用于驱动多个电磁铁的装置、阀门驱动设备和烹饪设备的制作方法

本发明涉及电磁铁的控制领域，具体地涉及一种用于驱动多个电磁铁的装置和烹饪设备。

背景技术：

在一些烹饪设备如真空功能的电饭煲为把腔体密封，需要进行抽真空，并使用电磁铁驱动的阀门实现进气口和出气口的控制，以保持真空状态，为了维持真空状态的稳定，在产品上需要用到两个电磁铁以实现较大的驱动力。电磁铁在启动时需要较大的功率，而在启动后如果一直维持功率不变，则会导致电磁铁的线圈发热导致温升过高，为了克服此问题，在启动后采用较小的功率来维持电磁铁的导通避免其继续温升。采用这种控制方案驱动多个电磁铁时，需要用到处理器的多个端口，以此增加了对处理器的资源需求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中驱动多个电磁铁对处理器的资源要求大的问题，提供一种用于驱动多个电磁铁的装置、阀门驱动设备和烹饪设备。

为了实现上述目的，本发明第一方面，提供一种用于驱动多个电磁铁的装置，所述装置包括：

多个电子开关，多个电子开关中的一个电子开关与多个电磁铁中的一个电磁铁对应，每个电子开关的一端连接每个电磁铁的线圈的一端，每个电子开关包括开关驱动端和驱动保持端；

处理器，包括分别连接每个电子开关的开关驱动端的多个第一端子和连接每个电子开关的的驱动保持端的第二端子；

处理器被配置成：

分别输出高功率的启动信号到每个开关驱动端以分别启动每个电磁铁；

输出低功率的pwm信号至驱动保持端；

在电磁铁经由启动信号被启动并接收到pwm信号的情况下，停止向经由启动信号被启动并接收到pwm信号的电磁铁输出启动信号。

可选地，该装置还包括：

电源电子开关，电源电子开关的一端共同连接每个电磁铁的线圈的另一端，电源电子开关的电源控制端连接处理器；

处理器还被配置成：

在输出开关信号和pwm信号之前，输出电源开关信号到电源控制端，以控制电源电子开关开启，为每个电磁铁的线圈提供直流电源。

可选地，处理器还被配置成：

在输出pwm信号至少第一预设时间的情况下，关闭输出开关信号到每个开关驱动端，其中第一预设时间大于1秒小于30秒。

可选地，处理器还被配置成：

设置与连接每个开关驱动端的处理器的每个端口为输入状态，以关闭输出开关信号到每个开关驱动端。

可选地，处理器还被配置成：

依次输出开关信号控制到每个开关驱动端以依次启动每个电磁铁；

输出pwm信号到到公共端；

在输出pwm信号至少第一预设时间的情况下，关闭输出开关信号到每个开关驱动端。

可选地，每个电子开关包括：

第一npn三极管，第一npn三极管的集电极为电子开关的一端，第一npn三极管的发射极接地；

第一电阻，第一电阻的一端连接第一npn三极管的基极，第一电阻的另一端为开关驱动端；

第三二极管，第三二极管的阳极连接第一电阻的一端，第三二极管的阴极连接第一电阻的另一端；

第二电阻，第二电阻的一端连接第一电阻的一端，第二电阻的另一端为保持驱动端。

可选地，电源电子开关包括：

第三pnp三极管，第三pnp三极管的发射极连接直流电源正极，第三pnp三极管的集电极为电源电子开关的一端；

第七电阻，第七电阻的一端连接第三pnp三极管的基极；

第六电阻，第六电阻的一端连接第三pnp三极管的发射极；

第十电阻，第十电阻的一端连接第六电阻的另一端，第十电阻的另一端连接第七电阻的另一端；

第四pnp三极管，第四pnp三极管的集电极连接第七电阻的另一端，第四pnp三极管的发射极接地；

第八电阻，第八电阻的一端连接第四pnp三极管的基极，第八电阻的另一端为电源控制端。

可选地，电源电子开关还包括：

第五二极管，第五二极管阴极连接第三pnp三极管的发射极，第五二极管阳极连接第三pnp三极管的集电极。

本发明第二方面，提供一种阀门驱动设备，其特征在于，阀门驱动设备包括上述的用于驱动多个电磁铁的装置。

本发明第三方面，提供一种烹饪设备，其特征在于，烹饪设备包括上述的阀门驱动设备。

