电能输出控制器、电能输出装置、电动装置及水下推进器的制造方法

专利名称:电能输出控制器、电能输出装置、电动装置及水下推进器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种电能输出控制器、电能输出装置、电动装置及水下推进器，解决现有技术中电能输出控制器结构相对复杂，制作成本过高，电能输出控制器与不同规格的电机的兼容性较弱，以致通用性不足的技术问题。其结构包括：控制芯片(1)和与控制芯片(1)连接的系统电源电路(2)、急停控制电路(3)、电机驱动电路(4)、电流检测及滤波比较电路(5)和调速电路(6)。本实用新型电能输出控制器采用纯硬件电路设计，结构简单易于实现，最大限度的节约了电能输出控制器的硬件制作成本和调试成本；此外，本实用新型电机驱动电路的设置，使电能输出控制器与不同规格的电机的兼容性进一步增强，使通用性得到进一步的提高。
【专利说明】电能输出控制器、电能输出装置、电动装置及水下推进器

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电能自动控制【技术领域】，具体涉及一种电能输出控制器。

【背景技术】
[0002]现有技术中电能输出控制器在推进器领域应用相对比较广泛，如螺旋桨推进器，电动船用推进器、航空推进器和喷水推进器等。图1所示，现有技术中的蛙人小型水下推进器，由于其自身对续航能力、负重、航速要求不高，故其电源采用电池供电，其采用的电能输出控制器不需要附加常规推进器所具有的导航及定位的功能。现有技术中的小型水下推进器具有:电能输出控制器结构相对复杂，制作成本过高，控制电路对于不同规格的电池及电机的兼容性较弱，通用性不足等技术缺陷。因此，研发一款以电池作为电源，适用于低功率输出，结构简单，自保护功能稳定可靠，易于调试的电能输出控制器成为一种必需。
实用新型内容
[0003]为此，本实用新型提供一种电能输出控制器，解决现有技术中电能输出控制器结构相对复杂，制作成本过高，电能输出控制器与不同规格的电机的兼容性较弱，以致通用性不足的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电能输出控制器，包括:控制芯片和与所述控制芯片连接的系统电源电路、急停控制电路、电机驱动电路、电流检测及滤波比较电路和调速电路；
[0005]所述系统电源电路用于向所述控制芯片供电；
[0006]所述急停控制电路用于强行切断所述电能输出控制器的电能输出；
[0007]所述电机驱动电路利用PWM控制信号，驱动功率MOS的通断；
[0008]所述电流检测及滤波比较电路用于检测反馈至所述电能输出控制器的电流信号，并对所述检测值滤波后与参考值进行比较，判断由所述电能输出控制器输出的电流是否过流；
[0009]所述调速电路通过电位计调节所述电能输出控制器的电能输出。
[0010]根据本实用新型的一个实施方式，其中，还包括:与所述控制芯片电连接及信号连接的用于扩展备用电池的电池自动切换电路。
[0011]根据本实用新型的一个实施方式，其中，所述控制芯片为SG1525系列脉宽调制芯片。
[0012]根据本实用新型的一个实施方式，其中，还包括:电压检测与滤波比较电路，及与所述电压检测与滤波比较电路电连接的欠压报警电路；
[0013]所述电压检测与滤波比较电路用于检测输入电压信号，并对所述输入电压信号进行滤波后与参考值进行比较；
[0014]所述欠压报警电路在检测到所述输入电压信号低于所述参考值时发出警报电信号。
[0015]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电能输出装置，包括电池和如前所述的电能输出控制器；所述电池与所述系统电源电路及电压检测及滤波比较电路电连接。
[0016]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电动装置，包括电动机和如前所述的电能输出装置；所述电池与所述电动机电连接；所述电机驱动电路及电流检测及滤波比较电路与所述电动机电连接及信号连接。
[0017]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种水下推进器，所述水下推进器包括如前所述的电能输出控制器。
