一种破壁机集成电路的制作方法

本发明涉及破壁机领域，特别涉及具有一种破壁机集成电路。

背景技术：

破壁机通过电机带动刀组高速旋转，例如转速为22000转/分，以能够使刀组击破蔬果的细胞壁，有效地提取食材中的营养物质，从而有利于人体吸收。破壁机在使用过程中，电机开始旋转时食材的阻力较大，刀组的转速下降，因此在刚开始阶段的破壁效果较差，为了得到较佳的破壁效果，需要电机运行较长一段时间，使得破壁效率较低。对此，部分破壁机通过检测电机的转速，根据转速调节pwm信号的占空比，使得电机的转速稳定，提高破壁效率。为了能够对不同食材进行处理，破壁机一般设置有不同的转速档位。

然而，现有的破壁机，pwm信号占空比的最佳能耗效率区间是一定的，例如最佳能耗效率区间为70％-90％，为了使电机转速稳定，pwm信号的占空比会在一定范围内变化，同时，破壁机进行转速档位调节，亦是通过对pwm信号的占空比进行调节实现，使得pwm信号的占空比变化范围超出最佳能耗效率区间，例如低转速档位情况下占空比变化范围为30％-50％，中转速档位占空比变化范围为50％-70％，在高转速档位下占空比变化范围为70％-90％，只有在高转速档位占空比才在最佳能耗效率区间内，其他转速档位情况下pwm信号的占空比不在最佳能耗效率区间内，导致其他转速档位情况下工作耗能较大的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种破壁机集成电路，其能够根据转速档位调节输出至驱动模块的电压，使得在不同转速档位情况下，控制模块输出至驱动模块的pwm信号的占空比均能在最佳能耗效率区间内。

根据本发明第一方面实施例的一种破壁机集成电路，包括：电机；驱动模块，所述驱动模块的输出端与所述电机连接；控制模块，所述控制模块与所述驱动模块的控制端连接；转速检测模块，所述转速检测模块与所述控制模块连接，所述转速检测模块能够检测所述电机的转速；电压调节模块，所述电压调节模块与所述驱动模块的输入端连接，所述控制模块与所述电压调节模块连接以控制电压调节模块输出的电压值；档位调节模块，所述档位调节模块与所述控制模块连接。

根据本发明实施例的一种破壁机集成电路，至少具有如下有益效果：档位调节模块产生转速档位信号传输至控制模块，控制模块根据转速档位信号设定对应的基准转速值，同时控制模块根据转速档位信号控制电压调节模块的输出电压值与基准转速匹配。通过转速检测模块检测电机的实际转速值传输至控制模块，控制模块根据基准转速值与实际转速值调节输出至驱动模块控制端的pwm信号的占空比，以令实际转速值趋向基准转速值，实现稳定转速的效果。以此，转速档位调节主要通过电压调节模块调节输出的电压值大小实现，控制模块输出的pwm信号主要使电机的转速稳定，有利于在缩小控制模块输出pwm信号的占空比变化范围，使得在不同转速档位情况下，控制模块输出的pwm信号的占空比变化范围在最佳能耗效率区间内。

根据本发明的一些实施例，还包括电压检测模块，所述电压检测模块的输入端与所述驱动模块的输出端连接，所述电压检测模块的输出端与所述控制模块连接。

根据本发明的一些实施例，所述电压调节模块包括开关电源单元以及反馈调节单元，所述开关电源单元分别与所述驱动模块以及所述反馈调节单元的输入端连接，所述控制模块与所述反馈调节单元的控制端连接，所述反馈调节单元的输出端与所述开关电源单元的控制端连接。

根据本发明的一些实施例，所述反馈调节单元包括电压采样子单元、误差放大器、比较器以及锁存器，所述电压采样子单元的输入端与所述开关电源单元的输出端连接，所述电压采样子单元的输出端与所述误差放大器的第一输入端连接，所述控制模块与所述误差放大器的第二输入端连接，所述误差放大器的输出端与所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的第二输入端与基准电压连接，所述比较器的输出端与所述锁存器的第一输入端连接，所述锁存器的第二输入端与基准时钟信号连接，所述锁存器的输出端与所述开关电源单元的控制端连接。

