恒功率控制电路及具有其的蒸汽清洁设备的制作方法

1.本实用新型涉及清洁设备领域，特别涉及一种恒功率控制电路及具有其的蒸汽清洁设备。


背景技术：

2.蒸汽由于良好的清洁杀菌效果，而被广泛适用于日常生活中，蒸汽清洁设备也随之进入到人们的生活中。目前的蒸汽清洁设备多使用交流电作为设备电源，需要通过电源线连接在交流电源上，但在不方便连接交流电源时(例如户外时)，蒸汽清洁设备就无法正常使用。因此，交流供电的蒸汽清洁设备的适用范围容易受限，需要开发直流供电的蒸汽清洁设备。
3.对于直流供电的蒸汽清洁设备，其需要采用直流电源(例如电池包)对其进行直流供电。然而，当采用直流电源对蒸汽清洁设备进行供电时，随着直流电源电压降低，设备功率会随之降低，无法满足蒸汽清洁设备对功率稳定的需求，无法保证设备恒功率运行，进而易导致蒸汽效果越来越差，设备清洁效果及用户体验感都有待提升。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型所要解决的技术问题是如何在直流电源对蒸汽清洁设备进行供电时，对蒸汽清洁设备进行恒功率控制，保证蒸汽清洁设备恒功率运行，实现连续且稳定的蒸汽效果，进而确保设备清洁效果和用户体验感。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种恒功率控制电路，用于蒸汽清洁设备中，与所述蒸汽清洁设备的直流电源和蒸汽组件均电连接，所述蒸汽组件与所述直流电源电连接，包括：
6.电压检测电路，与所述直流电源电连接，用于检测电源输出电压；
7.控制器，与所述直流电源和所述电压检测电路电连接，用于接收所述电源输出电压，并根据所述电源输出电压输出pwm驱动信号；以及
8.pwm驱动电路，与所述蒸汽组件、所述直流电源和所述控制器均电连接，用于接收所述pwm驱动信号，并在所述电源输出电压的作用下，根据所述pwm驱动信号控制所述蒸汽组件恒功率运行。
9.可选地，所述pwm驱动电路包括nmos管q5；
10.所述nmos管q5的栅极与所述控制器电连接，所述nmos管q5的漏极与所述蒸汽组件的负极输入端电连接，所述nmos管q5的源极与所述直流电源的负极电连接；所述蒸汽组件的正极输入端与所述直流电源的正极电连接，所述nmos管q5的源极与所述直流电源的负极之间的公共连接端接地；
11.所述nmos管q5，用于根据pwm驱动信号生成pwm占空比，根据所述pwm占空比控制所述蒸汽组件的通断，使得所述蒸汽组件在每个控制周期内的有效电压均恒定。
12.可选地，所述pwm驱动电路还包括开关控制子电路；
13.所述控制器通过所述开关控制子电路与所述nmos管q5的基极电连接，所述开关控制子电路还与所述蒸汽组件和所述直流电源均电连接；
14.所述开关控制子电路，用于根据所述pwm驱动信号，控制所述nmos管q5的通断，并在所述nmos管q5导通时，将所述pwm驱动信号传输至所述nmos管q5。
15.可选地，所述开关控制子电路包括第一三极管q1、第一电阻r1和第二电阻r2；
16.所述第一三极管q1的基极与所述控制器电连接，所述第一三极管q1的集电极通过所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的第一端电连接，所述第二电阻r2的第二端连接在所述蒸汽组件的正极输入端和所述直流电源的正极之间的公共连接端上，所述第一三极管q1的发射极接地；所述nmos管q5连接在所述第一电阻r1与所述第二电阻r2的第一端之间的公共连接端上。
17.可选地，所述pwm驱动电路还包括mos管驱动提高子电路；
18.所述控制器依次通过所述开关控制子电路和所述mos管驱动提高子电路与所述nmos管q5的基极电连接，所述mos管驱动提高子电路还与所述蒸汽组件和所述直流电源均电连接；
19.所述mos管驱动提高子电路，用于提高所述nmos管q5的驱动电压。
