一种反向关阀电路的制作方法

本发明涉及家电控制技术领域，尤其涉及一种反向关阀电路。

背景技术：

直流电磁阀的使用在现在生活中已经非常普遍，例如，在燃气热水器、燃气灶等家电中使用的燃气阀，都属于直流电磁阀。这种电磁阀都是提供直流电压后，电磁阀线圈中的电流建立磁场，使金属阀体打开；当断开提供的直流电压时，电磁阀线圈中的电流逐渐减小，阀体关闭。

一般关闭直流电磁阀时，都是通过主控制器MCU输出一个关闭信号，控制电源与电磁阀断开。由于电磁阀是感性负载，断开电源后，电磁阀线圈中的电流不会立刻降为0，而是通过并联在电磁阀两端的续流二极管继续按原方向流动，缓慢降低。当此电流降低到一定程度时，此电流建立的磁场所产生的磁力不足以与连接阀体的弹簧所产生的弹力相抗衡，阀体回归原位，电磁阀关闭。

这种通过断开电源使电磁阀自然关闭的控制方式主要有以下缺点：一方面，这种关阀的速度比较缓慢，限制了其适用性，在一些要求瞬间关阀的环境中不可用；另一方面，当外界产生干扰时，例如，干扰使得MCU死机，则易导致无法控制电磁阀关闭，影响使用。

技术实现要素：

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的反向关阀电路。具体地，本发明提供能够瞬间关闭电磁阀的反向关阀电路。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种反向关阀电路，所述反向关阀电路包括升压电路、主控制器MCU、MOS管电路和控制电路；其中，所述升压电路的第一输入端与所述MCU的第一输出端连接，所述升压电路的第二输入端与所述MCU的第二输出端连接，所述升压电路的输出端与所述MOS管电路的第一输入端连接，所述MOS管电路具有用于与电磁阀的正极连接的第一输出端和用于与电磁阀的负极连接的第二输出端，所述MOS管电路的第二输入端与所述控制电路的输出端连接，所述控制电路的输入端与所述MCU的第三输出端连接；

所述MOS管电路包括第二电解电容和MOS管，所述第二电解电容的负极作为所述MOS管电路的第一输出端；所述第二电解电容的正极与所述MOS管的漏极连接，且作为所述MOS管电路的第一输入端；所述MOS管的源极作为所述MOS管电路的第二输出端；

所述MCU用于为所述升压电路和所述控制电路提供输入信号，所述升压电路用于将其输出端电压升高后为所述第二电解电容充电，所述控制电路用于控制所述MOS管的导通和关闭，所述第二电解电容用于当所述MOS管导通时放电以关闭电磁阀。

其中，所述升压电路包括第一三极管、第二三极管、限流电阻、第一电阻、第二电阻、第一电解电容、第一二极管和第二二极管；其中，所述限流电阻的第一端与电源的正极连接，所述限流电阻的第二端与第一三极管的发射极连接，所述第一电阻的第一端作为所述升压电路的第一输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一二极管的正极与所述限流电阻的第二端连接，所述第一二极管的负极与所述第一电解电容的正极连接，所述第一电解电容的负极与所述第一三极管的集电极连接；

所述第二电阻R2的第一端作为所述升压电路的第二输入端，所述第二电阻的第二端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述第一电解电容的负极连接，所述第二三极管的发射极接地；所述第二二极管的正极与所述第一电解电容的正极连接，所述第二二极管的负极作为所述升压电路的输出端使用。

其中，所述升压电路还包括第一电容和第二电容，所述第一电容与所述第一电阻并联，所述第二电容与所述第二电阻并联。

其中，所述MOS管电路还包括第三电解电容、第三三极管和第三电阻；其中，所述第二电解电容的正极与所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述第三电解电容的正极连接，所述第三电解电容的负极接地；

所述第三电解电容的正极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述MOS管的栅极连接，且作为所述MOS管电路的第二输入端。

其中，所述MOS管为N沟道MOS管。

其中，所述控制电路包括第四电阻、第三三极管、第五电阻、第六电阻和隔直电路；其中，所述隔直电路的输入端作为所述控制电路的输入端使用，所述隔直电路的输出端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述第三三极管的基极连接；所述第三三极管的集电极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端作为所述控制电路的输出端，所述第三三极管的发射极接地；所述第六电阻的第一端与所述第三三极管的基极连接，所述第六电阻的第二端与所述第三三极管的发射极连接。