根据本发明的一些实施例，还包括斜坡补偿模块以及叠加模块，所述斜坡补偿模块的输入端与基准时钟信号连接，所述斜坡补偿模块的输出端与所述叠加模块的第一输入端连接，所述叠加模块的第二输入端与基准电压连接，所述叠加模块的输出端与所述比较器的第二输入端连接。

根据本发明的一些实施例，所述斜坡补偿模块根据基准时钟信号在单位周期时间中产生斜率随时间增大的斜坡信号。

根据本发明的一些实施例，所述斜坡补偿模块包括开关管q6、开关管q7、开关管q8、开关管q9、电阻r5、电阻r6、电阻r9、电阻r13、电阻r14以及电阻r15；

所述开关管q6的输入端分别与所述开关管q7的输入端以及供电压连接，所述开关管q6的控制端分别与所述开关管q6的输出端、所述开关管q7的控制端、所述开关管q7的输出端、所述开关管q8的输入端、所述开关管q9的输入端以及所述叠加模块的第一输入端连接；

所述开关管q8的控制端分别与所述电阻r13的一端、电阻r15的一端以及基准时钟信号连接，所述开关管q8的输出端与所述电阻r5的一端连接；

所述开关管q9的控制端分别与所述电阻r13的另一端以及所述电阻r14的一端连接，所述开关管q9的输出端与所述电阻r6的一端连接；

所述电阻r5的另一端分别与所述电阻r6的另一端以及所述电阻r9的一端连接，所述电阻r9的另一端、所述电阻r14的另一端以及所述电阻r15的另一端均接地。

根据本发明的一些实施例，所述转速检测模块包括霍尔传感器以及光电耦合器，所述电机的转轴连接有磁块，所述霍尔传感器能够检测所述磁块的转速，所述霍尔传感器与所述光电耦合器的发光件连接，所述光电耦合器的受光件与所述控制模块连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明其中一种实施例的结构框图；

图2为本发明其中一种实施例中控制模块、电压调节模块以及档位调节模块的电路图；

图3为本发明其中一种实施例中驱动模块、转速检测模块以及电压检测模块的电路图；

图4为本发明其中一种实施例中斜坡补偿模块的电路图；

图5为本发明其中一种实施例中斜坡补偿模块输出斜坡信号的波形图；

图6为传统没有斜坡补偿情况下驱动模块的输入端电压波形图；

图7为本发明其中一种实施例中驱动模块的输入端电压波形图；

图8为本发明其中一种实施例中控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，根据本发明实施例的一种破壁机集成电路，包括：电机100；驱动模块200，驱动模块200的输出端与电机100连接；控制模块300，控制模块300与驱动模块200的控制端连接；转速检测模块400，转速检测模块400与控制模块300连接，转速检测模块400能够检测电机100的转速；电压调节模块500，电压调节模块500与驱动模块200的输入端连接，控制模块300与电压调节模块500连接以控制电压调节模块500输出的电压值；档位调节模块600，档位调节模块600与控制模块300连接。

档位调节模块600产生转速档位信号传输至控制模块300，控制模块300根据转速档位信号设定对应的基准转速值，同时控制模块300根据转速档位信号控制电压调节模块500的输出电压值与基准转速匹配。通过转速检测模块400检测电机100的实际转速值传输至控制模块300，控制模块300根据基准转速值与实际转速值调节输出至驱动模块200控制端的pwm信号的占空比，以令实际转速值趋向基准转速值，实现稳定转速的效果。以此，转速档位调节主要通过电压调节模块500调节输出的电压值大小实现，控制模块300输出的pwm信号主要使电机100的转速稳定，有利于在缩小控制模块300输出pwm信号的占空比变化范围，使得在不同转速档位情况下，控制模块300输出的pwm信号的占空比变化范围在最佳能耗效率区间内。