20.可选地，所述mos管驱动提高子电路包括第二三极管q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5；
21.所述第二三极管q2的基极与所述开关控制子电路，所述第二三极管q2的集电极依次通过所述第三电阻r3和所述第四电阻r4接地，所述第二三极管q2的发射极连接在所述蒸汽组件的正极输入端和所述直流电源的正极之间的公共连接端上；所述第五电阻r5的第一端连接在所述第三电阻r3和所述第四电阻r4之间的公共连接端上，所述第五电阻r5的第二端与所述nmos管q5电连接。
22.可选地，所述pwm驱动电路还包括mos管推挽子电路；
23.所述控制器依次通过所述开关控制子电路、所述mos管驱动提高子电路和所述mos管推挽子电路与所述nmos管q5的基极电连接，所述mos管推挽子电路还与所述蒸汽组件和所述直流电源均电连接；
24.所述mos管推挽子电路，用于提高所述nmos管q5的快速通断能力。
25.可选地，所述mos管推挽子电路包括第三三极管q3、第四三极管q4和第六电阻r6；
26.所述第三三极管q3的基极和所述第四三极管q4的基极均与所述mos管驱动提高子电路电连接，所述第三三极管q3的集电极连接在所述蒸汽组件的正极输入端和所述直流电源的正极之间的公共连接端上，所述第四三极管q4的集电极接地，所述第三三极管q3的发射极与所述第四三极管q4的发射极电连接；所述第六电阻r6的第一端连接在所述第三三极管q3的发射极与所述第四三极管q4的发射极之间的公共连接端上，所述第六电阻r6的第二端与所述nmos管q5电连接。
27.可选地，所述电压检测电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和电容c；
28.所述第七电阻r7的第一端与所述直流电源的正极电连接，所述第七电阻r7的第二端通过所述第八电阻r8接地，所述第九电阻r9的第一端连接在所述第七电阻r7的第二端与所述第八电阻r8之间的公共连接端上，所述第九电阻r9的第二端与所述控制器电连接，所述电容c的第一端连接在所述第九电阻r9的第二端与所述控制器之间的公共连接端上，所
述电容c的第二端接地。
29.此外，本实用新型还提出一种蒸汽清洁设备，包括：
30.设备本体；
31.直流电源，设于所述设备本体上；
32.蒸汽组件，设于所述设备本体上，与所述直流电源电连接；以及
33.前述的恒功率控制电路，与所述蒸汽清洁设备的直流电源和蒸汽组件均电连接，用于在所述直流电源的供电下，控制所述蒸汽组件以恒功率运行。
34.本实用新型提供的技术方案，具有以下优点：
35.本实用新型提供的恒功率控制电路及具有其的蒸汽清洁设备，通过电压检测电路，检测出为蒸汽清洁设备供电的直流电源输出的电源输出电压，将该电源输出电压反馈至控制器，控制器可根据该电源输出电压向pwm驱动电路输出对应的pwm驱动信号，pwm驱动电路根据该对应的pwm驱动信号可以维持蒸汽清洁设备中的蒸汽组件的功率恒定，实现恒功率控制，通过蒸汽组件的恒功率运行，实现连续且稳定的蒸汽效果，提升设备清洁效果和用户体验感。
附图说明
36.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
37.图1为本实用新型实施例一中一种恒功率控制电路的结构图；
38.图2为本实用新型实施例一中电压检测电路的具体设计图；
39.图3为本实用新型实施例一中一种pwm驱动电路的结构图；
40.图4-1为本实用新型实施例一中电源输出电压随时间变化的波形示意图；
41.图4-2为本实用新型实施例一中pwm方波电平信号随时间变化的波形示意图；
42.图5为本实用新型实施例一中另一种pwm驱动电路的结构图；
43.图6为本实用新型实施例一中另一种pwm驱动电路的具体设计图；
44.图7为本实用新型实施例二中一种蒸汽清洁设备的结构图。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