通过上述技术方案的用于驱动多个电磁铁的装置，多个电子开关共用一路处理器输出的pwm信号以实现电磁铁的启动后的保持。使得驱动多个电磁铁工作时，仅需处理器一个pwm信号输出的端口即可，驱动多个电磁铁的电子开关都共用一个pwm信号输出端口，其他开关驱动端口均与mcu的普通i/o端口连接，因而对处理器的端口要求低，以此使得整个装置降低了对处理器的资源要求，能采用成本较低的处理器，从而能有效的降低装置的成本。

附图说明

图1示意性示出了本发明实施方式的用于驱动多个电磁铁的装置的框图；

图2示意性的示出了针对图1所示的装置中处理器输出控制信号到两个电子开关的工作波形示意图；

图3示意性示出了根据本发明较佳实施方式的用于驱动多个电磁铁的装置的框图；

图4示意性示出了本发明较佳实施方式的针对图1所示的装置的具体电路图；

图5示意性示出了本发明较佳实施方式的针对图3所示的装置的具体电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施方式提出一种用于驱动多个电磁铁的装置。该电磁铁可用于烹饪设备如带真空功能的电饭煲的进气和排气阀门的驱动。图1示意性示出了本发明实施方式的用于驱动多个电磁铁的装置的框图。参考图1，该装置包括：

多个电子开关，多个电子开关中的一个电子开关与多个电磁铁中的一个电磁铁对应，每个电子开关的一端连接每个电磁铁的线圈的一端，每个电子开关包括开关驱动端和驱动保持端；

处理器30，包括分别连接每个电子开关的开关驱动端的多个第一端子和连接每个电子开关的的驱动保持端的第二端子；

处理器30(如图1中的mcu)被配置成：

分别输出高功率的启动信号到每个开关驱动端以分别启动每个电磁铁；

输出低功率的pwm信号至驱动保持端；

在电磁铁经由启动信号被启动并接收到pwm信号的情况下，停止向经由启动信号被启动并接收到pwm信号的电磁铁输出启动信号。

其中这里的处理器30的示例可以包括但不限于，通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(dsp)、多个微处理器、与dsp核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)电路、其他任何类型的集成电路(ic)以及状态机等等。

其中这里的电子开关可以是基于可控硅、三极管、mos(金属氧化物半导体)管或者igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)管等其中的一种构成的开关电路，可处理器30输出控制信号进行快速的开关状态切换。图1中电磁铁为两个即电磁铁40和电磁铁50，对应两个电子开关即第一电子开关10和第二电子开关20，当然电磁铁也可以为多个，对应与电磁铁数量相同的电子开关。以图1所示的装置为例，mcu的p1和p3端口分别为与两个电子开关的开关驱动端对应的第一端子，p2端口为连接这两个电子开关的驱动保持端的第二端子。在控制这两个电磁铁工作时，mcu的p1和p3端口分别输出启动信号第一电子开关10和第二电子开关20的开关驱动端，使得电磁铁40和电磁铁50工作在高功率状态，如可分别输出恒定的电平使得第一电子开关10和第二电子开关20导通，此时电磁铁40和电磁铁50被加载恒定的直流电源启动。接着mcu的p2端口输出pwm的信号到第一电子开关10和第二电子开关20的驱动保持端，使得两个电子开关工作在快速的开关状态，直流电源以快速的通断状态加载在电磁铁的工作线圈上，使得电磁铁的工作功率降低，但能使得电磁铁维持启动状态。这里的pwm信号为脉冲信号，其中脉宽可以是预定不变的，也可以在输出后发生改变，如可在刚输出的一段时间如几秒的时间pwm的有效脉宽相对长，使得两个电磁铁的工作功率相对高，在这之后减少有效脉宽，使得两个电磁铁的工作功率降低，这样的控制方式更能使得电磁铁在启动到维持状态的切换稳定可靠，使得电磁铁在后期低功率工作时能稳定地维持启动的状态。