如图3所示，驱动模块200可以是常见的pwm调速直流电机100驱动电路，控制模块300通过输出pwm信号至开关管q2、开关管q3、开关管q4以及开关管q5的控制端，在控制开关管q2和开关管q5导通并且开关管q3和开关管q4截止时，电机100正转；在控制开关管q3和开关管q4导通并且开关管q2和开关管q5截止时，电机100反转。另外，控制模块300通过调节pwm信号的占空比控制开关管的导通时间，以调节流经电机100的平均电流的大小，进而实现调节电机100转速的目的。

控制模块300可以是包括单片机、嵌入式芯片等能够接收信号并根据信号进行处理后输出相应信号的器件的实施方式。档位调节模块600可以是包括按键组、旋钮等能够根据使用者操作产生对应操控信号的器件的实施方式。

由于电机100的转速与流经的平均电流大小关系较大，在平均电流大小一定的条件下，情况(1)输入电压高并且pwm信号占空比较小，输入电压高使得开关管导通时电流较大，pwm信号占空比较小使得开关管导通时间较短；而情况(2)，输入电压低并且pwm信号占空比较大，此时，输入电压低使得开关管导通时电流较小，pwm信号占空比较大使得开关管导通时间较长，情况(1)与情况(2)pwm信号单位周期内平均电流相等，但是根据焦耳定律：q＝i²rt(q热量；i电流；r电阻；t时间)，可以得知，由于电路中电阻不变，情况(1)产生的热量比情况(2)产生的热量多，因而情况(2)的能耗效率要更高。并且可以进一步推论，在输入电压一定时，占空比越大能耗效率越高。但是，一般情况下出于安全和使用寿命、预留调节范围等原因，占空比不会取最大100％，因此一般情况下pwm信号最佳能耗效率区间为接近100％，例如为70％-90％。综上，本发明通过在控制模块300控制下，电压调节模块500调节输出电压值的大小，以调节电机100转速起到主要作用，令控制模块300输出的pwm信号占空比在不同转速档位情况下，均能够位于最佳能耗效率区间中，有利于提高能耗效率。

参照图1和图3，在本发明的一些实施例中，还包括电压检测模块700，电压检测模块700的输入端与驱动模块200的输出端连接，电压检测模块700的输出端与控制模块300连接。

电压检测模块700检测电压调节模块500输出至驱动模块200输入端的实际电压值，然后传输至控制模块300，控制模块300根据实际电压值调节电压调节模块500，有利于控制电压调节模块500输出更加准确的电压值大小，提高可靠性。

电压检测模块700可以是包括电压互感器或者常见的分压检测电路等能够检测电压的器件或电路的实施方式。

参照图1和图2，在本发明的一些实施例中，电压调节模块500包括开关电源单元510以及反馈调节单元520，开关电源单元510分别与驱动模块200以及反馈调节单元520的输入端连接，控制模块300与反馈调节单元520的控制端连接，反馈调节单元520的输出端与开关电源单元510的控制端连接。

开关电源单元510产生合适的电压输出至驱动模块200，开关电源单元510具有功耗小、效率高、体积轻等优点，适用于破壁机的使用环境。同时通过设置有反馈调节单元520，反馈调节单元520检测开关电源单元510的输出电压值大小并进行反馈调节，以能够令开关电源单元510的输出电压更加稳定，同时控制模块300亦能够通过反馈调节单元520控制开关电源单元510的输出电压值大小，以满足不同转速档位的需求。

开关电源单元510可以是buck电路、boost电路或buck-boost电路等常见的开关电源电路的实施方式。

参照图2，在本发明的一些实施例中，反馈调节单元520包括电压采样子单元521、误差放大器522、比较器523以及锁存器524，电压采样子单元521的输入端与开关电源单元510的输出端连接，电压采样子单元521的输出端与误差放大器522的第一输入端连接，控制模块300与误差放大器522的第二输入端连接，误差放大器522的输出端与比较器523的第一输入端连接，比较器523的第二输入端与基准电压连接，比较器523的输出端与锁存器524的第一输入端连接，锁存器524的第二输入端与基准时钟信号连接，锁存器524的输出端与开关电源单元510的控制端连接。