47.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并
不用于限制本实用新型。
48.在传统技术中，当采用直流电源对蒸汽清洁设备进行供电时，随着直流电源的电压降低，蒸汽清洁设备会随之降低，导致蒸汽效果越来越差，设备清洁效果及用户体验感不佳。为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种恒功率控制电路及具有其的蒸汽清洁设备。
49.本实用新型提出的恒功率控制电路及具有其的蒸汽清洁设备，可应用于任何采用直流供电的蒸汽清洁产品上，例如蒸汽扫地机等蒸汽清洁设备。在以下实施例中，本实用新型以应用于蒸汽扫地机为例进行说明。
50.实施例一
51.如图1所示，本实施例提供一种恒功率控制电路，用于蒸汽清洁设备中，与蒸汽清洁设备的直流电源和蒸汽组件均电连接，蒸汽组件与直流电源电连接，该电路包括：
52.电压检测电路，与直流电源电连接，用于检测电源输出电压；
53.控制器，与直流电源和电压检测电路电连接，用于接收电源输出电压，并根据电源输出电压输出pwm驱动信号；以及
54.pwm驱动电路，与蒸汽组件、直流电源和控制器均电连接，用于接收pwm驱动信号，并在电源输出电压的作用下，根据pwm驱动信号控制蒸汽组件恒功率运行。
55.本实施例上述恒功率控制电路，通过电压检测电路，检测出为蒸汽清洁设备(例如蒸汽扫地机)供电的直流电源输出的电源输出电压，将该电源输出电压反馈至控制器，控制器可根据该电源输出电压向pwm驱动电路输出对应的pwm驱动信号，pwm驱动电路根据该对应的pwm驱动信号可以维持蒸汽清洁设备中的蒸汽组件的功率恒定，实现恒功率控制，通过蒸汽组件的恒功率运行，实现连续且稳定的蒸汽效果，提升设备清洁效果和用户体验感。
56.具体地，控制器具体为单片机，可根据实际情况选择合适型号的单片机，例如本实施例选用gd32f系列的单片机。直流电源具体为电池包，蒸汽组件具体包括能对蒸汽清洁设备中的液体进行加热的发热丝。
57.优选地，如图2所示，电压检测电路包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9和电容c；
58.第七电阻r7的第一端与直流电源的正极电连接，第七电阻r7的第二端通过第八电阻r8接地，第九电阻r9的第一端连接在第七电阻r7的第二端与第八电阻r8之间的公共连接端上，第九电阻r9的第二端与控制器电连接，电容c的第一端连接在第九电阻r9的第二端与控制器之间的公共连接端上，电容c的第二端接地。
59.图2中vbat为电池包电压，vbat_ref为电池包电压经第七电阻r7和第八电阻r8分压后传递给控制器的等效电压，即为控制器通过电源检测电路检测到的直流电源的电源输出电压；根据上述电路结构实现电源电压检测，从而便于控制器根据输出的电源输出电压来输出对应的pwm驱动信号，进而通过pwm驱动电路控制蒸汽组件的功率恒定。
60.优选地，如图3所示，pwm驱动电路包括nmos管q5；
61.nmos管q5的栅极与控制器电连接，nmos管q5的漏极与蒸汽组件的负极输入端电连接，nmos管q5的源极与直流电源的负极电连接；蒸汽组件的正极输入端与直流电源的正极电连接，nmos管q5的源极与直流电源的负极之间的公共连接端接地；
62.nmos管q5，用于根据pwm驱动信号生成pwm占空比，根据pwm占空比控制蒸汽组件的
通断，使得蒸汽组件在每个控制周期内的有效电压均恒定。
63.nmos管q5根据控制器输出的pwm驱动信号生成对应的pwm占空比，以控制蒸汽清洁设备中的蒸汽组件的导通与关断(即蒸汽组件的通断)。其中，pwm驱动信号具体为pwm方波电平信号，pwm占空比则是指一个控制周期内，在脉宽调制(pwm)下，pwm方波电平信号中高电平的时间跟周期的比例。在本实施例中，pwm方波电平信号中高电平的时间对应蒸汽组件的导通时间，pwm方波电平信号中低电平的时间对应蒸汽组件的关断时间。
