一種智能鎖的內置發電裝置的控制電路及其控制方法與流程
2023-12-03 23:10:32 2
本發明涉及智能鎖領域，特別涉及一種智能鎖中內置發電裝置的控制電路及其控制方法。
背景技術：
智能鎖是指區別於傳統機械鎖，在用戶識別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。
目前市場上的智能鎖，都是使用電池作為工作電源。這些智能鎖，用可充電電池的，需要定時充電；用一次性電池的，需要定時更換電池。否則，當電池電量過低，智能鎖就會宕機，無法實現應有的功能，甚至會將用戶「鎖」在門外。嚴重影響了用戶的體驗和對智能鎖產品的信心。
目前，解決智能鎖因電量不足宕機問題的設計方案中，大部分方式是提供備份電源。具體的實現方式，一般是在智能鎖上預留一個可以與外部互聯的接口，例如microUSB接口，或者兩腳的9V電源接口。外部的備份電源連接到此接口上，為智能鎖供電。常採用的備份電源為市面上常見的各類「充電寶」，或者是9V的乾電池。
這類解決方案存在以下一種或幾種不足：
1、不容易獲得：「充電寶」和9V乾電池都需要去專門的電子市場購買。
2、用戶需隨身攜帶。如果用戶沒有攜帶，只有供電接口，解決不了問題。
3、電源電壓匹配問題。9V乾電池作為供電電源，一般需要在智能鎖內部引入一級電源轉換器，轉換成智能鎖可接受的電壓範圍。
4、安全性問題。暴露在外的供電接口，如果防護措施沒有做好，很容易成為不法分子破壞智能鎖的「後門」。
技術實現要素：
針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種智能鎖中內置發電裝置的控制電路，不需要智能鎖之外的任何電源，能夠從電能轉換裝置獲取電能，並存儲；能夠自動判斷何時電能已經搜集和存儲完成，並在完成時，自動向後續負載供電；且在供電電壓跌落出後續負載的正常工作電壓範圍外之前，自動切斷供電。
本發明實施例提供的智能鎖中內置發電裝置的控制電路，其特徵在於，包括：儲能元件A，分壓網絡B，分壓網絡C，控制開關組D，分壓網絡E以及單向控制F，其中：儲能元件A，用於接收所述內置發電裝置的輸出電壓，並將該電壓存儲；分壓網絡B、分壓網絡C、以及分壓網絡E，用於對所述儲能元件A輸出的電壓和向負載提供的輸出電壓VOUT進行分壓，以控制所述控制開關組D導通或截止；控制開關組D，用於控制所述內置發電裝置向負載提供輸出電壓VOUT，當該控制開關組D處於導通狀態時，所述內置發電裝置為所述負載供電；當該控制開關組D處於截止狀態時，所述內置發電裝置停止向所述負載供電；單向控制F，與所述分壓網絡E串聯連接，用於控制所述控制電路中分壓網絡E支路電流的單向導通。
較佳地，該控制電路還包括：輔助單元，所述輔助單元用於在其所處的電路支路中完成限流、分壓或整形。
較佳地，所述儲能元件A包括一個或多個電容。
較佳地，所述分壓網絡B、C、E至少包括電阻、電容或二極體其中的一種。
較佳地，所述單向控制F的一端連接所述輸出電壓VOUT，另一端與所述分壓網絡E的一端串聯連接，所述分壓網絡E的另一端連接所述控制開關組D的輸入端。
較佳地，所述單向導通為從所述輸出電壓VOUT端到所述分壓網絡E的方向導通。
較佳地，所述負載為智能鎖功能電路。
該控制電路的控制方法包括如下步驟：1）、儲能元件A從內置發電裝置的輸出電壓獲取電能並存儲；2）、隨著儲能元件A內部電能的累積，通過分壓網絡B和分壓網絡C將電壓施加到控制開關組D的控制端，當該電壓大於第一閾值時，控制開關組D處於導通狀態，所述儲能元件A向所述輸出電壓VOUT端供電；3）、當所述控制開關組D導通後，分壓網絡E和單向控制F形成的反饋通路將所述輸出電壓VOUT反饋，使得施加到控制開關組D控制端的電壓進一步拉高，從而使所述儲能元件A持續為負載供電；4）、隨著儲能元件A內部電能的逐漸減少，通過分壓網絡B、分壓網絡C和分壓網絡E提供給控制開關組D控制端的電壓也會逐漸降低，當該電壓小於所述第一閾值時，控制開關組D處於截止狀態，所述儲能元件A停止為所述負載供電。
與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：
第一、不需要智能鎖之外的任何電源以及其它電氣部件參與，免除了用戶需隨身攜帶備用電源的煩惱。
第二、通過設置參數，此內置發電裝置與該控制電路的結合可與智能鎖的電池電源實現兼容，可省去電源電壓轉換器件的成本。
第三、智能鎖不需要對外留出電源接口，減少了不法分子破壞智能鎖的可乘之機。
附圖說明
圖1是本發明第一實施例控制電路的拓撲結構圖；
圖2是本發明第一實施例控制電路的連接結構圖；
圖3是本發明第一實施例控制電路的電壓波形圖；
圖4是本發明第二實施例控制電路的拓撲結構圖；
附圖標記：附圖3中的標記說明，1—電容C1兩端的電壓、2—向負載提供的輸出電壓VOUT端的電壓、3—電晶體M1的柵極電壓。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明中涉及的「內置發電裝置」是指可集成在智能鎖上的電源轉換系統，例如手搖機械發電機，或者其它形式的電能轉換裝置。