因为处理器30的能输出pwm信号的端口较少，如果按照现有技术中的电磁铁的控制方式，每个电磁铁都需要处理器30一个单独的具有pwm信号输出的端口，这样当控制多个电磁铁工作时，对处理器30的端口要求高。而在该实施例中，驱动多个电磁铁工作时，仅需处理器30一个pwm信号输出的端口即可，驱动多个电磁铁的电子开关都共用一个pwm信号输出端口，其他开关驱动端口均与mcu的普通i/o端口连接，因而对处理器30的端口要求低，以此使得整个装置降低了对处理器30的资源要求，能采用成本较低的处理器，从而能有效的降低装置的成本。

在本发明的较佳实施方式中，处理器30还被配置成：在输出pwm信号至少第一预设时间的情况下，关闭输出开关信号到每个开关驱动端，其中第一预设时间大于1秒小于30秒。

在该实施例中，在处理器30输出pwm信号延迟至少第一预设时间的的情况下，处理器30才关闭启动信号。也即处理器30输出pwm信号和启动信号至少存在重合的第一预设时间，这样做的目的在于在处理器30通过启动信号控制电磁铁启动后，能平滑切换到有pwm信号控制的保持状态，防止二者之间存在过渡时差导致电磁铁的状态发送改变。

进一步地，基于上述实施例，处理器30还被配置成：

设置与连接每个开关驱动端的处理器30的每个端口为输入状态，以关闭输出开关信号到每个开关驱动端。

在处理器30输出pwm信号并延迟至少第一预设时间后，处理器30关闭输出启动信号，处理器30在关闭输出启动信号时，可以采用输出与原来的启动信号电平相反的方式，如启动信号为高电平，则关闭时输出低电平。因为每个电子开关同时通过驱动保持端连接处理器30的输出pwm信号的端子和通过开关驱动端连接处理器30的输出启动信号的端子，在处理器30输出低电平时可能会影响电子开关内部的开关状态，影响到pwm信号不能正确的控制电子开关的工作，导致电磁铁工作出现异常。因此处理器30采用设置该端口为输入状态的方式关闭输出启动信号，由现有技术中处理器的端口的内部电路可知，在设置处理器30端口为输入状态时，该端口内部电路为集电极开路状态，其端口的内阻非常大，因而其端口内部电路不会与其他线路形成灌电流以至影响其他线路的电平状态，如在pwm信号中为高电平时刻不会对端口内部电路形成灌电流。而如果该端口设置为低电平时，由于此时端口内部阻抗极低，pwm信号的高电平会通过该端口形成灌电流，从而拉低pwm信号的高电平，影响了其高电平对电子开关控制甚至使得此时由于高电平的拉低无法控制电子开关导通，因而无法控制电磁铁正常工作。

图2示意性的示出了针对图1所示的装置中mcu输出控制信号到两个电子开关的工作波形示意图。参考图2，处理器30首先在p1端口输出高电平即图2中的port1指示的波形，使得第一电子开关10导通进而控制电磁铁40开启，然后在延迟一段时间后在t2时刻在p2端口输出pwm信号即图2中的port2指示的波形，接着在延迟一段时间后在t3时刻处理器30在p2端口输出高电平信号即图2中的port3指示的波形，使得第二电子开关20导通进而控制电磁铁50开启；处理器30的p1端口输出高电平经第二预设时间后即t4时刻设置为输入状态，此时由于之前处理器30已经输出pwm信号，使得第一电子开关10平滑切换由pwm信号控制的保持状态，而p1端口由于为输入状态，此时该端口的信号为与pwm一致的波形；而处理器30的p2端口输出高电平经第二预设时间后在t5时刻也设置为输入状态，由于pwm信号先于p2端口输出，因此第二电子开关20此时也平滑切换由pwm信号控制的保持状态。

在上述波形中，p1端口和p2端口输出的启动信号时间隔输出的，使得第一电磁铁和第二电磁铁依次启动，也可以控制这两个端口同时输出启动信号使得第一电磁铁和第二电磁铁同时启动。但同时启动时由于电磁铁为感性负载启动时会产生较大的反向感应电动势，为了防止同时启动是这些反向感应电动势的叠加对电路中的其他元器件产生干扰，因而优选为控制第一电磁铁和第二电磁铁依次启动的方案。