64.对于任一个控制周期，电源输出电压和pwm占空比的乘积即为蒸汽组件在该控制周期内的有效电压；当电源输出电压较高时，控制器输出对应的pwm驱动信号，以控制nmos管q5生成较小的pwm占空比，根据该较小的pwm占空比来控制蒸汽组件在上述控制周期的导通时间；而当电源输出电压较低时，控制器输出对应的pwm驱动信号，以控制pwm驱动电路生成较大的pwm占空比，根据该较大的pwm占空比来控制蒸汽组件在上述控制周期的导通时间，如图4-1和图4-2所示；图4-1为电源输出电压随时间变化的波形曲线图，在图4-1中，横坐标为时间t，纵坐标为电源输出电压u1；图4-2为pwm方波电平信号随时间变化的波形曲线图，在图4-2中，横坐标为时间t，纵坐标为pwm方波电平信号u2，pwm方波电平信号中高电平的时间(即蒸汽组件的导通时间)为ton，pwm方波电平信号中低电平的时间(即蒸汽组件的关断时间)为toff，在每个控制周期内，ton+toff＝t恒定不变，其中，t为控制周期。在任一个控制周期t内，pwm占空比τ＝ton/t。
65.基于控制器和上述的pwm驱动电路，能保证蒸汽组件在每个控制周期内的电源输出电压和pwm占空比的乘积(即有效电压)均恒定不变，由于蒸汽组件上的电流恒定不变，进而能使得蒸汽组件上的功率也恒定不变，实现了蒸汽组件的恒功率运行。
66.优选地，如图5所示，pwm驱动电路还包括开关控制子电路；
67.控制器通过开关控制子电路与nmos管q5的基极电连接，开关控制子电路还与蒸汽组件和直流电源均电连接；
68.开关控制子电路，用于根据pwm驱动信号，控制nmos管q5的通断，并在nmos管q5导通时，将pwm驱动信号传输至nmos管q5。
69.在nmos管q5的前级加入开关控制子电路，可以控制nmos管q5的导通与关断，实现整个pwm驱动电路的开关控制，能起到pwm驱动电路的保护作用。
70.具体地，如图6所示，开关控制子电路包括第一三极管q1、第一电阻r1和第二电阻r2；
71.第一三极管q1的基极与控制器电连接，第一三极管q1的集电极通过第一电阻r1与第二电阻r2的第一端电连接，第二电阻r2的第二端连接在蒸汽组件的正极输入端和直流电源的正极之间的公共连接端上，第一三极管q1的发射极接地；nmos管q5连接在第一电阻r1与第二电阻r2的第一端之间的公共连接端上。
72.在三极管q1工作在饱和区时，其发射极与集电极之间导通，后级的nmos管q5也随之导通；在三极管q1工作在截止区时，其发射极与集电极之间断开，后级的nmos管q5也随之断开；利用三极管q1的饱和与截止分别实现nmos管q5的导通与关断，进而实现整个pwm驱动电路的开关控制。本实施例中第一三极管q1具体为npn型三极管。
73.优选地，如图5所示，pwm驱动电路还包括mos管驱动提高子电路；
74.控制器依次通过开关控制子电路和mos管驱动提高子电路与nmos管q5的基极电连
接，mos管驱动提高子电路还与蒸汽组件和直流电源均电连接；
75.mos管驱动提高子电路，用于提高nmos管q5的驱动电压。
76.在开关控制子电路与nmos管q5之间加入mos管驱动提高子电路，可以在控制nmos管q5导通时，提高nmos管q5的驱动电压，进而便于提高nmos管q5的驱动能力。
77.具体地，如图6所示，mos管驱动提高子电路包括第二三极管q2、第三电阻r3、第四电阻r4和第五电阻r5；
78.第二三极管q2的基极与开关控制子电路，第二三极管q2的集电极依次通过第三电阻r3和第四电阻r4接地，第二三极管q2的发射极连接在蒸汽组件的正极输入端和直流电源的正极之间的公共连接端上；第五电阻r5的第一端连接在第三电阻r3和第四电阻r4之间的公共连接端上，第五电阻r5的第二端与nmos管q5电连接。
79.利用上述第二三极管q2、第三电阻r3和第四r4，将nmos管q5上的驱动电压提高至直流电源电压在r3和r4上的分压，实现了nmos管q5的驱动电压的提高。