通过电压采样子单元521对开关电源单元510的输出端电压进行采样检测后传输至误差放大器522的第一输入端连接，控制模块300与误差放大器522的第二输入端连接，误差放大器522输出反馈信号至比较器523，比较器523将反馈信号与输入的基准电压对比后产生方波信号，方波信号与基准时钟信号通过锁存器524叠加后形成pwm信号传输至开关电源单元510的控制端。控制模块300通过调节输入至误差放大器522第二输入端的电压大小，能够控制最终pwm信号的占空比，进而实现控制开关电源单元510输出电压值大小的效果。

电压采样子单元521可以是分压电路、电压互感器等能够检测电压的电路或器件的实施方式。

参考图6在开关电源单元510采用峰值电流控制模式，具有响应快便于控制的优点，然而在pwm信号占空比超过50％情况下，受到外界干扰输出产生电压偏移δu时，电压偏移δu会逐渐增大，最终导致电压震荡，影响后续驱动模块200工作的稳定。

对于上述问题，参照图2和图4，在本发明的一些实施例中，还包括斜坡补偿模块800以及叠加模块900，斜坡补偿模块800的输入端与基准时钟信号连接，斜坡补偿模块800的输出端与叠加模块900的第一输入端连接，叠加模块900的第二输入端与基准电压连接，叠加模块900的输出端与比较器523的第二输入端连接。

通过斜坡补偿模块800产生斜坡信号传输至叠加模块900，叠加模块900将斜坡信号与基准电压叠加后传输至比较器523，以此实现斜坡补偿效果。参考图7，经过斜波补偿后，电压偏移δu会逐渐减少，最终消除电压偏移δu，有利于使得开关电源单元510的输出电压更加稳定，提高可靠性。

参照图5和图7，在本发明的一些实施例中，斜坡补偿模块800根据基准时钟信号在单位周期时间中产生斜率随时间增大的斜坡信号。

传统采用固定斜率的斜坡信号进行补偿，存在开关电源控制端输入的pwm信号占空比较小时，斜坡信号斜率较大，影响工作效率，而在pwm信号占空比较大时，斜波信号斜率不够的情况。对此，通过斜波补偿模块根据基准时钟信号产生在单位周期内斜率逐渐增大的斜波信号，以能够在开关电源控制端输入的pwm信号占空比较小时，进行斜率较小的斜坡补偿，减少对工作效率的影响；而在pwm信号占空比较大时，进行斜率较大的斜波补偿，满足使用需求。

参照图4，在本发明的一些实施例中，斜坡补偿模块800包括开关管q6、开关管q7、开关管q8、开关管q9、电阻r5、电阻r6、电阻r9、电阻r13、电阻r14以及电阻r15；

开关管q6的输入端分别与开关管q7的输入端以及供电压连接，开关管q6的控制端分别与开关管q6的输出端、开关管q7的控制端、开关管q7的输出端、开关管q8的输入端、开关管q9的输入端以及叠加模块900的第一输入端连接；

开关管q8的控制端分别与电阻r13的一端、电阻r15的一端以及基准时钟信号连接，开关管q8的输出端与电阻r5的一端连接；

开关管q9的控制端分别与电阻r13的另一端以及电阻r14的一端连接，开关管q9的输出端与电阻r6的一端连接；

电阻r5的另一端分别与电阻r6的另一端以及电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端、电阻r14的另一端以及电阻r15的另一端均接地。

输入至开关管q8和开关管q9的基准时钟信号为周期锯齿波，通过对电阻r13、电阻r14和电阻r15设置合适的电阻值，以使得开关管q8和开关管q9在周期锯齿波的单位周期内先后导通，进而实现在单位周期内输出输出斜率不同的斜坡信号的效果。

