一种开关电路及具有该开关电路的烹饪器具的制作方法

本实用新型涉及功率管开关电路技术领域，具体而言涉及一种开关电路及具有该开关电路的烹饪器具。

背景技术：

功率管作为负载导通和关断的开关器件，因为其比较脆弱，在很多使用场合常常因为负载内部短路或其它异常情况使功率管因过流而导致损坏，虽然有部分电路也采用一些措施来对功率管短路的保护，但由于反应时间往往不够快，保护过晚而仍然容易导致功率管损坏，同时部分电路会打嗝式的保护功率管，若未及时关断则功率管一样会损坏。

因此，有必要提出一种开关电路具有该开关电路的烹饪器具，以解决至少部分解决上述问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本实用新型一方面提供一种开关电路，用于控制负载电路的导通和关断，包括：

开关元件，所述开关元件与负载串联连接在负载工作电源和地之间，且在所述开关元件和所述负载之间设置有电压检测端点；

驱动单元，所述驱动单元用于提供驱动电压，以控制所述开关元件的导通和关断；

检测单元，所述检测单元用于检测所述电压检测端点的电压，且所述检测单元中形成有电压反馈端点；

控制单元，所述控制单元配置为基于所述检测单元的检测结果控制所述驱动单元，以在所述负载异常时关闭所述驱动单元；

其中，所述驱动单元与所述电压反馈端点连接，以在所述电压反馈端点的电压处于低电平时，拉低所述驱动电压，以关断所述开关元件。

示例性地，所述开关元件为功率管，所述功率管的集电极与所述负载连接，所述功率管的发射极接地，所述功率管的基极与所述驱动单元连接，以在所述驱动电压的作用下导通或关断。

示例性地，所述驱动电压为方波电压。

示例性地，所述检测单元包括：

第一检测支路，所述第一检测支路包括串联连接的第一二极管和第一限流电阻，所述第一二极管的阴极与所述电压检测端点连接，所述第一二极管的阳极与所述第一限流电阻的第一端连接，所述第一限流电阻的第二端与所述电压反馈端点和所述驱动单元连接；

第一电压比较器，所述第一电压比较器的反相输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一电压比较器的同相输入端与参考电压连接；

第二电压比较器，所述第二电压比较器的反相输入端与参考电压连接，所述第二电压比较器的同相输入端与所述第一电压比较器的输出端连接，所述第二电压比较器的输出端与所述电压反馈端点连接。

示例性地，所述检测单元还包括：

第一上拉电阻，所述第一上拉电阻的第一端与开关电路工作电压连接，所述第一上拉电阻的第二端与所述第一电压比较器的输出端连接；

第二上拉电阻，所述第二上拉电阻的第一端与所述开关电路工作电压连接，所述第二上拉电阻的第二端与所述第二电压比较器的输出端连接。

示例性地，所述检测单元还包括：

第二检测支路，所述第二检测支路包括下拉电阻、第二限流电阻和第二二极管，所述下拉电阻的第一端接地，所述下拉电阻的第二端与所述第一电压比较器的输出端和所述第二限流电阻的第一端连接，所述第二限流电阻的第二端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第二电压比较器的输出端连接。

示例性地，在所述下拉电阻的第二端和所述第二限流电阻的第一端之间形成有中断检测端点，所述控制单元基于所述中断检测端点的电压控制所述驱动单元的开启或关闭。

示例性地，在所述第一限流电阻的第二端和所述电压反馈端点之间设置有第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述一限流电阻的第二端连接，所述第三二极管的阴极与所述电压反馈端点连接。

示例性地，所述检测单元还包括：

滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述第一二极管的阳极和所述第一电压比较器的反相输入端连接，所述滤波电容的第二端接地。

根据本实用新型的开关电路，一旦负载短路导致诸如功率管的开关元件过流时能够迅速通过硬件电路直接关断开关元件，反应时间快，能最大限度的保护开关元件，减少开关元件损坏的概率，并且在开关元件关断之后还可以通过控制单元关闭驱动单元以更好地保护开关元件。根据本实用新型的开关电路，由于有效的保护了开关元件，因此减少了因异常情况而损坏关键器件，减少了维修成本。

本实用新型另一方面还提供一种烹饪器具，包括负载以及如上所述的开关电路。

根据本实用新型的烹饪器具，由于上述开关电路，因此可以有效保护开关元件，并减少因异常情况而损坏关键器件，减少了维修成本。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1示出了根据本实用新型一实施方式的开关电路的示意性结构框图；

图2示出了根据本实用新型一实施方式的开关电路的示意性电路图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

