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        電動工具及其供電電路

        2018-04-26 12:16:34授權(quán)公告號CN105337319B
        電動工具 2018年2期
        關(guān)鍵詞:電動工具用電器電芯

        授權(quán)公告號:CN105337319B

        授權(quán)公告日:2018.02.23

        專利權(quán)人:南京德朔實業(yè)有限公司

        發(fā) 明 人:章智;楊德中;李江

        在現(xiàn)有的電動工具在使用過程中,一個工具主機通常僅能使用一種具有特定輸出電壓的電池包,例如,工具主機在額定功率下工作時的額定電壓為18V,那么該工具主機只能使用具有18V輸出電壓的電池包,而通常不能使用具有56V、36V輸出電壓的電池包。這樣,一個具有18V額定電壓的工具主機需要一個電池包供電時,而受到工作條件的限制,身邊僅具有一個36V輸出電壓的電池包,這時,該電池包則不能為該工具主機供電,影響工作的繼續(xù)。

        發(fā)明內(nèi)容

        為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,發(fā)明的目的在于提供一種電動工具及其供電電路,該供電電路能夠?qū)⒕哂胁煌陬~定電壓的電芯電壓的電池包轉(zhuǎn)換成適合用電器的電池包。技術(shù)方案如下:

        一種供電電路,包括:電池芯組、用電器以及控制電路,其中,電池芯組由多個電芯單元組成,用電器與電池芯組構(gòu)成電連接;控制電路包括:MCU控制器、電壓采集電路,電壓采集電路至少部分電連接在電池芯組與MCU控制器之間,其能采集電池芯組的電芯電壓并反饋給MCU控制器;控制電路還包括:第一控制開關(guān)、補償控制開關(guān),第一控制開關(guān)、補償控制開關(guān)均包括兩個開關(guān)端和一個能控制兩個開關(guān)端連通或斷開的控制端,供電電路還包括:分別驅(qū)動第一控制開關(guān)、補償控制開關(guān)的控制端的第一驅(qū)動電路和補償驅(qū)動電路;第一控制開關(guān)的兩個開關(guān)端之間的線路串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中,補償控制開關(guān)的兩個開關(guān)端之間的線路與用電器構(gòu)成并聯(lián);第一驅(qū)動電路分別與MCU控制器和第一控制開關(guān)的控制端電連接,MCU控制器根據(jù)電壓采集電路所采集的電芯電壓與用電器的額定電壓之比通過第一驅(qū)動電路向第一控制開關(guān)的控制端發(fā)送第一控制信號,補償驅(qū)動電路電連接至補償控制開關(guān)的控制端,且補償驅(qū)動電路在MCU控制器發(fā)送第一控制信號的間隔控制補償控制開關(guān)導通。

        MCU控制器與補償驅(qū)動電路電連接,MCU控制器通過補償驅(qū)動電路向補償控制開關(guān)的控制端發(fā)送第二控制信號,MCU控制器在發(fā)送第一控制信號的間隔發(fā)送第二控制信號。

        補償驅(qū)動電路中至少包括一個與用電器并聯(lián)連接的控制電容,控制電容與用電器負極相連接的一端作為控制信號輸入點與補償控制開關(guān)的控制端構(gòu)成電連接。

        控制電路還包括:串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中的采樣電阻、具有兩個開關(guān)端和一個控制端的第二控制開關(guān)以及驅(qū)動第二控制開關(guān)的控制端的第二驅(qū)動電路;采樣電阻的高壓端電連接至MCU控制器;第二控制開關(guān)的兩個開關(guān)端之間的線路串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中;MCU控制器與第二驅(qū)動電路構(gòu)成電連接,MCU控制器在采樣電阻上的電流小于預設值時控制第二控制開關(guān)的兩個開關(guān)端連通,而在采樣電阻上的電流大于等于預設值時控制第二控制開關(guān)的兩個開關(guān)端關(guān)斷。

        第一控制開關(guān)、第二控制開關(guān)以及補償控制開關(guān)均為MOSFET開關(guān)。

        電壓采集電路至少包括:一個采樣電容,采樣電容的一端與電池芯組的正極連接,并且該端作為電壓采用點電連接至MCU控制器。

        發(fā)明還提出一種電動工具,其包括:一個工具主機以及至少一個電池包,工具主機包括以上所述的用電器,電池包包括:以上所述的電池芯組,不同的電池包的電池芯組具有不同數(shù)目的電芯單元;電池包在安裝至工具主機為其供電時,電池包和工具主機所構(gòu)成的整體至少構(gòu)成以上所述的供電電路。