因为电磁铁在启动时其触点吸合过程为机械动作过程，需要一定的时间才能保证触点接触使得触点完全导通，因此启动信号也需要一定的维持时间以保证电磁铁完全吸合。该启动信号对应的开关信号的时间长度为0.5至5秒。进一步可优选为2至5秒。

值得说明的是，在图2中，上述的pwm信号是处理器30在输出第一个电子开关的启动信号即开关信号后延迟一定时间才输出的，也可以在开关信号之前输出，因为在电磁铁未启动前pwm信号输出时加载在电磁铁上的电压低导致功率低，电磁铁不能启动，只有在输出开关信号后电磁铁才能启动，然后在开关信号关闭后依靠pwm信号控制电磁铁维持启动状态。

通过上述实施方式可知：为了保证电磁铁能在启动时可靠的吸合以及在启动后能稳定的维持启动状态，控制电磁铁启动的开关信号需保持一定的时间如上述提到的0.5至5秒；而且pwm信号与开关信号需有一定的重合时间，即在输出pwm信号一定时间后，才关闭输出开关信号，此时间如上述提到的1秒至30秒，以此使得电磁铁能平滑的从启动状态切换到保持状态；而且针对多个电磁铁启动的时，优选为以此控制多个电磁铁启动，以避免多个电磁铁同时启动时对电路产生的干扰。

图3示意性示出了根据本发明较佳实施方式的用于驱动多个电磁铁的装置的框图。参考图3，在本发明的较佳实施方式中，该装置还包括：

电源电子开关60，电源电子开关60的一端共同连接每个电磁铁的线圈的另一端，电源电子开关60的电源控制端连接处理器30；

处理器30还被配置成：

在输出开关信号和pwm信号之前，输出电源开关信号到电源控制端，以控制电源电子开关60开启，为每个电磁铁的线圈提供直流电源。

与上述实施方式不同之处在于，进一步增加电源电子开关60，以此控制对多个电磁铁加载直流电。这里电源电子开关60具体可以与上述的第一电子开关10和第二电子开关20的电路结构相同。通过增加电源电子开关60对电磁铁加载的电源进行控制，可以增加对电磁铁控制的可靠性，如在对控制电磁铁的电子开关失效或者处理器30输出的对电子开关的开关信号或者pwm信号失效导致电磁铁不能可控的情况下，可能导致安装了该电磁铁控制装置的家电设备如真空功能的电饭煲处于异常的危险状态，如在抽真空满足条件时如果由于控制的异常使得电磁铁控制的阀门不能及时关闭，会导致由于真空压力过低使得抽真空的电机负载加大，长期工作会损坏电机。此时通过控制电源电子开关60断开对电磁铁的供电，能强制的使得电磁铁不会继续工作，保证了电饭煲的工作可靠性。

上述的控制电源电子开关60的电源开关信号应该在输出启动的开关信号或者维持的pwm信号之前输出，以提前对电磁铁进行供电，便于电子开关对电磁铁的工作进行控制。

图4示意性示出了本发明较佳实施方式的针对图1所示的装置的具体电路图。参考图4，每个电子开关包括：

第一npn三极管q1，第一npn三极管q1的集电极为电子开关的一端，第一npn三极管q1的发射极接地；

第一电阻r1，第一电阻r1的一端连接第一npn三极管q1的基极，第一电阻r1的另一端为开关驱动端；

第三二极管d3，第三二极管d3的阳极连接第一电阻r1的一端，第三二极管d3的阴极连接第一电阻r1的另一端；

第二电阻r2，第二电阻r2的一端连接第一电阻r1的一端，第二电阻r2的另一端为保持驱动端。

上述的电子开关电路以第一电子开关10为例。第二电子开关20的具体电路与第一电子开关10的电路相同。

其中第一电阻r1、第二电阻r2和第三二极管d3的设置，使得第一端口p1输出的开关信号和第二端口p2输出的pwm信号同时存在时，pwm信号的电平状态不至影响开关信号的电平。具体如下：

