一种自锁电路、控制系统及充气泵的制作方法

1.本实用新型涉及电器设备技术领域，具体涉及一种自锁电路、控制系统及充气泵。


背景技术：

2.目前市面上的充气泵使用电机带动气缸进行充气，一般使用高倍率放电电池，同时能够提供可视化操作，而且还可以选择充气类型和气压，甚至可以提供照明功能。
3.但是，目前的充气泵即使在不工作时也存在一定的功耗。具体的，充气泵在不工作时的功耗主要来源于电池的自放电和电池管理系统bms的损耗，其中电池的自放电与是不可避免的，因此如果降低电池管理系统bms在非工作状态下的功耗亟需解决。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种自锁电路、控制系统及充气泵，以使降低电池管理系统在非工作状态下的功耗。
5.根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种自锁电路，包括第一开关器件、第二开关器件和第一电阻，所述第一开关器件的控制端与触发开关连接，所述第一开关器件的第二端与电池的正极连接；所述第二开关器件的控制端与所述第一开关器件的第三端连接，所述第二开关器件的第二端与所述第一开关器件的控制端连接，所述第二开关器件的第三端和所述第二开关器件的控制端均与所述电池的负极连接；所述第一电阻位于所述第二开关器件的第二端和所述第一开关器件的控制端之间。
6.结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，自锁电路还包括第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一开关器件的第三端连接，所述第二电阻的第二端与所述电池的负极连接。
7.结合第一方面第一实施方式，在第一方面第一实施方式中，自锁电路还包括第三开关器件，所述第三开关器件的控制端与微控制器连接，所述第三开关器件的第二端与所述电池的负极连接，所述第三开关器件的第三端与所述第二电阻的第一端连接。
8.结合第一方面第一实施方式，在第一方面第三实施方式中，自锁电路还包括第三电阻，所述第三电阻与所述第二电阻串联。
9.结合第一方面第一实施方式，在第一方面第四实施方式中，自锁电路还包括第四电阻，所述第四电阻位于所述第二电阻的第二端与所述第二开关器件的控制端之间。
10.结合第一方面第二实施方式，在第一方面第五实施方式中，自锁电路还包括第五电阻，所述第五电阻位于所述微控制器与第三开关器件的控制端之间。
11.结合第一方面，在第一方面第六实施方式中，所述电池为钛酸锂电池。
12.根据第二方面，本实用新型实施例还提供了一种控制系统控制系统，包括电池、微控制器和第一方面或第一方面任一实施方式所述的自锁电路。
13.结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，控制系统还包括电池参数采集模块，所述电池参数采集模块与所述电池和所述微控制器连接，用于采集所述电池在工作过程中
的参数，并将所述参数发送至所述微控制器，其中所述参数包括以下中的至少一种：电压、电流、所述电池的温度。
14.结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，驱动器件包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和第二mos管串联。
15.结合第二方面，在第二方面第三实施方式中，控制系统还包括充电组件，所述充电组件与所述电池和所述微控制器连接，用于为所述电池充电。
16.结合第二方面第三实施方式，在第二方面第四实施方式中，所述充电组件包括usb输入接口、与所述usb输入接口连接的协议单元、与所述协议单元连接的电源管理单元、及与所述电源管理单元连接的dcdc单元；所述usb输入接口、所述协议单元、所述电源管理单元和所述dcdc单元均与所述微控制器连接，所述电源管理单元还与所述电池连接。
17.结合第二方面第四实施方式，在第二方面第五实施方式中，控制系统还包括usb输出接口和/或显示单元；所述电机还与所述dcdc单元连接；所述usb输出接口和所述显示单元均与所述dcdc单元连接。
18.第三方面，本实用新型实施例还提供了一种充气泵，所述充气泵包括第二方面或第二方面任一实施方式所述的控制系统。
19.结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，充气泵还包括电机，所述电机与所述电池和所述微控制器连接。
20.结合第三方面第一实施方式，在第三方面第二实施方式中，控制系统还包括气缸和气缸工作状态检测装置，所述气缸与所述电机连接；所述气缸工作状态检测装置与所述微控制器连接，用于检测所述气缸的工作状态，并将检测结果发送至所述微控制器；其中所述工作状态包括以下中的至少一项：气缸温度、气缸压力。
21.本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵具有如下技术效果：