        控制電路設置在工具主機中??刂齐娐吩O置在電池包中。用電器為電機。

        發(fā)明的有益之處在于:發(fā)明的供電電路,可以使具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器,從而使一個電池包可以應用于至少兩種電壓平臺,增加了電池包的通用性。另一方面,具有較高電芯電壓的電池包也具有較高的電容量,因此,將具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器,可以有效地提高電動工具的工作時間,而且,用戶無須另外購買備用電池包,極大地降低了工作成本。

        實施方式

        圖1

        發(fā)明提出一種電動工具,以及電動工具中的各組件所構(gòu)成的供電電路。圖1所示為發(fā)明的電動工具的結(jié)構(gòu)示意圖,以電鋸為例。明所指的電動工具100并不以此為限,可以為領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員常見的各種工具,例如割草機、剪枝機、電鉆等。在發(fā)明中,該電動工具100包括工具主機110和電池包120。

        圖2所示為發(fā)明的電動工具中的供電電路的第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,可一并參照圖1和圖2:工具主機110作為電動工具100的主體部分,其除了包括實現(xiàn)工具功能的功能附件(圖未標),還包括為功能附件提供動力的用電器111,電器111優(yōu)選為電機。

        電池包120用于給工具主機110提供能量,其包括電池芯組121,為了盡可能擴大電池包120的容量,使得電池芯組121由多個電芯單元(圖未標)組成。不同的電池包120的電池芯組121通常具有不同數(shù)目的電芯單元,從而形成具有不同電芯電壓的電池包120。在例中,電池芯組121與用電器111構(gòu)成電連接,包括正輸出端b+和負輸出端b-,從而電動工具100工作時通過電池包120中的電池芯組121給工具主機110中的用電器111供電,并在電動工具100中形成一供電電路。

        供電電路用于將電池芯組121中的電能提供給用電器111,其除了包括電池芯組121和用電器111之外,還包括一個能夠控制電池芯組121和用電器111之間的電連接的控制電路,該控制電路可以設置在工具主機110中,也可以設置在電池包120中,可以根據(jù)實際需要進行設置。

        該控制電路包括電壓采集電路131、第一控制開關(guān)Q1、補償控制開關(guān)Q2、第一驅(qū)動電路132、補償驅(qū)動電路133、MCU控制器134、采樣電阻R1、第二控制開關(guān)Q3以及第二驅(qū)動電路135。

        電壓采集電路131用于采集電池芯組121的電芯電壓。電壓采集電路131分別與電池芯組121和MCU控制器134連接,使得電壓采集電路131電連接在電池芯組121和MCU控制器134之間,從而能將采集到的電池芯組121的電芯電壓反饋為MCU控制器134。

        第一控制開關(guān)Q1包括兩個開關(guān)端P1、P2和一個控制端P3。第一控制開關(guān)Q1中的兩個開關(guān)端P1、P2之間的線路串聯(lián)在用電器111和電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中,更具體的,其中一個開關(guān)端P1連接到電池芯組121的負輸出端b-,另一個開關(guān)端P2電連接到采樣電阻R1的低壓端;第一控制開關(guān)Q1的控制端P3通過接收到的信號能夠控制第一控制開關(guān)Q1的兩個開關(guān)端P1、P2之間的連通或者斷開。

        補償控制開關(guān)Q2也包括兩個開關(guān)端P4、P5和一個控制端P6。補償控制開關(guān)Q2的兩個開關(guān)端P4、P5之間的線路與用電器111構(gòu)成并聯(lián),更具體的,其中一個開關(guān)端P5連接到用電器111的正輸入端m+,另一個開關(guān)端P4電連接到用電器111的負輸入端m-。補償控制開關(guān)Q2的控制端P6通過接收到的信號也能夠控制補償控制開關(guān)Q2的兩個開關(guān)端P4、P5之間的連通或者斷開。在本實施例中,第一控制開關(guān)Q1和補償控制開關(guān)Q2均為MOSFET開關(guān)。

