一种静电膜智能驱动控制系统的制作方法

本实用新型涉及静电膜驱动控制领域，尤其涉及一种静电膜智能驱动控制系统。

背景技术：

在现有技术中，申请号为201610624009.9的中国专利公开了由一种新型材料合成的静电薄膜，如图8所示，主要由弹性卷曲状导电薄膜81、电介质层82、透明导电层83构成，所述透明导电层83贴附在玻璃层84上，其工作原理为：当接入电源85时，所述弹性卷曲状导电薄膜81上和透明导电层83上分别充上正负电子，使得所述弹性卷曲状导电薄膜81在静电力作用下克服自身卷曲力而展开(图8中向左方向展开)，展开状态的导电薄膜81与透明导电层83相对设置，等效为电容器。

现有技术中，采用恒压源对所述导电薄膜和透明导电层83进行供电，参见图9，其中SW1为电子控制开关，Ceq为导电薄膜与透明导电层形成的等效电容，其由单片机控制闭合或断开动作，这种充电方式造成如下缺陷：

第一、对静电薄膜使用电阻限流充电，但是这种电路充电时间较长；

第二、只能单方向充电，使得静电易积累，导致静电薄膜运行不稳定；

第三、静电薄膜状态或大小厚度材质有差异的情况下，只能通过调整硬件来调整静电薄膜的驱动电压；

第四、静电薄膜在断电后的回收卷曲过程耗费过长时间。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本实用新型提供了一种静电膜智能驱动控制系统，加快充电速度，缩短充电时间，所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种静电膜智能驱动控制系统，包括恒压源模块、恒流模块、H桥控制模块、处理器模块、卷曲的静电膜和导电层，所述恒压源模块向所述H桥控制模块提供稳定的母线电压；

所述H桥控制模块具有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端与所述恒流模块的第一端口连接，所述恒流模块的第二端口与所述卷曲的静电膜和导电层中的一个连接，所述卷曲的静电膜和导电层中的另一个与所述第二输出端连接，所述导电层与展开状态下的卷曲的静电膜相对设置；

在处理器模块的控制下，所述H桥控制模块的第一输出端和第二输出端进行电压交变切换；所述恒流模块用于控制恒流模块输出的电流保持恒定。

进一步地，所述恒流模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一电阻与第二电阻串联形成第一支路，所述第一电阻与第二电阻的中间连接点与参考地连接，所述第一MOS管的漏极与所述第一端口连接，所述第一MOS管的源极与所述第一支路的一端连接，所述第一支路的另一端与第二MOS管的源极连接，所述第二MOS管的漏极与所述第二端口连接；

所述第一MOS管与第一电阻之间的电压采样点与所述第一运算放大器的反相输入端连接，所述第二MOS管与第二电阻之间的电压采样点与所述第二运算放大器的反相输入端连接，所述第一运算放大器和第二运算放大器的正相输入端均连接基准电压，所述第一运算放大器的输出端分别与第一三极管和第二三极管的基极连接，所述第二运算放大器的输出端分别与第三三极管和第四三极管的基极连接，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极均与所述第一MOS管的栅极连接，第三三极管的发射极和第四三极管的发射极均与所述第二MOS管的栅极连接。

进一步地，所述H桥控制模块还包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管，所述第三MOS管、第四MOS管设置在所述母线电压端与接地端之间的第二支路上，所述第五MOS管、第六MOS管设置在所述母线电压端与接地端之间的第三支路上，所述第一输出端设置在第三MOS管与第四MOS管之间，所述第二输出端设置在第五MOS管与第六MOS管之间；

所述第三MOS管的栅极、第四MOS管的栅极、第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极分别与所述处理器模块连接，所述处理器模块控制所述第三MOS管和第六MOS管导通且第四MOS管和第五MOS管关闭，或者，所述处理器模块控制所述第四MOS管和第五MOS管导通且第三MOS管和第六MOS管关闭。

进一步地，所述恒压源模块包括电源、升压芯片和升压电路，所述电源为光伏电源或蓄电池，所述升压电路包括变压器、第七MOS管、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述变压器的初级线圈分别与电源和第七MOS管的源极连接，所述第七MOS管的漏极通过第五电阻接地，所述第七MOS管的栅极与所述升压芯片连接；