22.(1)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，在触发开关没有被触发时，第一开关器件的基极无回路，使得第一开关器件截止，电池的正极无法通过第一开关器件来驱动负载(例如驱动器件)，驱动器件关闭，电池和微控制器无法形成环路，微控制器没有电源，此时，整个自锁电路没有电流流过，电池耗电仅为电池内部自放电，实现零待机功耗。同时，在触发开关被触发后，第一开关器件导通，电池正极通过第一开关器件，进入第二开关器件基极，使得第二开关器件导通，第二开关器件导通使得第一开关器件基极通过第一电阻、第二开关器件连接到电池的负极，维持第一开关器件导通，电池的正极通过第一开关器件驱动器件管，进而维持驱动器件导通，此时，放开按键，依然能通过上述回路维持第一开关器件导通。
23.(2)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，所述第二电阻的第一端与所述第一开关器件的第三端连接，所述第二电阻的第二端与所述电池的负极连接，所述第三开关器件的控制端与微控制器连接，所述第三开关器件的第二端与所述电池的负极连接，所述第三开关器件的第三端与所述第二电阻的第一端连接。由此，mcu可以打开第三开关器件，使得第二电阻的节点电压变低，关闭第二开关器件，由于第二开关器件关闭，使得第一开关器件关闭，完成自锁复位，待整机工作完，mcu关闭驱动器件后，可再次通过按键唤醒。
24.(3)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中采用钛酸锂电池，
能够使得充气泵在低温下(例如-30℃)进行高倍率放电，以维持充气泵电机工作，且能保持相对较高的电量；同时可以使充气泵在跌落、碰撞、短路等异常情况下，更加安全，减少起火等安全问题。
25.(4)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，不仅可以采用usb充电，而且支持快充；同时还能实现usb反向充电。
26.(5)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，通过在电池和微控制器之间设置串联的第一mos管和第二mos管，由此可以在充气泵在非工作状态下彻底断开电池和微控制器之间的连接。
27.(6)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，通过在电池和微控制器之前设置电池参数采集模块，可以采集所述电池在工作过程中的参数，并将所述参数发送至所述muc，其中所述参数包括以下中的至少一种：电压、电流、电池温度。由此可以监测电池放电电流、电压和电池温度，如果发生短路，电流过大则进行保护；如果电池电压低于保护电压，则进行保护；如果电池温度超过警戒温度则进行保护。
28.(7)在本实用新型实施例提供的自锁电路、控制系统及充气泵中，通过设置气缸工作状态检测装置可以检测气缸的工作状态，并将检测结果发送至所述微控制器；其中所述工作状态包括以下中的至少一项：气缸温度、气缸压力。由此可以实现对气缸的监控，从而可以对气缸进行保护，尤其是充气泵在低温下工作时，更好的对气缸进行保护。
附图说明
29.通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：
30.图1为自锁电路的结构示意图；
31.图2为自锁电路的启动过程示意图；
32.图3为控制系统的结构示意图；
33.图4为控制系统的充电过程示意图；
34.图5为充气泵的结构过程示意图；
35.图6为充气泵的工作过程示意图。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.实施例1
38.如图1所示，自锁电路包括第一开关器件(q1)、第二开关器件(q2)和第一电阻(r2)，所述第一开关器件(q1)的控制端与触发开关连接，所述第一开关器件(q1)的第二端与电池的正极连接，所述第二开关器件(q2)的控制端与所述第一开关器件(q1)的第三端连接，所述第二开关器件(q2)的第二端与所述第一开关器件(q1)的控制端连接，所述第二开
关器件(q2)的第三端和所述第二开关器件(q2)的控制端均与所述电池的负极连接；所述第一电阻(r2)位于所述第二开关器件(q2)的第二端和所述第一开关器件(q1)的控制端之间。
39.在本实用新型实施例1中，自锁电路中还可以包括负载，例如驱动器件，具体的，驱动器件可以为mos管。
40.如图1所示，上述自锁电路，在触发开关没有被触发时，q1的基极无回路，使得q1截止，电池的正极无法通过q1来驱动mos管，电池和微控制器无法形成环路，微控制器没有电源，此时，整个自锁电路没有电流流过，电池耗电仅为电池内部自放电，实现零待机功耗。