其中，所述隔直电路包括第三电容、第四二极管、第四电解电容、第五二极管和第七电阻；其中，所述第三电容的第一端作为所述隔直电路的输入端，所述第三电容的第二端与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极作为所述隔直电路的输出端；所述第四电解电容的正极与所述第四二极管的负极连接，所述第四电解电容的负极接地；所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第三电容的第二端连接。

其中，所述MCU的第一输出端输出第一方波信号，所述MCU的第二输出端输出第二方波信号，所述第一方波信号与所述第二方波信号频率相同、占空比不同。

其中，所述第一方波信号与所述第二方波信号的占空比之和为1。

其中，所述MCU的第三输出端输出的为脉冲宽度调制PWM信号。

本发明提供的反向关阀电路可以实现瞬间关阀，不仅适用于电磁阀或者脉冲阀正常工作的环境中，也可以在MCU死机、突发断电等情况下实现瞬间关阀。该反向关阀电路可靠性高，适用于安全要求较高的工作环境，例如燃气热水器、燃气灶等。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的反向关阀电路的示意图；

图2示例性地示出了MCU的第一输出端和第二输出端的输出信号波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提出了一种关于直流电磁阀和脉冲阀的反向关闭的控制方案，可以实现在断电的瞬间将阀门关闭。采用三极管和MOS管组成的控制电路，通过PWM信号控制三极管的导通与截止来实现电解电容的充放电，进而控制MOS管的导通与否。当MOS管无法导通时，电磁阀正常工作；而当MOS管导通时，对电磁阀两端实现反向加压，产生于电磁阀原来电流方向相反的电流，使得电磁阀内的磁场互相抵消，进而致使电磁阀关闭。

下面结合附图，对根据本发明所提供的反向关阀电路进行详细描述。

图1示出了本发明的反向关阀电路的一种实施例的结构示意图，参照图1所示，该反向关阀电路包括升压电路1、主控制器MCU2、MOS管电路3和控制电路4。其中，升压电路1将其输出端电压升高后输送至MOS管电路3，为MOS管电路3中的电解电容充电，以待随时在需要关闭电磁阀5时，通过MOS管向电磁阀5的两端输送反向电压，抵消电磁阀5内的磁场以实现瞬时关闭电磁阀5；控制电路4则用以控制使MOS管电路3中的MOS管在正常工作状态下始终保持关闭状态，而在断电(包括人为关闭、意外断电等情况)时控制MOS管导通；主控制器MCU2则为升压电路1和控制电路4提供实现相应功能所需要的电信号。

具体地，升压电路1的第一输入端与MCU2的第一输出端OUT1连接，升压电路1的第二输入端与MCU2的第二输出端OUT2连接，MCU2的两个输出端OUT1和OUT2的输出信号分别作为升压电路1的两路输入信号，控制升压电路1的输出电压变化。

升压电路1的输出端与MOS管电路3的第一输入端连接，升压电路1接收输入信号后将其输出端的的电压升高后输送至MOS管电路3中，为其电解电容充电。

MOS管电路3具有用于与电磁阀5的正极连接的第一输出端和用于与电磁阀5的负极连接的第二输出端，即，MOS管电路3的两个输出端作为本发明的反向关阀电路的输出端使用，与需要控制的电磁阀5的正负极连接。

MOS管电路3的第二输入端与控制电路4的输出端连接，控制电路4的输入端与MCU2的第三输出端OUT3连接。MCU2的第三输出端OUT3的输出信号作为控制电路4的输入信号，控制电路4主要控制MOS管电路3中的MOS管的导通和关闭，进而控制电磁阀5的关闭。

具体地，MOS管电路3包括第二电解电容E2和MOS管M1。其中，第二电解电容E2的负极作为MOS管电路3的第一输出端使用，即为本发明的反向关阀电路的第一输出端，在实际使用时连接电磁阀5的正极；第二电解电容E2的正极与MOS管M1的漏极连接，且作为MOS管电路3的第一输入端使用，即用以连接控制电路3的输出端；MOS管M1的源极作为MOS管电路3的第二输出端使用，即为本发明的反向关阀电路的第二输出端，在实际使用时连接电磁阀5的负极。在本发明的反向关阀电路中，MCU2作为主控制器，主要用于为升压电路1和控制电路4提供输入信号。其中，升压电路1接收MCU2的信号后用于将其输出端的电压升高后为第二电解电容E2充电；控制电路4接收MCU2的信号后用于控制MOS管M1的导通和关闭，而第二电解电容E2则用于当MOS管M1导通时放电，以反向关闭电磁阀。