所述第三电阻与第四电阻串联形成第四支路，所述变压器的次级线圈分别与母线电压端和第四支路的一端连接，第四支路的另一端接地，所述第三电阻与第四电阻之间设有反馈端，所述反馈端与所述升压芯片的反馈引脚连接。

进一步地，所述升压电路还包括二极管和电容，所述二极管设置在次级线圈与母线电压端之间，所述二极管的导通方向为由次级线圈向母线电压端；

所述电容的两端并联在所述第四支路的两端。

进一步地，所述第一三极管为NPN三极管，所述第一三极管的集电极连接正电压；所述第二三极管为PNP三极管，所述第二三极管的集电极连接负电压；

所述第三三极管为NPN三极管，所述第三三极管的集电极连接正电压；所述第四三极管为PNP三极管，所述第四三极管的集电极连接负电压。

进一步地，所述第一运算放大器和第二运算放大器均为双电源运放。

进一步地，所述第三MOS管的漏极与所述母线电压端连接，第三MOS管的源极与第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的源极与接地端连接；

所述第五MOS管的漏极与所述母线电压端连接，第五MOS管的源极与第六MOS管的漏极连接，所述第六MOS管的源极与接地端连接。

进一步地，所述静电膜智能驱动控制系统还包括电压调节模块，所述电压调节模块包括第三运算放大器和第六电阻，所述第三运算放大器的正相输入端与处理器模块的单片机引脚连接，所述第三运算放大器的输出端分别与第三运算放大器的反相输入端和第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与给定电压端和所述恒压源模块的升压芯片的反馈引脚连接。

进一步地，所述静电膜智能驱动控制系统还包括放电模块，所述放电模块包括光电耦合器和第七电阻，所述光电耦合器、第七电阻与所述卷曲的静电膜和导电层形成回路，所述光电耦合器的输入端与处理器模块的单片机引脚连接。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.使用恒流对薄膜充电，充电的速率快；

b.H桥控制模块向静电膜和导电层提供交变的正负电压；单片机(通过MOS管驱动芯片间接)控制H桥，每隔时间T，进行一次电压交变切换，使静电薄膜和介质层表面的静电积累会减少很多，以保证薄膜运行稳定；

c.在电压交变切换瞬间，快速充电有利于减小薄膜抖动；

d.运行限定回路电流值，保护电路某部件避免因大电流而失效；

e.放电模块加速静电膜的回收卷曲；

f.无需改动硬件，即可调整对静电膜的驱动电压值。

附图说明

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。

图1是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统的模块框图；

图2是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中恒压源模块电路图；

图3是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中H桥控制模块电路图；

图4是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中恒流模块电路图；

图5是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中电压调节模块电路图；

图6是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中放电模块电路图；

图7是本实用新型实施例提供的静电膜智能驱动控制系统中处理器模块的单片机引脚结构示意图；

图8是现有技术中静电膜的结构示意图；

图9是现有技术中静电膜充电电路的示意图。

其中，附图标记包括：1-恒压源模块，11-升压芯片，12-变压器，13-二极管，14-第七MOS管，15-第五电阻，16-第三电阻，17-第四电阻，18-电容，2-恒流模块，211-第一MOS管，212-第二MOS管，221-第一电阻，222-第二电阻，231-第一三极管，232-第二三极管，233-第三三极管，234-第四三极管，241-第一运算放大器，242-第二运算放大器，25-参考地，26-第一端口，27-第二端口，3-处理器模块，31-单片机，4-H桥控制模块，41-第三MOS管，42-第四MOS管，43-第五MOS管，44-第六MOS管，46-第一输出端，47-第二输出端，5-电压调节模块，51-第三运算放大器，52-第六电阻，53-给定电压端，6-放电模块，61-光电耦合器，62-第七电阻，81-导电薄膜，82-电介质层，83-透明导电层，84-玻璃层，85-电源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本实用新型实施例中的静电膜与背景技术中提到的专利中的弹性卷曲状导电薄膜81的结构和工作原理均一致，即通过静电引力克服自身卷曲力而展开形成遮阳帘。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种静电膜智能驱动控制系统，如图1所示，所述静电膜智能驱动控制系统包括恒压源模块1、H桥控制模块4、恒流模块2、处理器模块3、卷曲的静电膜和导电层，所述恒压源模块1向所述H桥控制模块4提供稳定的母线电压；这里所说的卷曲的静电膜，是指在自然状态下，其为卷曲状，在通电后，由于静电膜与导电层上带有不同电性的电荷，在异性相吸的原理下，所述静电膜克服自身的卷曲力而变为平面状态。