[0018]本实用新型电能输出控制器采用纯硬件电路设计，结构简单易于实现，最大限度的节约了电能输出控制器的硬件制作成本和调试成本，解决现有技术中电能输出控制器结构相对复杂，制作成本过高的技术问题；此外，本实用新型电机驱动电路的设置，解决现有技术中电能输出控制器与不同规格的电机的兼容性较弱，以致通用性不足的技术问题。
[0019]进一步的，本实用新型新增电池自动切换电路，解决控制电路对于不同规格的电池兼容性较弱，以致通用性不足的技术问题，此外在同时使用多块电池时，当工作中的电池电量低于保护值时能够将负载自动切换连接至另一块电池，可实现多组后备电池的扩展。
[0020]进一步的，本实用新型提供一种电能输出装置，对不同规格的电池适应性强，可将电池中的电能调控后以与负载工作需求相匹配的电压与电流参数进行输出。
[0021]进一步的，本实用新型提供一种电动装置，有效利用电能输出装置输出的电能，此夕卜，本实用新型利用电流检测及滤波比较电路向控制芯片传递反馈信号，为电动机转动的精准控制提供进一步的技术支持。
[0022]本实用新型电动装置的电能输出控制器结构简洁不需要软件编程，整个调试工作仅限于对基准电压的调整；进一步的，控制电路的供电采用隔离型宽电压DC/DC，与电机的驱动和检测电路之间通过光耦进行隔离，大幅减少电机干扰对测量电路的影响；进一步的，电能输出控制器保护功能比现有技术更完善，电池欠压报警可提前预警何时受剩余电量的局限必须采取下一阶段的动作，避免在下一阶段动作时电压过低损坏设备；进一步的，电流过流、过载保护用于电机发生转动受阻而停转或其他原因导致的电机过流得到及时的保护，避免整个电能输出控制器受到损坏；进一步的，本实用新型电动装置采用霍尔开关作为电机的急停信号产生开关，利用其非接触式工作的特点，不仅可以提高电动装置的使用寿命，还能使本实用新型电动装置适用于水下作业，在水下作业时这一设计降低了机械设计人员对急停开关做水密处理的难度。
[0023]进一步的，本实用新型提供一种水下推进器，利用上述电能输出控制器实现所述水下推进器与小型蛙人运载器具有等同的小功率、短距离的水下拖载的功能。

【附图说明】

[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为现有技术中，蛙人小型水下推进器结构示意图；
[0026]图2为本实用新型实施例1中电能输出控制器结构示意图；
[0027]图3为本实用新型实施例1中SG1525系列脉宽调制芯片外部引脚图；
[0028]图4为本实用新型实施例1中系统电源电路图；
[0029]图5为本实用新型实施例1中调速电路图；
[0030]图6为本实用新型实施例1中电机驱动电路图；
[0031]图7为本实用新型实施例1中电流检测及滤波比较电路图；
[0032]图8为本实用新型实施例1中急停控制电路图；
[0033]图9为本实用新型实施例2中电池自动切换电路图；
[0034]图10为本实用新型实施例3中电压检测及滤波比较电路与欠压报警电路图；
[0035]图11为本实用新型实施例4中电能输出装置结构示意图；
[0036]图12为本实用新型实施例5中电动装置结构示意图。

【具体实施方式】
[0037]下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
[0038]实施例1:
[0039]不失一般性，图2所示，本实用新型提供一种电能输出控制器，包括:控制芯片I和与控制芯片I连接的系统电源电路2、急停控制电路3、电机驱动电路4、电流检测及滤波比较电路5和调速电路6 ；
[0040]系统电源电路2用于向所述控制芯片I供电；
[0041]急停控制电路3用于强行切断电能输出控制器的电能输出；当电能输出控制器用于控制电机时，急停控制电路3用于实现紧急停机；
[0042]电机驱动电路4利用PWM控制信号，驱动功率MOS的通断；当电机驱动电路4用于控制电机运转时，电机驱动电路4参与电机的调速控制；
[0043]电流检测及滤波比较电路5用于检测反馈至所述电能输出控制器的电流信号，并对检测值滤波后与参考值进行比较，判断由电能输出控制器输出的电流是否过流；当电流检测及滤波比较电路5用于检测来自电机的运行反馈信号时，电流检测及滤波比较电路5检测电机运行电流，并对检测值进行滤波后，与设定的电机正常工作时的电流参考值作出比较，进而判断电机有无过流过载；