80.优选地，如图5所示，pwm驱动电路还包括mos管推挽子电路；
81.控制器依次通过开关控制子电路、mos管驱动提高子电路和mos管推挽子电路与nmos管q5的基极电连接，mos管推挽子电路还与蒸汽组件和直流电源均电连接；
82.mos管推挽子电路，用于提高nmos管q5的快速通断能力。
83.mos管推挽子电路采用两个参数相同的功率管(例如三极管和mos管)，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只功率管每次只有一只导通，因此能提高开关速度。本实施例在mos管驱动提高子电路与nmos管q5之间再加入mos管推挽子电路，能基于mos管推挽子电路的推挽作用，加强nmos管q5的快速通断能力，进而提高nmos管的开关性能，有利于加强nmos管q5来控制蒸汽组件的导通与关断的精准度，减少延时，进而有助于提升恒功率控制精度。
84.具体地，如图6所示，mos管推挽子电路包括第三三极管q3、第四三极管q4和第六电阻r6；
85.第三三极管q3的基极和第四三极管q4的基极均与mos管驱动提高子电路电连接，第三三极管q3的集电极连接在蒸汽组件的正极输入端和直流电源的正极之间的公共连接端上，第四三极管q4的集电极接地，第三三极管q3的发射极与第四三极管q4的发射极电连接；第六电阻r6的第一端连接在第三三极管q3的发射极与第四三极管q4的发射极之间的公共连接端上，第六电阻r6的第二端与nmos管q5电连接。
86.第三三极管q3和第四三极管q4为mos管推挽子电路中的对管，第三三极管q3为上管，加强了nmos管q5的快速导通能力；第四三极管q4为下管，加强了nmos管q5的快速关断能力；通过上述结构的mos管推挽子电路，以较小的导通损耗加强了nmos管q5的快速通断能力。
87.实施例二
88.如图7所示，本实施例提供一种蒸汽清洁设备，该设备包括：
89.设备本体；
90.直流电源，设于设备本体上；
91.蒸汽组件，设于设备本体上，与直流电源电连接；以及
92.实施例一的恒功率控制电路，与蒸汽清洁设备的直流电源和蒸汽组件均电连接，
用于在直流电源的供电下，控制蒸汽组件以恒功率运行。
93.本实施例的蒸汽清洁设备，基于恒功率控制电路，其中的蒸汽组件可以以恒功率运行，能实现连续且稳定的蒸汽效果，有效提升了设备清洁效果和用户体验感。
94.具体地，如图7所示，设备本体上还设有蒸汽组件对应的水路和蒸汽管路，水路用于为蒸汽组件提供液体，蒸汽管路用于将蒸汽组件产生的蒸汽传输给蒸汽清洁设备的其他组件(如清洁组件)。
95.优选地，如图7所示，蒸汽清洁设备还包括：
96.水箱，设于设备本体上，与蒸汽组件的水路连通，用于储存液体；
97.蒸汽组件用于以恒功率将水箱中的液体加热汽化成蒸汽；以及
98.清洁组件，与蒸汽组件中的蒸汽管路连通，用于根据蒸汽组件中产生的蒸汽进行清洁工作。
99.通过上述蒸汽清洁设备，能以连续且稳定的蒸汽效果，达到优良的清洁目的。
100.具体地，蒸汽清洁设备包括以下至少一者：蒸汽洗地机、蒸汽拖把、蒸汽净化器。
101.本实施例蒸汽清洁设备中的水箱、蒸汽组件和清洁组件均采用现有常规的结构或产品，具体细节此处不再赘述。同时，本实施例中的恒功率控制电路与实施例一中的恒功率控制电路相同，本实施例中的未尽细节，详见实施例一及图1至图6的具体描述，此处不再赘述。
102.需要说明的是，本实用新型仅通过恒功率控制电路电路中硬件电路的改进来解决当采用直流电源对蒸汽清洁设备进行供电时，随着直流电源的电压降低，蒸汽清洁设备会随之降低，导致蒸汽效果越来越差的问题，其中仅涉及各模块电路的结构及各模块电路中各电子元件的连接关系的改进，不涉及计算机程序的改进，各电子元件均可在现有技术选用合适的产品规格或型号。
103.显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本实用新型保护的范围。