如图3所示，所述H桥控制模块4具有第一输出端46和第二输出端47，所述第一输出端46与所述恒流模块2的第一端口26连接，所述恒流模块2的第二端口27与所述卷曲的静电膜和导电层中的一个连接，所述卷曲的静电膜和导电层中的另一个与所述第二输出端47连接，所述导电层与展开状态下的卷曲的静电膜相对设置；这里所说的卷曲的静电膜，是指在自然状态下，其为卷曲状，在通电后，由于静电膜与导电层上带有不同电性的电荷，在异性相吸的原理下，所述静电膜克服自身的卷曲力而变为平面状态，并且，所述静电膜为深色，所述导电膜为透明无色。

在处理器模块3的控制下，所述H桥控制模块4的第一输出端46和第二输出端47进行电压交变切换；所述恒流模块2用于控制恒流模块2输出的电流保持恒定。

如图2所示，所述恒压源模块1包括电源、升压芯片11和升压电路，所述电源为光伏电源或蓄电池(如图2中的VCC)，所述升压电路包括变压器12、第七MOS管14、第三电阻16、第四电阻17和第五电阻15，所述变压器12的初级线圈分别与电源和第七MOS管14的源极连接，所述第七MOS管14的漏极通过第五电阻15接地，所述第七MOS管14的栅极与所述升压芯片11连接，在本实用新型的一个优选实施例中，所述升压芯片11采用LT3751芯片，用于控制升压电路的工作状态；

所述第三电阻16与第四电阻17串联形成第四支路，所述变压器12的次级线圈分别与母线电压端和第四支路的一端连接，第四支路的另一端接地，所述第三电阻16与第四电阻17之间设有反馈端，所述反馈端与所述升压芯片11的反馈引脚连接。其中，所述第三电阻16、第四电阻17和第五电阻15均为采样电阻，其中，所述第五电阻15的采样电压反馈到所述升压芯片11；所述第三电阻16与第四电阻17之间的连接点Feedback连接到升压芯片11上的Feedback脚，形成反馈控制，使所述母线电压端输出恒定的电压值。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述升压电路还包括二极管13和电容18，所述二极管13设置在次级线圈与母线电压端之间，所述二极管13的导通方向为由次级线圈向母线电压端；所述电容18的两端并联在所述第四支路的两端。母线电压端(图中Vbus)在完成电压调节后，保持输出恒定电压。

如图3所示，所述H桥控制模块4还包括第三MOS管41、第四MOS管42、第五MOS管43、第六MOS管44，所述第三MOS管41、第四MOS管42设置在所述母线电压端与接地端之间的第二支路上，所述第五MOS管43、第六MOS管44设置在所述母线电压端与接地端之间的第三支路上，所述第一输出端46设置在第三MOS管41与第四MOS管42之间，所述第二输出端47设置在第五MOS管43与第六MOS管44之间；

所述第三MOS管41的栅极、第四MOS管42的栅极、第五MOS管43的栅极、第六MOS管44的栅极分别与所述处理器模块3连接，所述处理器模块3控制所述第三MOS管41和第六MOS管44导通且第四MOS管42和第五MOS管43关闭，或者，所述处理器模块3控制所述第四MOS管42和第五MOS管43导通且第三MOS管41和第六MOS管44关闭。

从图3中可以看出，所述第三MOS管41的漏极与所述母线电压端连接，第三MOS管41的源极与第四MOS管42的漏极连接，所述第四MOS管42的源极与接地端连接；所述第五MOS管43的漏极与所述母线电压端连接，第五MOS管43的源极与第六MOS管44的漏极连接，所述第六MOS管44的源极与接地端连接。图3中的Vbus端即与图2中的Vbus端连接。

所述处理器模块3用于控制第一MOS管41、第二MOS管42、第三MOS管43、第四MOS管44的导通或关闭，具体地，所述处理器模块3包括单片机31和MOS管驱动芯片，具体地，所述MOS管驱动芯片与四个MOS管一一对应，所述第一MOS管41的第一栅极、第二MOS管42的第二栅极、第三MOS管43的第三栅极、第四MOS管44的第四栅极分别与对应的MOS管驱动芯片连接，所述单片机通过控制MOS管驱动芯片来控制相对应的MOS管的工作状态：在单片机的控制下，所述第一MOS管41和第四MOS管44导通、第二MOS管42和第三MOS管43关闭，或者，所述第二MOS管42和第三MOS管43导通、第一MOS管41和第四MOS管44关闭。