[0044]调速电路6通过电位计调节电能输出控制器的电能输出；当调速电路6与电机相连时，用于调节电机的转速。
[0045]其中，控制芯片I为SG1525系列脉宽调制芯片，其结构包括:基准电压VREF、振荡器G、调差放大器EA、比较器DC及PWM锁存器、分相器、欠电压锁定器、输出级、软启动及关闭电路；SG1525系列脉宽调制芯片的工作电压范围为8?35V，适合应用在开关电源、电机调速和功率转换【技术领域】，其具体引脚结构如图3所示；
[0046]系统电源电路2如图4所示，本实用新型采用隔离型DC/DCN2，将电池电压转化为SG1525系列脉宽调制芯片和运算放大器电路工作所需的DC15V电源，作为非隔离型LDO的N6 (低压差线性稳压器)，用于产生DC12V的基准电压；
[0047]调速电路6如图5所示，对调速芯片SG1525来说，它的调速信号是0_5V的直流信号，对应输出占空比的0-50% PWM信号；调速的+5V基准电压来自SG1525的基准电压输出引脚16，调速信号由线绕式单圈电位计提供，经处理后进入SG1525调速信号输入端；图中，TSXH为调速信号，GLXH为过流信号，JTXH为急停信号；
[0048]电机驱动电路4如图6所示，SG1525根据调速电压转换输出的PWM信号经光耦输出到一对匹配的对管后输出占空比为0-100%的控制信号，控制信号控制功率MOS管的导通时间，从而实现对电机的调速控制；光耦用于实现控制电路与电机功率电路的电气隔离；图中为无感电阻R36为电机电流取样电阻，电阻阻值根据电机电流I和所选电阻的功率W选取，阻值计算公式为R = W/I2;图中，SGXH为SG1525的输出PWM信号；
[0049]电流检测及滤波比较电路5如图7所示，图中采样电流是一个电压值，它来自于取样电阻R36检测到的电机电流。采样电流值经RC滤波后与过流保护基准值由比较器N4B做一个比较，一旦该值超过过流保护基准值后，N4B输出高电平，光耦也随即导通输出过流信号；过流信号通过二极管接入SG1525的关断引脚，一旦该信号为高电平，立即封锁SG1525的PWM信号输出，电机没有功率输入而停机；图中，GLXH为过流信号，CYDL为采样电流；
[0050]急停控制电路3如图8所示，JTl为连接PNP型常开三线式霍尔开关的插座，霍尔开关为非接触式磁敏开关，使用寿命长，可靠性高；图中，JTXH为急停信号。
[0051]实施例2:
[0052]本实施例在实施例1的基础上，增加与控制芯片I电连接及信号连接的电池自动切换电路7其具体电路结构如图9所示；电池的容量严格限制了用电装置的续航能力，电池自动切换电路的电池组自动切换功能，在配备后备电池的情况下，一旦第一组电阻电量低于保护值，可实现电池的自动切换，用于实现备用电池的扩展。
[0053]实施例3:
[0054]本实施例在实施例2的基础上，增加电压检测与滤波比较电路8，及与电压检测及滤波比较电路8电连接的欠压报警电路9，具体电路结构如图10所示；当电压检测与滤波比较电路8与电池相连时，电压检测与滤波比较电路8用于检测电池电压，并对检测值进行滤波后将检测值与设定的参考值相比较，监控电池电量；欠压报警电路9用于在识别出检测值低于设定的参考值时发出警报信号，触发警报器工作；由于电池容量的有限性，使用时需要对电池的电量进行检测，一旦电池电压低于设定电量，要发出报警；本实用新型图10所示示电路在实际使用中具有很强的实用性，设定电量的数值的调整具有任意性，例如在路程上为保证往返时电能输出控制器均能正常工作，可将设定电量设置为总电量的40%?50 % ;图10中，N4A作为电压比较器，其输入分别为电池电压G+与基准电压+12V通过电阻分压网络分压后的两路独立的电压信号；在电池电量充足情况下，电压比较器MA的同相输入端电压低于反向输入端，输出低电平，光耦不导通，进而NPN三极管截止，蜂鸣器不发出声音；当电池电量偏低，其输出电压开始下降，进而导致N4A的同相输入端电压高于反向输入端，比较器输出高电平，光耦导通，进而NPN三极管导通，蜂鸣器发出声音，报警电路开始工作。
[0055]实施例4:
[0056]本实施例在实施例3的基础上，提供一种电能输出装置，其结构包括:电池10和实施例3中的电能输出控制器；电池10与系统电源电路2及电压检测及滤波比较电路8电连接；在电能输出控制器的作用下电池10的电量输出具有极强的如上述实施例所描述的可调控性，同时当电池10存在多组备用时，电能输出控制器具有便捷的电池的自动切换的功能，实现多组后备电池的使用扩展。