        第一驅(qū)動電路132和補償驅(qū)動電路133分別用于驅(qū)動第一控制開關(guān)Q1、補償控制開關(guān)Q2的開閉。其中,第一驅(qū)動電路132分別與第一控制開關(guān)Q1的控制端P3和MCU控制器134連接,從而能將接受到的控制信號發(fā)送給第一控制開關(guān)Q1的控制端P3;補償驅(qū)動電路133分別與補償控制開關(guān)Q2的控制端P6和MCU控制器134連接,從而能將接收到的控制信號發(fā)送給補償控制開關(guān)Q2的控制端P6。

        圖2

        MCU控制器134分別與第一驅(qū)動電路132和補償驅(qū)動電路133電連接,并通過第一驅(qū)動電路132和補償驅(qū)動電路133向第一控制開關(guān)Q1和補償控制開關(guān)Q2發(fā)出控制信號。具體的,MCU控制器134通過第一驅(qū)動電路132向第一控制開關(guān)Q1的控制端P3發(fā)送第一控制信號,其是根據(jù)電壓采集電路131所采集的電池芯組121的電芯電壓與用電器111的額定電壓之比來發(fā)出第一控制信號,并且,在MCU控制器134發(fā)送第一控制信號的間隔中,MCU控制器134還通過補償驅(qū)動電路133向補償控制開關(guān)Q2的控制端P6發(fā)送第二控制信號,并在第二控制信號的作用下使得在MCU控制器134發(fā)送第一控制信號的間隔內(nèi)補償控制開關(guān)Q2處于導通狀態(tài)。例如,當電池包120內(nèi)電池芯組121的電芯電壓為36V時,而用電器111的額定電壓為18V,這樣為了該電池包120能夠正常為該用電器111供電,在第一個周期內(nèi)的前半個周期內(nèi),MCU控制器134通過第一驅(qū)動電路132向第一控制開關(guān)Q1的控制端P3發(fā)送第一控制信號,此時并沒有向補償控制開關(guān)Q2發(fā)出任何控制信號,而在后半個周期時,MCU控制器134停止發(fā)送第一控制信號,而此時通過補償驅(qū)動電路133向補償控制開關(guān)Q2發(fā)送第二控制信號。

        采樣電阻R1串聯(lián)在用電器111與電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中。采樣電阻R1的一端連接至第一控制開關(guān)Q1的一個開關(guān)端P2上,另一端與第二控制開關(guān)Q3連接,且采樣電阻R1的高壓端還與MCU控制器134電連接,也即是采樣電阻R1與第二控制開關(guān)Q3相連的一端與MCU控制器134電連接。

        第二控制開關(guān)Q3也包括兩個開關(guān)端P7、P8和一個控制端P9。第二控制開關(guān)Q3的兩個開關(guān)端P7、P8之間的線路串聯(lián)在用電器111與電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中,也即是其中一個開關(guān)端P8連接到用電器111的負輸出端b-,另一個開關(guān)端P7與采樣電阻R1的高壓端電連接;第二控制開關(guān)Q3的控制端P9通過接收到的信號能夠控制第二控制開關(guān)Q3的兩個開關(guān)端P7、P8之間的連通或者斷開。在本實施例中,第二控制開關(guān)Q3也為MOSFET開關(guān)。

        第二驅(qū)動電路135用于驅(qū)動第二控制開關(guān)Q3的開閉,其分別與第二控制開關(guān)Q3的控制端P9和MCU控制器134電連接。當流經(jīng)采樣電阻R1上的電流小于一預設值時,MCU控制器134可以通過第二驅(qū)動電路135向第二控制開關(guān)Q3的控制端P9發(fā)出第三控制信號使得第二控制開關(guān)Q3的兩個開關(guān)端P7、P8連通,而當流經(jīng)采樣電阻R1上的電流大于該預設值時,MCU控制器134控制第二控制開關(guān)Q3的兩個開關(guān)端P7、P8斷開。這里,該預設值對應于用電器111的額定功率,可以為額定電流,因此,當流經(jīng)采樣電阻R1的電流大于額定電流時,通過MCU控制器134斷開第二控制開關(guān)Q3,從而切斷供電電路,保護電動工具100。