所述H桥控制模块4的工作模式如下：

上述四个MOS管的栅极分别连接对应的MOS管驱动芯片，第一MOS管41的第一栅极连接第一MOS管驱动芯片，以此类推，当所述单片机31仅向第一MOS管驱动芯片和第四MOS管驱动芯片输出高电平，则所述第一MOS管41和第四MOS管44导通，而第二MOS管42和第三MOS管43未得到栅极电压而关闭，在此情况下，所述第一输出端46输出正电压，所述第二输出端47接地，此时，恒压源模块1给静电膜提供正向电压；

当所述单片机31仅向第二MOS管驱动芯片和第三MOS管驱动芯片输出高电平，则所述第二MOS管42和第三MOS管43导通，而所述第一MOS管41和第四MOS管44未得到栅极电压而关闭，在此情况下，所述第二输出端47输出正电压，所述第一输出端46接地，此时，恒压源模块1给导电层提供正向电压。

由处理器模块3控制H桥控制模块2，每隔时间T，进行一次电压交变切换，这样静电薄膜和介质层表面的静电积累会减少很多，以保证薄膜运行稳定，优选地，所述处理器模块3包括单片机和MOS管驱动芯片。

如图4所示，所述恒流模块2包括第一MOS管211、第二MOS管212、第一电阻221、第二电阻222、第一三极管231、第二三极管232、第三三极管233、第四三极管234、第一运算放大器241和第二运算放大器242，所述第一电阻221与第二电阻222串联形成第一支路，所述第一电阻221与第二电阻222的中间连接点与参考地25连接，所述第一MOS管211的漏极与所述第一端口26连接，所述第一MOS管211的源极与所述第一支路的一端连接，所述第一支路的另一端与第二MOS管212的源极连接，所述第二MOS管212的漏极与所述第二端口27连接；

所述第一MOS管211与第一电阻221之间的电压采样点与所述第一运算放大器241的反相输入端连接，所述第二MOS管212与第二电阻222之间的电压采样点与所述第二运算放大器242的反相输入端连接，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的正相输入端均连接基准电压，所述第一运算放大器241的输出端分别与第一三极管231和第二三极管232的基极连接，所述第二运算放大器242的输出端分别与第三三极管233和第四三极管234的基极连接，第一三极管231的发射极和第二三极管232的发射极均与所述第一MOS管211的栅极连接，第三三极管233的发射极和第四三极管234的发射极均与所述第二MOS管212的栅极连接。

从图中可以看出，所述第一三极管231为NPN三极管，所述第一三极管231的集电极连接正电压(Vp)；所述第二三极管232为PNP三极管，所述第二三极管232的集电极连接负电压(Vn)；所述第三三极管233为NPN三极管，所述第三三极管233的集电极连接正电压(Vp)；所述第四三极管234为PNP三极管，所述第四三极管234的集电极连接负电压(Vn)；所述第一运算放大器241和第二运算放大器242均为双电源运放，即如图4所示，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的8脚均连接上述Vp正电压，所述第一运算放大器241和第二运算放大器242的4脚均连接上述Vn负电压。