41.如图1和图2所示，在触发开关被触发后，q1导通，电池正极通过q1，进入q2基极，使得q2导通，q2导通使得q1基极通过r2、q2连接到电源负极，维持q1导通，电池的正极通过q1驱动mos管，进而维持mos管导通，此时，放开按键，依然通过上述回路维持q1导通，整机系统上电微控制器启动完成后，由微控制器控制mos驱动。
42.进一步的，自锁电路还包括第二电阻(r4)，所述第二电阻(r4)的第一端与所述第一开关器件(q1)的第三端连接，所述第二电阻(r4)的第二端与所述电池的负极连接。
43.更进一步的，自锁电路还包括第三开关器件(q3)，所述第三开关器件(q3)的控制端与微控制器连接，所述第三开关器件(q3)的第二端与所述电池的负极连接，所述第三开关器件(q3)的第三端与所述第二电阻(r4)的第一端连接。
44.由此，微控制器通过图1所示的ic脚打开q3，使得r4的节点电压变低，关闭q2，由于q2关闭，使得q1关闭，完成自锁复位，待整机工作完，微控制器关闭mos后，可再次通过按键唤醒。
45.进一步的，自锁电路还包括第三电阻(r1)，所述第三电阻(r1)与所述第二电阻(r4)串联，例如所述第三电阻(r1)位于所述第一开关器件(q1)的第三端和所述第二电阻(r4)的第一端之间。
46.进一步的，自锁电路还包括第四电阻(r3)，所述第四电阻(r3)位于所述第二电阻(r1)与所述第二开关器件(q2)的控制端之间。更进一步的，自锁电路还包括第五电阻(r5)，所述第五电阻(r5)位于所述微控制器与所述第三开关器件(q3)的控制端之间。
47.另外，目前市面上的充气泵无法在低温下进行工作，其主要原因为目前充气泵中的电池无法适应低温环境。为了使得充气泵能够在低温下工作，需要选用能适应低温环境的电池。
48.具体的，所述电池为钛酸锂电池，其能够使得充气泵在低温下(例如-30℃)进行高倍率放电，以维持充气泵电机工作，且能保持相对较高的电量；同时其卓越的安全性能可以使充气泵在跌落、碰撞、短路等异常情况下，更加安全，减少起火等安全问题。
49.示例的，自锁电路构成如图1和图2所示，自锁电路的元器件分别为q1：pnp管；q2/q3：npn管；r1～r5：电阻；ic：接入电池io口。
50.其中，q1为电池总开关，q2的作用为维持q1开启；r1、r4和r3的作用为提供q2开启的电压；r2的作用为提供维持q1开启的路径；q3的作用为关闭q2，复位自锁；r5的作用为提供q3开启的路径。
51.默认状态为关闭：q1的基极无回路，使得q1截止，电池的+极无法q1驱动器件，mos管关闭，电池无法形成环路，系统没有电源，此时，整个系统没有电流流过，电池耗电仅为电池内部自放电，实现零待机功耗。
52.在按下按键时，进行唤醒，唤醒过程为：按键按下，使得q1基极通过r4接地，使得q1导通，电池+通过q1，经过r1和r4分压后，经过r3进入q2的控制端(例如基极)，使得q2导通，q2导通使得q1的控制端(例如基极)通过r2，通过q2接地，维持q1导通，电池+通过q1驱动器件管，进而维持mos管导通，此时，放开按键，依然通过上述回路维持q1导通，整机系统上电微控制器启动完成后，由微控制器控制mos驱动，最后微控制器通过下图ic脚打开q3，是的r3与r1和r4的节点电压变低，关闭q2，由于q2关闭，使得q1关闭，完成自锁复位，待整机工作完，微控制器关闭mos后，可再次通过按键唤醒。
53.由此可见，本实用新型实施例1提供的自锁电路能够实现零待机功耗，保护和关机时，断开电池电源回路。
54.实施例2
55.在本实用新型实施例1的基础上，本实用新型实施例2提供了一种控制系统，所述控制系统包括本实用新型实施例1所述的自锁电路。图3为控制系统的结构示意图，其中控制系统包括电池、微控制器和本实用新型实施例1所述的自锁电路。
56.具体的，控制系统还包括电池参数采集模块，所述电池参数采集模块与所述电池和所述微控制器连接，用于采集所述电池在工作过程中的参数，并将所述参数发送至所述muc，其中所述参数包括以下中的至少一种：电压、电流、电池温度。由此可以监测电池放电电流、电压和电池温度，如果发生短路，电流过大则进行保护；如果电池电压低于保护电压，则进行保护；如果电池温度超过警戒温度则进行保护。
57.示例的，如图3所示，电池参数采集模块包括电池电压检测模块、过流采样电阻和差分采样。例如，可以通过电池电压检测模块来检测电池的电压，例如每一节电池的电压；可以通过过流采样电阻和差分采样来检测电池放电过程中的电流。
58.具体的，所示驱动器件包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管和第二mos管串联。由此可以在充气泵在非工作状态下彻底断开电池和微控制器之间的连接，而且可以使得在电池在充电时不工作，在工作时不充电。
59.示例的，如图3所示，没有工作时，nmos1和nmos2均断开，按下触发开关(也可称为轻触开关)，触发自锁电路后，使得nmos1和nmos2接通，电池给微控制器供电，此时，电池参数采集模块采集电池电压，电池输出电流、电池温度信息，并反馈至微控制器。