在单位周期内，初始阶段中开关管q8和开关管q9均为截止状态，此时随着周期锯齿波电压上升，输出的斜坡信号斜率较小。当周期锯齿波的电压超过开关管q8的导通阈值时，开关管q8导通有较大电流流过，并经过电阻r5和电阻r9形成输出电压，输出电压随周期锯齿波电压上升而增大，由于开关管q8导通，斜坡信号的斜率增大。当周期锯齿波的电压上升超过开关管q9的导通阈值时，开关管q9导通，流经电阻r9的电流是开关管q8和开关管q9的电流之和，使得斜波信号的斜率进一步增加。以此结构实现单位周期内，斜坡信号的斜率逐渐增大的效果，结构简单，便于实施。

输入至锁存器524的基准时钟信号为周期方波，输入至开关管q8和开关管开关管q9的基准时钟信号为周期锯齿波，周期方波和周期锯齿波的周期相等均能实现时钟信号的功能。两种基准时钟信号可以由时钟芯片产生，亦可以是振荡器配合方波转换电路以及锯齿波转换电路获得。

参照图3，在本发明的一些实施例中，转速检测模块400包括霍尔传感器410以及光电耦合器420，电机100的转轴连接有磁块，霍尔传感器410能够检测磁块的转速，霍尔传感器410与光电耦合器420的发光件连接，光电耦合器420的受光件与控制模块300连接。

电机100的转轴连接有磁块，使得转轴转动时，磁块位置周期性变化，磁块位置周期性变化使得磁块产生的磁场亦周期性变化，通过霍尔传感器410检测磁块的磁场变化，进而能够检测到磁场周期变化时间，即能获知电机100的转速，霍尔传感器410通过光电耦合器420输出转速检测信号至控制模块300，以此实现检测电机100转速的目的，结构简单，并且采用光电耦合器420能够提高抗干扰性能，有利于令转速检测的结果更加准确，提高可靠性。

根据本发明的第二方面实施例的破壁机，包括机体、刀组、档位件以及设置在机体上如上的一种破壁机集成电路，电机100与刀组连接。

使用者能够根据实际使用需求操控档位调节模块600进行转速档位调节，档位调节模块600产生转速档位信号传输至控制模块300，控制模块300根据转速档位信号控制电压调节模块500输出对应的电压至驱动模块200，同时根据档位调节模块600设定基准转速。驱动模块200驱使电机100带动刀组转动，以对食材进行破壁处理，转速检测模块400检测电机100的实际转速值传输至控制模块300，控制模块300根据基准转速与实际转速调节输出值驱动模块200控制端的pwm信号的占空比，进而令电机100的转速更加稳定，有利于提高破壁效率。另外，转速档位调节主要通过电压调节模块500调节输出的电压值大小实现，控制模块300输出的pwm信号主要使电机100的转速稳定，有利于在缩小控制模块300输出pwm信号的占空比变化范围，使得在不同转速档位情况下，控制模块300输出的pwm信号的占空比变化范围在最佳能耗效率区间内，有利于提高能耗效率。

参照图8，根据本发明的第三方面实施例的控制方法，包括步骤：

s1：获取转速档位信号；

s2：根据转速档位信号调节电压调节模块500的输出电压值，根据转速档位信号设定电机100的基准转速值；

s3：获取电机100的实际转速值，对比基准转速与实际转速，调节输出至驱动模块200控制端的pwm信号的占空比。

根据转速档位信号条件而电压调节模块500的输出电压值，以提供合适的电压值驱使电机100达到所需转速，并且设定与转速档位信号对应的电机100的基准转速值，对比基准转速值与实际转速值，通过调节传输至驱动模块200控制端的pwm信号的占空比，以维持电机100转速稳定在基准转速值附近，有利于提高破壁效率。转速档位调节主要通过电压调节模块500调节输出的电压值大小实现，控制模块300输出的pwm信号主要使电机100的转速稳定，有利于在缩小控制模块300输出pwm信号的占空比变化范围，使得在不同转速档位情况下，控制模块300输出的pwm信号的占空比变化范围在最佳能耗效率区间内，有利于提高能耗效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。