；

    控制所述第四三極管在所述第三三極管處於導通狀態之後處於導通狀態，使得所述第四模組處於工作模式；

    利用所述電機控制單元在所述第三模組和所述第四模組處於工作模式之後處於工作模式。
14. 如請求項13所述的方法，其中，

    所述第三三極管為NPN三極管，並且所述第四三極管為PNP電晶體。
15. 如請求項13所述的方法，其中，所述控制器系統還包括具有第一電容、第五三極管和模數轉換器的第五模組，所述方法還包括：

    利用所述第五模組在所述第五三極管Q5從關斷狀態變為導通狀態之後的預設時段內，對所述第一電容C1上的電壓的斜率進行檢測；並且其中，

    當所述第一電容上的電壓的斜率為負值時，確定所述開關執行正常操作；以及

    當所述第一電容上的電壓的斜率為正值時，確定所述開關執行異常操 作。
16. 如請求項15所述的方法，其中，

    所述第一三極管、所述第二三極管、所述第三三極管、所述第四三極管和所述第五三極管為金屬氧化物半導體場效應電晶體MOSFET或雙極結型電晶體BJT。
17. 如請求項15所述的方法，其中，所述第五模組還包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻和第二電容，其中：

    所述第一電阻的第一端連接到所述第一節點，第二端連接到所述第二電阻的第一端，所述第二電阻的第二端接地；

    所述第三電阻的第一端連接到所述第一電阻的第二端，第二端連接到所述模數轉換器的第一端，所述模數轉換器的第二端用作所述第五模組的輸出端；

    所述第一電容的第一端和第二端分別連接到所述第二電阻的第一端和第二端；

    所述第四電阻的第一端連接到所述第四模組的輸出端，第二端連接到所述第五電阻的第一端，所述第五電阻的第二端接地；

    所述第二電容的第一端和第二端分別連接到所述第五電阻的第一端和第二端；

    所述第五三極管的第一端連接到所述第一電阻的第二端，第二端接地，並且第三端連接到所述第四電阻的第二端。
18. 如請求項17所述的方法，其中，所述方法還包括：

    在所述電機控制單元處於工作模式之後，將用於控制所述第三三極管的導通與關斷的第一控制信號置為高電平，以保持所述第三三極管和所述第四三極管處於導通狀態；

    在所述第一節點處的電壓低於第一預設閾值時，將所述第一控制信號從高電平置為低電平，

    在所述第一控制信號置為低電平之後，所述第三三極管被斷開；

    在所述第三三極管被斷開之後，所述第四三極管被斷開；以及

    在所述第四三極管被斷開之後，所述電機控制單元被斷開。
19. 如請求項18所述的方法，其中，所述方法還包括：

    在所述電機控制單元被斷開之後，將分別用於控制所述第一三極管和所述第二三極管的導通與關斷的第二控制信號和第三控制信號從高電平置為低電平，以將所述第一模組和所述第二模組斷開。
20. 如請求項18所述的方法，其中，所述方法還包括：

    在所述第四三極管處於關斷狀態之後，使得所述第五三極管處於關斷狀態，並且

    通過將所述第二電阻的阻值配置為大於第二預設閾值，使得流經所述第五模組的電流低於第三預設閾值。
21. 如請求項13所述的方法，其中，所述方法還包括：

    通過將所述第三模組中的第六電阻的阻值配置為大於第四預設閾值，使得流經所述第三模組的電流低於第五預設閾值。
22. 如請求項14所述的方法，其中，所述方法還包括：

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