60.在电池放电时，nmos1断开，nmos2接通，如果此时通过的电流较大，则打开nmos1，减少nmos1的温升；在电池充电时，nmos1接通，nmos2断开，进行充电，如果采用快充，电流较大时，则打开nmos2，减少nmos2的温升。
61.具体的，驱动器件由微控制器控制；在接收到触发开关的触发信号后，驱动器件被自锁强制导通，自锁电路进入工作模式，此时，微控制器将输出信号控制mos管，同时复位自锁电路，自锁电路失去作用，驱动器件仅受微控制器控制。因此，在电池放电时可以实现nmos1断开，nmos2接通；在开启大负载之前，打开nmos1；在检测到usb插入时，进入充电模式时，微控制器使得nmos1接通，nmos2断开，在进行快充(大电流充电)时，打开nmos2。
62.具体的，控制系统还包括充电组件，所述充电组件与所述电池和所述微控制器连接，用于为所述电池充电。
63.具体的，如图3和图4所示，所述充电组件包括usb输入接口、与所述usb输入接口连接的协议单元、与所述协议单元连接的电源管理单元、及与所述电源管理单元连接的dcdc
单元；所述usb输入接口、所述协议单元、所述电源管理单元和所述dcdc单元均与所述微控制器连接，所述电源管理单元还与所述电池连接。
64.示例的，如图3和图4所示，控制系统充电时，充气泵不工作，在电池保护板中nmos1接通，nmos2断开，进行充电，如果采用快充，电流较大时，则需要打开nmos2，减少nmos2的温升。打开电源管理，usb反充关闭；usb默认为5v/2a输入，提供dcdc电源，dcdc转化为微控制器工作的电源，此时微控制器开始工作，通过iic通信和pd3.0协议部件通信，让pd3.0协议部件同usb充电器建立通信，如果建立失败，按照5v/2a的输入，经过电源管理进行慢充；如果通信建立成功，则按照预设参数进行输出(常见的快充为9v/12v等)，进行快充；充电时，显示充电电量，微控制器对电池的电量进行监测，到充满电时断开充电，如果电池出现过冲，则进行保护；微控制器监测电池温度、usb输入电压、电源管理的充电电流。
65.由此，控制系统可以实现快充，支持大部分手机usb快充方式，最高65w。
66.更进一步的，控制系统还包括usb输出接口和/或显示单元；所述电机还与所述dcdc单元连接；所述usb输出接口和所述显示单元均与所述dcdc单元连接。由此可以实现usb反向充电。
67.由此可见，本实用新型实施例提供的控制系统具有如下技术效果：
68.1.零待机功耗，保护和关机时，断开电池电源回路；
69.2.快充式充气泵，支持大部分手机usb快充方式，最高65w；
70.3.超低温运行，使用钛酸锂电池，可以在-30℃进行大电流放电。
71.实施例3
72.在本实用新型实施例2的基础上，本实用新型实施例2还提供了一种充气泵，所述充气泵采用本实用新型实施例2的控制系统。
73.如图5和图6所示，控制系统包括电机，所述电机与所述电池和所述微控制器连接。由此，电池可以电机提供能源，微控制器可以将生成的电机驱动信号发送至电机。
74.进一步的，充气泵还包括气缸和气缸工作状态检测装置，所述气缸与所述电机连接，所述气缸工作状态检测装置与所述微控制器连接，用于检测所述气缸的工作状态，并将检测结果发送至所述微控制器；其中所述工作状态包括以下中的至少一项：气缸温度、气缸压力。由此可以实现对气缸的监控，从而可以对气缸进行保护。
75.具体的，检测气缸温度的温度传感器仅贴气缸即可，温度传感器的位置其他特殊要求；检测气缸压力的压力传感器可以在气缸上进行取压，放置于取压口处。示例的，在充气泵正常工作充气时，当气缸温度超过设置温度t时，停止工作，等待气缸冷却至温度t0时，再次自动启动充气，这是为了延长气缸的使用寿命；t和t0需要根据气缸温度和寿命的关系设置，每款气缸参数不一。
76.如图5和图6所示，控制系统工作(放电)时，关闭电源管理，usb反充开启；用户通过操作面板和显示面板设置需要充气的气压，点击开始充气按键，进行充气，此时，微控制器控制电机驱动开启电机，监测电池放电电流和电压，监测气缸温度和电池温度、监测充气气压；如果发生短路，电流过大则进行保护；如果电池电压低于保护电压，则进行保护；如果气压达到设置气压，则停止工作；如果气缸温度过高，则停止工作，待气缸冷却至工作点，再进行工作；如果电池温度超过警戒温度则进行保护。
77.所述微控制器可以包括处理器和存储器，其中处理器和存储器可以通过总线或者
其他方式连接。
78.处理器可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
79.存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理。
80.存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
81.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
82.虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。