        圖3

        圖3所示為圖2中的電壓采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖3,電壓采集電路131包括采樣電容C1和電壓采樣電阻R2,采樣電容C1的一端與電池芯組121的正輸出端b+連接,該正輸出端b+即為電池芯組121的正極,且采樣電容C1與電池芯組121的正極相連的該端還作為電壓采用點電連接到MCU控制器134上,另外,電壓采樣電阻R2的未與采樣電容C1相連的一端接地,從而MCU控制器134能夠通過采樣電容C1和電壓采樣電阻R2采集到電池芯組121的電芯電壓。

        圖4所示為發(fā)明的電動工具中的供電電路的第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,圖5所示為圖4中的補償驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖4和圖5,介紹區(qū)別部分,相同部分不再贅述。在實施例中,補償驅(qū)動電路133也可以不通過MCU控制器134來控制補償控制開關(guān)的開閉,具體的,補償驅(qū)動電路133中包括一個控制電容C2,該控制電容C2與用電器111并連,控制電容C2的一端與用電器111的正輸入端m+相連,另一端與用電器111的負輸入端m-相連,且控制電容C2與用電器111負輸入端m-相連的一端還作為控制信號輸入點與補償控制開關(guān)Q2的控制端P6構(gòu)成電連接,這樣,當?shù)谝豢刂崎_關(guān)Q1斷開時,此時因為流經(jīng)用電器111的電流不能發(fā)生突變,因此流經(jīng)用電器111的電流將會給控制電容C2充電,被充電的控制電容C2能夠觸發(fā)補償控制開關(guān)Q2打開,從而控制電容C2被已經(jīng)打開的補償控制開關(guān)Q2短路,最終在用電器111和控制電容C2之間形成電流回路,能夠維持用電器111的正常工作狀態(tài)。

        圖4

        圖5

        供電電路的整個工作過程和原理:以用電器111的額定電壓為18V,而接入的電池包120的電芯電壓為36V,補償驅(qū)動電路133通過MCU控制器134來控制為例。在一個周期內(nèi),首先,由電壓采集電路131采集電池包120的電芯電壓,MCU控制器134根據(jù)用電器111的額定電壓18V和電壓采集電路131采集的電芯電壓36V之比為0.5調(diào)節(jié)第一控制開關(guān)Q1和補償控制開關(guān)Q2的占空比為0.5,也即是,在前0.5周期內(nèi),MCU控制器134通過第一驅(qū)動電路132向第一控制開關(guān)Q1發(fā)出第一控制信號,而在后0.5個周期內(nèi),MCU控制器134向補償控制開關(guān)Q2發(fā)出第二控制信號,更具體的,即是在前0.5周期內(nèi),第一控制開關(guān)Q1的控制端P3接收到的信號時高電平,而此時補償控制開關(guān)Q2的控制端P6接收的信號是低電平,從而第一控制開關(guān)Q1的兩個開關(guān)端P1、P2連通,補償控制開關(guān)Q2的兩個開關(guān)端P4、P5斷開,第一控制開關(guān)Q1打開,補償控制開關(guān)Q2斷開,用電器111能夠正常工作;然后,當前0.5個周期滿足時長時,第一控制開關(guān)Q1的控制端P3接收到的信號為低電平,第一控制開關(guān)Q1斷開,36v電池包120停止工作,而因為電流的電感作用,因而流經(jīng)用電器111的電流不能發(fā)生突變,而與此同時補償控制開關(guān)Q2接收到的信號為高電平,補償控制開關(guān)Q2打開,從而流

        經(jīng)用電器111上的不能突變的電流將流經(jīng)補償控制開關(guān)Q2,形成電流回路,因而用電器111依然能夠工作,從而能夠使得用電器111在整個工作周期中表現(xiàn)近似于由18V電池包120供電的情況。

        綜上,發(fā)明的供電電路中,可以使得具有較高電芯電壓的電池包可以使用于低額定電壓的用電器,從而使一個電池包可以應用于至少兩種電壓平臺,增加了電池包的通用性。另一方面,具有較高電芯電壓的電池包也具有較高的電容量,因此,將具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器,可有效地提高電動工具的工作時間,而且,用戶無須另外購買備用電池包,極大地降低了工作成本。

        以上顯示和描述了發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。行業(yè)的技術(shù)人員應該了解,上述實施例不以任何形式限制該發(fā)明,凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案,均落在該發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

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