下面结合图1～图2对根据本实用新型一实施方式的开关电路进行详细说明。

图1示出了根据本实用新型一实施方式的开关电路的示意性结构框图。如图1所示，本实施例公开的开关电路100包括驱动单元101、开关元件102、检测单元103和控制单元104，其中开关元件102与负载105串联连接在负载工作电源和地之间，且在开关元件102和负载105之间设置有电压检测端点A，通过检测电压检测端点A处的电压可以判断正常工作时负载105是否出现短路或异常。

驱动单元101用于提供驱动电压，以控制开关元件102的导通和关断。示例性地，驱动单元提供的驱动电压为方波电压信号，当驱动电压为高电平时，开关元件102导通，电压检测端点A处于低电平；当驱动电压为低电平时，开关元件102关断，电压检测端点A处于高电平。

检测单元1103用于检测所述电压检测端点的电压，且所述检测单元中形成有电压反馈端点。示例性地，所述电压反馈端点配置为在所述电压检测端点A因负载短路处于高电平时，所述电压反馈端点处于低电平，所述驱动单元101与所述电压反馈端点连接，以在所述电压反馈端点的电压处于低电平时，拉低所述驱动电压，以关断所述开关元件。

控制单元104配置为基于检测单元103的检测结果控制驱动单元101，以在负载105异常时关闭驱动单元101。

根据本实施例的开关电路，当负载短路或异常时，电压检测端点A会处于高电平，并且使得所述检测单元中的所述电压反馈端点的电压处于低电平时，从而拉低所述驱动电压，以关断所述开关元件，即根据本实施例的开关电路可以在负载短路或异常时通过硬件电路直接迅速关断开关元件，从而实现对开关元件的有效保护，且在可以通过控制单元关闭驱动单元，以更好地保护开关元件。

图2示出了根据本实用新型一实施方式的开关电路的示意性电路图。

下面结合图2对根据本实施例的开关电路一种具体实现电路进行说明，以更好地理解本实用新型的开关电路。

如图2所示，本实施例的开关电路使用功率管Q1作为开关元件，功率管Q1与负载串联连接在直流电压和地之间，功率管Q1的集电极C与负载连接，发射极E接地，基极G与功率管驱动模块连接，以在功率管驱动模块提供的驱动电压下导通或关断。示例性地，功率管驱动模块提供的驱动电压为方波电压。示例性地，在功率管Q1的集电极和发射极之间连接有二极管，以实现对功率管的一定保护。

功率管Q1是控制负载(例如感性负载、电阻负载或容性负载等)电流通断的关键器件，也是本电路保护的核心，负载电路工作时，从直流电压开始经过负载和功率管Q1到地，完成给负载做功的目的。当负载短路时，此时的功率管Q1变成了负载了，电流和功率管Q1的C、E两端电压将迅速升高，若无法及时判断并作出反应，此时功率管将会永久性损坏，因为即使回路中接有保险丝，但由于保险丝熔断的时间是毫秒级，功率管Q1会因为保护不及时而永久性损坏，导致整个电器设备无法再继续使用。

本实施例中为了可以实现对功率管的快速保护，在开关电路中增加了检测电路(即图2中虚线框中的部分)，其采用两组电压比较器U1A和U1B做电压比较后判断是否发生短路等异常情况，电压比较器具有反应速度快，稳定可靠，价格低廉等优点。

下面对检测电路的组成以及如何实现对功率管Q1保护进行详细说明。图2中VCC为开关电路的工作电压(一般大于等于15V)，VM为参考电压，小于单片机MCU供电电压，一般小于5V。功率管驱动模块基于工作电压VCC提供驱动电压，即驱动电压高电平为VCC，例如15V，低电平为零。

如图2所示，检测电路包括第一检测支路、第一电压比较器U1A、第二电压比较器U1B和第二检测支路。

其中，第一检测支路包括第一二极管D1和第一限流电阻R1，第一二极管D1的阴极与功率管Q1和负载之间的电压检测端点A连接，第一二极管D1的阳极与第一限流电阻R1的第一端以及第一电压比较器U1A的反相输入端4连接，第一限流电阻R1的第二端与功率管驱动模块连接。

第一电压比较器U1A的反相输入端4与第一二极管D1的阳极以及第一限流电阻R1的第一端连接，第一电压比较器U1A的同相输入端5与参考电压连接，第一电压比较器U1A的输出端2与第二电压比较器U 1B的同相输入端11连接。在第一电压比较器U1A和第一检测支路之间设置滤波电容C1，用于防止误保护，增加可靠性。滤波电容C1的第一端与第一电压比较器1A的反相输入端4和第一二极管D1的阳极连接，滤波电容C1的第二端接地。滤波电容C1的电容值大小根据需要保护的灵敏度来确定，值太大则保护迟钝，太小则容易被干扰误保护。