当第一端口p1输出高电平时，在pwm信号处于低电平时，高电平的电压如5v经第一电阻r1和第二电阻r2电阻组成的分压电路，通过合理的选择第一电阻r1和第二电阻r2的阻值，在第一npn三极管q1的基极处的分压可使其导通，因而高电平的开关信号不受pwm信号中的低电平影响；而在开关信号处于低电平，pwm信号处于高电平时，由于第三二极管d3的导通，此时pwm的高低平被拉低，此时第一npn三极管q1的基极的电压仍为低电平不会使其导通，因而低电平的开关信号不受pwm信号中的高电平影响。

当电磁铁40启动后，处理器30设置第一端口p1为输入状态，经上面的实施方式分析可知，此时该端口的内阻很大，不会影响第二端口p2输出的pwm信号的电平状态，使得pwm信号能正常控制第一电子开关10进行开关状态切换。

图5示意性示出了本发明较佳实施方式的针对图3所示的装置的具体电路图。参考图5，电源电子开关60包括：

第三pnp三极管q3，第三pnp三极管q3的发射极连接直流电源正极如图5中的18v直流电源正极，第三pnp三极管q3的集电极为电源电子开关60的一端；

第七电阻r7，第七电阻r7的一端连接第三pnp三极管q3的基极；

第六电阻r6，第六电阻r6的一端连接第三pnp三极管q3的发射极；

第十电阻r10，第十电阻r10的一端连接第六电阻r6的另一端，第十电阻r10的另一端连接第七电阻r7的另一端；

第四pnp三极管q4，第四pnp三极管q4的集电极连接第七电阻r7的另一端，第四pnp三极管q4的发射极接地；

第八电阻r8，第八电阻r8的一端连接第四pnp三极管q4的基极，第八电阻r8的另一端为电源控制端。

在上述电源电子开关60的电路中，通过由第三pnp三极管q3和第四pnp三极管q4组成两极三极管开关电路，采用两极的原因对较高的直流电源进行隔离，因为处理器30的直流供电比电磁铁的直流供电电压要低，一般处理器30在5v，而电磁铁的驱动的直流电压在10几伏如图5中的18v，为了防止相对高的18v电压损坏处理器30的端口内部电路，因而再增加一级三极管进行隔离。由图5中的电路易知：在第四端口p4输出高电平时，第四pnp三极管q4导通进而控制第三pnp三极管q3导通，而在第四端口p4输出低电平时，第四pnp三极管q4截止进而控制第三pnp三极管q3截止，以此实现了对18v直流电源的开关控制。

进一步地，上述电源电子开关60还可包括第九电阻r9，第九电阻r9的一端连接第四pnp三极管q4的发射极，另一端连接第八电阻r8的另一端。起到控制第九电阻r9的一端连接的第四pnp三极管q4可靠截止的作用。

进一步地，上述电源电子开关60还可包括：第五二极管d5，第五二极管d5阴极连接第三pnp三极管q3的发射极，第五二极管d5阳极连接第三pnp三极管q3的集电极。并进一步可包括并联在第五二极管d5上的第五电阻r5。这里的第五二极管d5和第五电阻r5起到对第三pnp三极管q3的集电极上的反向高压进行泄放的作用，防止反向高压击穿该三极管。

值得说明的是在每个电磁铁上还可反向并联一个二极管，如反向并联于电磁铁40的第一二极管d1。当电子开关电路进行开关状态切换时，由于电磁铁的线圈为感性负载，会产生反向的感应电动势即反向高压，为了防止对电子开关中的元器件如图5中的第一npn三极管q1击穿损坏，通过第一二极管d1进行泄放，以此起到了保护中的第一npn三极管q1的作用。

本发明还提出一种阀门驱动设备，其特征在于，阀门驱动设备包括上述的用于驱动多个电磁铁的装置。通过该装置实现阀门的可靠开启和关闭。

本发明实施方式还提出一种烹饪设备，该烹饪设备包括上述的阀门驱动设备。如该烹饪设备为带真空功能的电饭煲，通过阀门驱动设备实现电饭煲中实现真空的抽真空的进气口和排气口的开闭状态进行控制。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。