實施例一：
參見附圖1，該實施例涉及的控制電路，包括：儲能元件A，分壓網絡B，分壓網絡C，控制開關組D，分壓網絡E以及單向控制F。
其中儲能元件A具有電壓輸入端VIN，用於接收所述內置發電裝置的輸出電壓，並將該電壓存儲；分壓網絡B的一端連接所述電壓輸入端VIN，另一端連接分壓網絡C的一端，用於對儲能元件A輸出的電壓進行分壓；分壓網絡C的另一端直接接地；同時，分壓網絡C的所述一端連接控制開關組D的輸入端，提供電壓以控制所述控制開關組D導通或截止；所述控制開關組D，用於控制所述內置發電裝置向負載提供輸出電壓VOUT，當該控制開關組D處於導通狀態時，所述內置發電裝置為所述負載供電；當該控制開關組D處於截止狀態時，所述內置發電裝置停止向所述負載供電；單向控制F的一端連接所述輸出電壓VOUT，另一端與所述分壓網絡E的一端串聯連接，所述分壓網絡E的另一端連接所述控制開關組D的輸入端，單向控制F和分壓網絡E形成了所述控制電路的反饋分支，將所述輸出電壓VOUT反饋到所述控制開關組D的輸入端，同時也阻止電流從所述電壓輸入端VIN流向所述輸出電壓VOUT端。
相應於上述控制電路，其控制方法包括如下步驟：1）、儲能元件A從內置發電裝置的輸出電壓獲取電能並存儲；2）、隨著儲能元件A內部電能的累積，通過分壓網絡C施加到控制開關組D的電壓升高，當該電壓大於第一閾值時，控制開關組D處於導通狀態，所述儲能元件A與所述輸出電壓VOUT端處於連接狀態；3）、同時，分壓網絡E和單向控制F形成的反饋通路將所述輸出電壓VOUT反饋，使得施加到控制開關組D的電壓進一步拉高，確保所述儲能元件A持續為所述負載供電；4）、隨著儲能元件A內部電能的逐漸減少，通過分壓網絡C和分壓網絡E提供給控制開關組D的電壓也會逐漸降低，當該電壓小於所述第一閾值時，控制開關組D處於截止狀態，所述儲能元件A與所述輸出電壓VOUT端處於截止狀態，所述儲能元件A停止為所述負載供電。
參見附圖2，本發明第一實施例涉及的控制電路中的儲能元件A優選為電容C1，分壓網絡B優選為電阻R1，分壓網絡C優選為電阻R2，控制開關組D優選為由NMOS管M1、PMOS管M2以及電阻R4組成的電路形成，分壓網絡E優選為電阻R3，單向控制F優選為二極體D1，優選地，圖中的VIN網絡接智能鎖上內置發電裝置的輸出，VOUT網絡連接智能鎖功能電路。
附圖2中涉及的電路的工作流程如下：電容C1從內置發電裝置獲取電能，並儲存。當電容C1中沒有儲存電能時，C1的兩個電極之間電壓為0V；當內置發電裝置開始輸出電能，電容C1開始獲取並存儲，其兩個電極之間電壓開始正向增長，並隨著電容內部電能的累積，兩個電極之間電壓也逐漸升高。NMOS管M1、PMOS管M2以及電阻R4組成的電路構成開關組，開關組的「導通」和「截止」狀態由NMOS管M1的柵極電壓控制，當NMOS管M1的柵極電壓（記為Vg1）大於NMOS管M1固有的開啟電壓（記為Vg1(th)）時，NMOS管M1處於「導通」狀態。由於NMOS管M1「導通」，PMOS管M2的柵極被下拉到地電平，使得PMOS管M2也處於「導通」狀態，這樣使得VIN網絡與VOUT網絡處於連接狀態，VIN端所連接的內置發電裝置可為VOUT端所連接的智能鎖功能電路供電，此時開關組整體處於「導通」狀態；當NMOS管M1的柵極電壓Vg1小於NMOS管M1固有的開啟電壓Vg1(th)時，NMOS管M1「截止」，由於NMOS管M1「截止」，PMOS管M2的柵極通過電阻R4被上拉到與PMOS管M2的源極同樣的電位，使得PMOS管M2也處於「截止」狀態，這時VIN網絡與VOUT網絡之間的連接被切斷，VIN端所連接的內置發電裝置無法為VOUT端所連接的智能鎖功能電路供電，此時開關組整體處於「截止」狀態。
由此可見，該控制電路能夠自動判斷何時電能已經搜集和存儲完成，並在完成時，自動向智能鎖功能電路供電。供電過程中，在供電電壓跌落出智能鎖功能電路的正常工作電壓範圍外之前，自動切斷供電。
附圖2中電阻R1，R2，R3是三個提供分壓功能的電阻。二極體D1主要是用於控制電流的單向流動。這四個電子器件，決定了開關組「導通」和「截止」的時機。具體描述如下：
當電容C1中沒有電能時，電容C1對地的電壓Vc=0V，NMOS管M1的柵極電壓Vg1由所述電壓Vc經電阻R1和R2分壓得到，此時該柵極電壓Vg1=0V，且該柵極電壓Vg1 Vc(th2)，通過電阻R1，R2，R3和二極體D1的參數的適當選取，可改變所述Vc(th1)和Vc(th2)的值，進而控制電容C1中存儲的能量；並且通過控制Vc(th2)的值大於智能鎖功能電路的額定工作電壓，可使所述智能鎖功能電路可靠斷電，進而避免由於供電電壓進入其臨界工作電壓區間觸發不穩定的工作狀態導致的不可控情況的發生。
儘管己描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。