[0057]实施例5:
[0058]本实施例在实施例4的基础上，提供一种电动装置，其结构包括:电动机11和实施例4中的电能输出装置，其结构示意如图12所示；电池10与电动机11电连接；电机驱动电路4及电流检测及滤波比较电路5与所述电动机11电连接及信号连接。
[0059]实施例6:
[0060]本实施例在实施例5的基础上，提供一种水下推进器，设置有实施例5中的电动装置。本实用新型水下推进器通过纯硬件电路设计大大节约了硬件成本和调试成本，并且充分考虑了控制电路对不同规格电池、电机的可适应性。在本实施例中:电动机11为额定电压24VDC，功率350W的直流有刷电机；电池10为额定电压24V，容量20Ah的锂离子电池。通过本技术方案可实现在水下拖动60Kg的负载，以1.6Kn的速度航行40分钟，经测试，电动机11的各项保护功能均正常有效；欠压报警电路9在电池10电量低于设定值时，通过蜂鸣器报警，提示潜水员尽快返航。本实用新型水下推进器适用于游泳馆或海滩场所作为潜水或游泳的娱乐设备使用，亦可转为军用。此外，本实用新型水下推进器在实际操作时，如需处理紧急状况，只需按下急停按钮即可，本实施例采用霍尔开关作为电机的急停信号产生开关，利用其非接触式工作的特点，不仅可以提高设备的使用寿命，而且可降低机械设计人员对急停开关做水密处理的难度。
[0061]需要说明的是，本实施例虽只设计了扩展I组后备电池的电路，但本领域技术人员能够理解，为增强续航能力以此为基础结合公知常识可实现更多组后备电池的扩展，均落入本实用新型的保护范围。
[0062]进一步的，由于作为电学领域的公知常识，基础电路:控制芯片1、系统电源电路2、急停控制电路3、电机驱动电路4、电流检测及滤波比较电路5、调速电路6、电池自动切换电路7、电压检测与滤波比较电路8和电连接的欠压报警电路9，以及作为电源的电池10和作为动力源的电动机11均为现有技术；故基础电路仅以具体电路图的形式描述，作为电源的电池10和作为动力源的电动机11的结构在此不再赘述。
[0063]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种电能输出控制器，其特征在于，包括:控制芯片⑴和与所述控制芯片⑴连接的系统电源电路⑵、急停控制电路⑶、电机驱动电路⑷、电流检测及滤波比较电路(5)和调速电路(6)； 所述系统电源电路⑵用于向所述控制芯片(I)供电； 所述急停控制电路(3)用于强行切断所述电能输出控制器的电能输出； 所述电机驱动电路⑷利用PWM控制信号，驱动功率MOS的通断； 所述电流检测及滤波比较电路(5)用于检测反馈至所述电能输出控制器的电流信号，并对所述检测值滤波后与参考值进行比较，判断由所述电能输出控制器输出的电流是否过流； 所述调速电路(6)通过电位计调节所述电能输出控制器的电能输出。2.根据权利要求1所述的电能输出控制器，其特征在于，还包括:与所述控制芯片(I)电连接及信号连接的用于扩展备用电池的电池自动切换电路(7)。3.根据权利要求1或2所述的电能输出控制器，其特征在于，所述控制芯片(I)为SG1525系列脉宽调制芯片。4.根据权利要求3所述的电能输出控制器，其特征在于，还包括:电压检测与滤波比较电路(8)，及与所述电压检测与滤波比较电路⑶电连接的欠压报警电路(9); 所述电压检测与滤波比较电路(8)用于检测输入电压信号，并对所述输入电压信号进行滤波后与参考值进行比较； 所述欠压报警电路(9)在检测到所述输入电压信号低于所述参考值时发出警报电信号。5.一种电能输出装置，包括电池(10)，其特征在于，还包括权利要求1?4项中任一项所述的电能输出控制器；所述电池(10)与所述系统电源电路(2)及电压检测及滤波比较电路⑶电连接。6.一种电动装置，包括电动机(11)，其特征在于，还包括权利要求5所述的电能输出装置；所述电池(10)与所述电动机(11)电连接；所述电机驱动电路(4)及电流检测及滤波比较电路(5)与所述电动机(11)电连接及信号连接。7.一种水下推进器，其特征在于，所述水下推进器包括权利要求1?4项中任一项所述的电能输出控制器。
【文档编号】H02P7-00GK204304513SQ201420758898
【发明者】赵海潇, 犹云, 杨涛, 施黎明, 周国明, 彭泽 [申请人]昆明五威科工贸有限公司