第二电压比较器U1B的反相输入端10与参考电压VM连接，第二电压比较器U1B的同相输入端11与第一电压比较器U1A的输出端2连接，第二电压比较器U1B的输出端13与电压反馈端点B连接。

由于第一电压比较器U1A和第二电压比较器U1B在反相输入端大于同相输入端时，输出低电平，在反相输入端小于同相输入端时，悬空，因此在本电路中还增加了第一上拉电阻R3和第二上拉电阻R4，第一上拉电阻R3的第一端与工作电压VCC连接，第一上拉电阻R3的第二端与第一电压比较器U1A的输出端2连接；第二上拉电阻R4的第一端与工作电压VCC连接，第二上拉电阻R4的第二端与第二电压比较器U1B的输出端连接。

第二检测支路包括下拉电阻R5、第二限流电阻R2和第二二极管D2，所述下拉电阻R5的第一端接地，所述下拉电阻R5的第二端与所述第一电压比较器U1A的输出端2和所述第二限流电阻R2的第一端连接，所述第二限流电阻R2的第二端与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第二电压比较器U1B的输出端13连接。在所述下拉电阻的第二端和所述第二限流电阻的第一端之间形成有中断检测端点MCU中断口，诸如单片机MCU的控制单元可以基于所述中断检测端点的电压控制功率管驱动模块的开启或关闭。

进一步地，在所述第一限流电阻R1的第二端和所述电压反馈端点B之间设置有第三二极管D3，所述第三二极管D3的阳极与所述一限流电阻R1的第二端连接，所述第三二极管D3的阴极与所述电压反馈端点B连接。

本实施例的开关电路的工作过程和保护原理为：功率管Q1的G极驱动部分与功率管驱动模块连接，当驱动电压为高电平时，功率管Q1导通，此时功率管Q1的C端因为功率管Q1的对地导通变为低电平，即D1和R2的连接端也为低电平。即第一电压比较器U1A的反相输入端4电压为低电平，第一电压比较器U1A的同相输入端5和第二电压比较器U1B的反相输入端10为参考电压VM，其为小于单片机MCU工作电压的某一电压，该VM电压大小可以调节功率管保护的灵敏度。此时第一电压比较器U1A的反相输入端4的电压低于同相输入端5的电压，因为第一电压比较器U1A的输出端2接有第一上拉电阻R3，所以第一电压比较器U1A的输出端2为高电平VCC，第二电压比较器U1B的反相输入端10为VM电压，小于同相输入端11的电压，由于第二电压比较器U1B的输出端13接有第二上拉电阻R4，因此第二电压比较器U1B的输出端13为高电平VCC。MCU中断口由于下拉电阻R5和第一上拉电阻R3，且R3和R5的分压电压值应和单片机MCU供电电压接近，这时候MCU中断口的电压为高电平，无异常发生。当驱动电压为低电平时，由于D3的钳位作用，MCU中断口的电压也是高电平，无异常发生。

当驱动电压输出高电平时，功率管Q1正常导通，第一电压比较器U1A的反相输入端4为低电平，若负载短路或流过功率管Q1的电流过大，即过流时，功率管Q1的C端电压快速升高，此时第一电压比较器U1A的反相输入端4也由低电平开始升高并超过VM电压，因此第一电压比较器U1A的输出端2输出低电平，使得第二电压比较器U1B的反相输入端10的VM电压大于同相输入端11的低电平，第二电压比较器U1B的输出端13会输出低电平，快速拉低功率管驱动模块，使驱动模块输出的驱动电压为低电平，功率管关断，因为第二电压比较器U1B的输出端13输出低电平，其通过第二二极管D2和第二限流电阻R2把第二电压比较器U1B的同相输入端11拉成低电平，这样功率管驱动模块一直处于锁定低电平状态，同时MCU的中断口电平由高电平到低电平，诸如单片机MCU的控制单元检测到外部中断，发现负载异常，从而关闭功率管驱动模块。此时诸如单片机MCU的控制单元如果需要再进行一次试探确认是否为真正的负载短路，可复位该比较器电路，复位的方法为MCU中断口改变为输出状态，然后把第二电压比较器U1B的同相输入端11拉成高电平，此时第二电压比较器U1B的同相输入端11电压高于反相输入端10的VM电压，第二电压比较器U1B的输出端13可以输出高电平VCC，此时即复位了该电压比较电路，为下次驱动功率管Q1做准备，MCU中端口继续变为中断检测口，下次工作时只需重新驱动功率管驱动模块即可工作，如若负载确实为短路状态，保护电路继续动作。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。