具体地，升压电路1包括第一三极管P1、第二三极管N2、限流电阻R0、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电解电容E1、第一二极管D1和第二二极管D2。

其中，限流电阻R0用作第一电解电容E1的充电限流电阻，其第一端与电源的正极连接，限流电阻R0的第二端与第一三极管P1的发射极连接；第一电阻R1的第一端作为升压电路1的第一输入端，第一电阻R1的第二端与第一三极管P1的基极连接，用以驱动第一三极管P1；第一二极管D1的正极与限流电阻R0的第二端连接，第一二极管D1的负极与第一电解电容E1的正极连接，第一电解电容E1的负极与第一三极管P1的集电极连接。

第二电阻R2的第一端作为升压电路1的第二输入端，第二电阻R2的第二端与第二三极管N2的基极连接，用以驱动第二三极管N2；第二三极管N2的集电极与第一电解电容E1的负极连接，第二三极管N2的发射极接地。

第二二极管D2的正极与第一电解电容E1的正极连接，第二二极管D2的负极作为升压电路1的输出端使用。

需要指出的是，第一三极管P1选用为PNP型三极管，而第二三极管N2选用为NPN型三极管。

为实现升压电路1的升压作用，MCU2的第一输出端OUT1输出第一方波信号，MCU2的第二输出端OUT2输出第二方波信号，第一方波信号与第二方波信号频率相同、占空比不同。

图2示出了本发明的一种实施例中，MCU2的输出端OUT1和OUT2的输出信号波形图。其中，第一方波信号与第二方波信号的占空比之和为1。参照图2所示，在本实施例中，在第二方波信号的高电平两侧，第一方波信号与第二方波信号之间存在对称死区，也即，该对称死区发生在第一方波信号为低电平时的两侧。

当MCU2的第二输出端OUT2输出的第二方波信号为高电平时，MCU2的第一输出端OUT1输出的第一方波信号必为高电平，此时，第一三极管P1无法导通，而第二三极管N2处于导通状态。此时的电流流动方向是VCC→D1→E1→N2→GND，为电解电容E1进行一次充电，使得E1储存一定的电荷，从而其两端有一定的电压存在。当经过约(R0×E1)秒的时间后，E1两端的电压接近VCC。

当第一方波信号为低电平时，第二方波信号必为低电平，此时第一三极管P1导通，而第二三极管N2无法导通。这种状态下，电流没有可以流动的路径，所以VCC直接加在第一电解电容E1的负极。而由于电解电容两端的电压(设为Ve)不能突变，所以在第一电解电容E1的负极电压变为VCC时，其正极电压被抬高为VCC+Ve，近似为2×VCC，从而第一电解电容E1正极的电压就得到了升高。

当第一方波信号和第二方波信号处于死区时间内时，即第一方波信号为高电平、第二方波信号为低电平时，第一三极管P1和第二三极管N2均无法导通。

具体地，该升压电路1还可以包括第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1与第一电阻R1并联，第二电容C2与第二电阻R2并联。并联在R1两端的第一电容C1能够实现第一三极管P1的导通，并联在R2两端的第二电容C2则用来加速第二三极管N2的导通。

MOS管电路3主要是通过MOS管的导通，来控制对电磁阀5施加反向电压，使得电磁阀5关闭。如图1所示，MOS管电路3还包括第三电解电容E3、第三三极管D3和第三电阻R3。第二电解电容E2的正极与第三二极管D3的正极连接，第三二极管D3的负极与第三电解电容E3的正极连接，第三电解电容E3的负极接地；第三电解电容E3的正极与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与MOS管M1的栅极连接，且作为MOS管电路3的第二输入端使用。

在升压电路1对第一电解电容E1的正极电压进行升压之后，升高后的2×VCC电压为第二电解电容E2和第三电解电容E3充电，同时接在MOS管M1的漏极。其中，MOS管M1选用为N沟道MOS管。当MOS管M1的栅极电压高于源极电压一定值后，MOS管M1导通。第二电解电容E2两端的电压可以通过MOS管M1反向施加在电磁阀5的两端，所产生的瞬间电流与原来正常流经电磁阀5的电流方向相反，使电磁阀内的磁场相互抵消，电磁阀5关闭。