所述恒流模块2的工作原理如下：

参考地25的作用与普通的接地作用不同，其作用是为所述第一MOS管211与第一电阻221之间的第一电压采样点以及第二MOS管212与第二电阻222之间的第二电压采样点提供参考电压，在参考电压的基础上，所述第一电压采样点得到的第一采样电压与第一运算放大器241正相输入端的基准电压比较。当所述H桥控制模块4的第一输出端46输出正电压时，此时由第一运算放大器241控制第一MOS管211的开度，而第二MOS管212导通(第二运算放大器242不起调控作用)，若所述第一采样电压较基准电压Vref偏大，说明流经第一电阻221(第二端口27)的电流偏大，则所述第一运算放大器241的输出端通过第一三极管231和第二三极管232控制所述第一MOS管211的栅极电压变小，则所述第一MOS管211的开度减小，使所述第一电阻221(图4中左侧)一端的采样电压下降；反之，若采样电压偏小，则调节第一MOS管211的开度变大，使所述第一电阻221一端的采样电压上升，即在每一次采样中，调节所述第二端口27的输出电流稳定在恒流范围。当所述H桥控制模块4的第二输出端47输出正电压时，所述第二电压采样点得到的第二采样电压与第二运算放大器242正相输入端的基准电压比较，此时由第二运算放大器242控制第二MOS管212的开度，而第一MOS管211导通(第一运算放大器241不起调控作用)，若所述第二采样电压较基准电压Vref偏大，说明流经第二电阻222(第一端口26)的电流偏大，则所述第二运算放大器242的输出端通过第三三极管233和第四三极管234控制所述第二MOS管212的栅极电压变小，则所述第二MOS管212的开度减小，使所述第二电阻222(图4中右侧)一端的采样电压下降；反之，若第二采样电压偏小，则调节第二MOS管212的开度变大，使所述第二电阻222一端的采样电压上升，即在每一次采样中，调节所述第一端口26的输出电流稳定在恒流范围。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述静电膜智能驱动控制系统还包括电压调节模块5，参见图5，所述电压调节模块5包括第三运算放大器51和第六电阻52，所述第三运算放大器51的正相输入端与处理器模块3的单片机31引脚(Vsp引脚)连接，所述第三运算放大器51的输出端分别与第三运算放大器51的反相输入端和第六电阻52的一端连接，所述第六电阻52的另一端分别与给定电压端53和所述恒压源模块1的升压芯片11的反馈引脚连接。

这里的电压调节模块5的作用是：恒压源模块1输出的高压Vbus，这个Vbus值是一个定值，我们需要根据负载的大小，及其他使用情况，改变想要得到的电压值，而电压调节模块5正是起到这个作用，其实现原理如下：所述Vbus与可以通过以下公式计算得到：

Vbus＝Vfb(1+Rs1/Rs2)+Rs1/Rs3(Vfb-Vsp)，

其中Vfb是给定电压端53的给定电压值(所述给定电压端53与图2中电阻Rs1与Rs2的中间点连接)，比如可采用1.22V，Rs1,Rs2,Rs3分别为第三电阻16、第四电阻17、第六电阻52的电阻值，Vsp是可以由单片机31控制其大小值，这样Vbus和Vsp构成一定的函数关系，改变Vsp的值可以得到想要的Vbus值。

在本实用新型的另一个优选实施例中，如图1所示，所述静电膜智能驱动控制系统还包括放电模块6，如图6所示，所述放电模块6包括光电耦合器61和第七电阻62，所述光电耦合器61、第七电阻62与所述卷曲的静电膜和导电层形成回路，所述光电耦合器61的输入端与处理器模块3的单片机31引脚连接。在恒压源模块1切断电源后，所述第二端口27和第二输出端47就与电源断开连接，从而所述展开状态的卷曲的静电膜会回收成卷曲状态，但是，如果没有涉及放电模块6，则静电膜的回收卷曲将会是一个漫长的过程(静电膜上集的电荷慢慢释放)，因此，所述放电模块6能够使得展开的静电膜迅速恢复到卷曲状态，其工作过程如下：当切断电源后，所述单片机31的Retract引脚(参见图7)给出一个电平变化信号(不局限于图6中的低电平)，使得光电耦合器61的输入侧的发光二极管导通，进而光电耦合器61的输出端闭合，使得所述第七电阻62与所述卷曲的静电膜和导电层所在的回路导通，则静电膜上的电荷可以迅速通过第七电阻62消耗释放掉，从而静电膜失去静电吸力而恢复成卷曲状。

最后对处理器模块3的单片机31的引脚作出如下说明：

参见图7，StartUp与图2中升压芯片11的U2脚相连，Vsp引脚与图5中第三运算放大器51的3脚相连，图5中第三运算放大器51的8脚接图6中的VDD电压端，第三运算放大器51的4脚接地，S1引脚与图3中第一MOS管41的1脚连接，S2引脚与图3中第二MOS管42的1脚连接，S3引脚与图3中第三MOS管43的1脚连接，S4引脚与图3中第四MOS管44的1脚连接，Retract引脚与图6中光电耦合器61输入侧的一端相连，AD引脚与图2中电阻R1与R2连接点相连。

本实用新型利用单片机控制H桥产生交变电压输出，实现静电膜和导电层的双向充电，保证静电膜的稳定运行，并采样电压以实时调节第一MOS管或第二MOS管的开度，实现对静电膜恒流输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。