由于上述效果是需要MOS管M1导通来实现的，因此在正常工作情况下，需要MOS管M1处于关闭状态，以免影响电磁阀5的正常工作。控制电路4的主要作用即为控制MOS管M1在正常工作状态下保持关闭状态，只有在断电或者无信号输入的情况下，令MOS管M1导通。

具体地，控制电路4包括第四电阻R4、第三三极管N3、第五电阻R5、第六电阻R6和隔直电路6。其中，隔直电路6的输入端作为控制电路4的输入端使用，连接主控制器MCU2的第三输出端OUT3；隔直电路6的输出端与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端与第三三极管N3的基极连接；第三三极管N3的集电极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端作为控制电路4的输出端，在使用时连接MOS管电路3的第二输入端，即第四电阻R4的第二端与MOS管M1的栅极连接；第三三极管N3的发射极接地。其中，第三三极管N3选用NPN型三极管。

第六电阻R6的第一端与第三三极管N3的基极连接，第六电阻R6的第二端与第三三极管N3的发射极连接。

需要指出的是，主控制器MCU2的第三输出端OUT3输出的为脉冲宽度调制PWM信号。隔直电路6的作用就是隔离直流信号，只允许PWM信号通过，而不允许直流信号通过，从而使得在正常工作状态下第三三极管N3处于导通状态，进而输送至MOS管M1的栅极信号为低电平，使MOS管M1保持关闭；只有在断电等异常状态下，控制电路4无信号输入，进而第三三极管N3无法导通，致使MOS管M1导通后对电磁阀5两端施加反向电压，控制电磁阀5瞬间关闭。

具体地，隔直电路6包括第三电容C3、第四二极管D4、第四电解电容E4、第五二极管D5和第七电阻R7。其中，第三电容C3的第一端作为隔直电路6的输入端，第三电容C3的第二端与第四二极管D4的正极连接，第四二极管D4的负极作为隔直电路6的输出端使用，与第五电阻R5的第一端连接。

第四电解电容E4的正极与第四二极管D4的负极连接，第四电解电容E4的负极接地。第五二极管D5的正极接地，第五二极管D5的负极与第七电阻R7的第一端连接，第七电阻R7的第二端与第三电容C3的第二端连接。

在隔直电路6中，第三电容C3起到“隔直通交”的作用。当PWM信号为高电平时，第三电容C3在很短的时间内可以认为短路，电流的流动方向是OUT3→C3→D4→E4→GND，对第四电解电容E4进行充电。随着E4两端电压逐渐升高，在第三电容C3两端也逐渐形成电压，其第一端为正、第二端为负。当PWM为低电平时，由于第三电容C3两端的电压差不能突变，而其第一端电压变为0V，从而其第二端电压变为负压，此时电流的流动路径为GND→D5→R7→C3的第二端；而第四电解电容E4的电压达到一定值后，在PWM为低电平时E4放电，电流经过第五电阻R5到达N1的基极，第三三极管N3导通。由此可知，无论PWM信号为高电平还是低电平，第三三极管N3均导通，从而控制电路4通过第四电阻R4输出至MOS管M1栅极的信号保持为低电压状态，使得MOS管M1保持关闭。

但是当需要关闭电磁阀时，包括人为关闭、或者出现意外情况，例如断电、MCU死机等，此时，主控制器MCU2的第三输出端OUT3无PWM信号输出，第三三极管N3无法导通，第三电解电容E3的正极电压即通过第三电阻R3输送至MOS管M1的栅极，使得MOS管M1导通，从而第二电解电容E2即可通过MOS管M1为电磁阀5的两端施加反向电压，控制电磁阀5关闭。

这里需要指出的是，如果MCU2的第三输出端OUT3输出的不是PWM信号，而是固定电平的电信号，则无法令第四电解电容E4充电，从而无法使得使得第三三极管N3导通。

本发明提供的反向关阀电路不仅能够用于电磁阀或者脉冲阀正常工作的环境中，而且适用于主控制器死机、突然断电等突发情况，而且适合对关阀响应迅速的高要求工作环境，例如燃气热水器、燃气灶等。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。