一種碎紙機控制電路的製作方法
2023-10-19 01:28:47 1
本實用新型涉及一種碎紙機控制電路。
背景技術：
碎紙機，是用來切碎銷毀紙張的機器，一般由一組旋轉的刀刃、紙梳和驅動馬達組成，紙張從相互咬合的刀刃中間送入，被分割成很多的細小紙片，以達到保密的目的。隨著保密意識的增強，碎紙機的應用越來越普遍，也發展出各種功能的碎紙機。智能型(可以寫入程序的)的碎紙機功能強大，運行穩定，但是價格昂貴。非智能型(純電路，不寫入程序的)的碎紙機價格合理，但功能會受限，比如入紙口檢測不到紙後就會停止工作，造成紙尾巴碎不乾淨等，都制約了低價格的碎紙機的普及。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種能夠將紙張徹底碎乾淨的碎紙機控制電路。
實現本實用新型目的的技術方案是一種碎紙機控制電路，包括入紙檢測電路、碎紙延時控制電路、開機延時控制電路、反饋控制電路、觸發控制電路、開關電路、電源電路和電機；
所述入紙檢測電路，用於根據檢測是否有紙張放入碎紙機的碎紙口，來控制是否啟動開關電路；
所述碎紙延時控制電路和開機延時控制電路，用於通過改變電阻阻值和電容容量來控制關機工作延時時間和開機工作延時時間；
所述反饋控制電路，用於提供正反饋給開機延時控制電路，使得碎紙機開或停時電路的基準電壓升高或者拉低；
所述觸發控制電路，用於控制開關電路的通斷；
所述開關電路，用於控制電機運行或停止；
所述電源電路，用於為碎紙機前述電路供電；
所述電機，用於驅動碎紙機。
所述碎紙延時控制電路包括電阻R6、電阻R17、電阻R18、電容C10、運放LM358的一個放大器IC1A及二極體D2；所述開機延時控制電路包括電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C9及運放LM358的另一個放大器IC1B。
所述IC1A的1腳連二極體D2的陰極，3腳連電阻R6、R17串聯的中間點，2腳連接電阻R18和電容C10並聯的一端，4腳接地，8腳接VCC；所述IC1B的5腳接電阻R3、R4串聯的中間點，6腳連R5、C9串聯的中間點；所述二極體D2的陽極連接6腳，陰極連接1腳。7腳連接反饋控制電路(4)和觸發控制電路(5)；所述電阻R3、電阻R5和電阻R6的另一端接VCC；所述電阻R4、電阻R17、電阻R18、電容C9和電容C10的另一端接地。
所述反饋控制電路為連接在IC1B的5腳和7腳之間的電阻R2。
所述開關電路包括雙向可控矽Q1和機械開關SW1，機械開關SW1的5腳接雙向可控矽Q1的T1極，1腳接雙向可控矽Q1的T2極；雙向可控矽Q1的G極接觸發控制電路、電源電路。
所述觸發控制電路包括電阻R15、電阻R16和三極體Q2，電阻R15的一端接雙向可控矽Q1的G極，另一端接三極體Q2的集電極，三極體Q2的發射極接地，電阻R16連接在三極體Q2的基極和IC1B的7腳之間。
所述電機為串激電機，設置在機械開關SW1的1腳、2腳和4腳之間，並連接電源電路。
所述電源電路包括電源接口J1、電源接口J2、保險絲F1、壓敏電阻VR1、壓敏電阻VR2、電感L3、電容C5、電容C7、電容C8、電阻R1、電阻R19、二極體D4、二極體D5和穩壓二極體Z1；所述保險絲F1串聯在電源接口線J1線中，壓敏電阻VR1一端接電源接口J2，另一端接保險絲F1；電容C5和電阻R19並聯後和電感L3串連接在電源接口J2和二極體D5的陰極；二極體D4的陰極連在機械開關SW1的5腳，陽極連在電阻R19和二極體D5的陰極之間；壓敏電阻VR2的兩端分別連接可控矽Q1的T1、T2；電容C7的負極接地，正極與雙向可控矽Q1的T1極連接，並通過電阻R1接VCC；穩壓二極體Z1的陰極接VCC，陽極接地；電容C8的正極接VCC，負極接地。
碎紙機控制電路還包括指示電路；所述指示電路包括串聯的電阻R21和發光二極體D8，以及串聯的電阻R22發光二極體D7；所述開關電路還包括安全開關，所述安全開關安裝於碎紙機門上，一端連接電源電路，另一端的一個觸點連接機械開關SW1的6腳，另一個觸點連接電阻R21的一端；電阻R21的另一端連接發光二極體D8的陽極，發光二極體D8的陰極接地；電阻R22的一端接VCC，另一端連接發光二極體D7的陽極，發光二極體D7的陰極接地。
所述入紙檢測電路包括電阻R7、電阻R9、紅外發射管HF1、紅外接收管HR1和二極體D1；所述紅外發射管HF1和紅外接收管HR1相對設置在碎紙機入紙口的兩側；電阻R7和紅外接收管HR1串聯接在VCC和地之間，電阻R9和紅外發射管HF1串聯接在VCC和地之間；二極體D1的陰極接碎紙延時控制電路，陽極接在電阻R7與紅外接收管HR1之間。
採用了上述技術方案後，本實用新型具有以下的積極的效果：(1)本實用新型設置有碎紙延時控制電路和開機延時控制電路，當紙尾巴離開入紙口後，碎紙機還會工作一段時間，或者當紙太多造成堵紙停機後，紙尾巴沒有切完，可以讓碎紙機停止後再運轉，這樣就可以徹底地碎掉紙張。
(2)本實用新型的碎紙延時時間通過一對電阻阻值和電容容量調整好開機延時後，再通過調整另一對電阻阻值和電容容量來調整碎紙延時時間即可，非常方便。
(3)因為實際使用中，電源中是含有紋波的，所以的基準電壓也是有紋波的，這樣導致碎紙機在停機時出現一個不穩定的抖動，影響用戶體驗。本實用新型引入了正反饋，在關斷的時候由於正反饋的作用，立即將基準電壓變低，使得輸出觸發控制信號可靠的變成低電平，關閉雙向可控矽，使碎紙機停止工作時不出現抖動。
(4)本實用新型在碎紙機門上安裝了安全開關，一端連接電源電路，另一端連接機械開關；當門打開時，安全開斷開，機器的主電路被切斷，使機器停止工作，能達到安全保護的目的。
(5)本實用新型的雙向可控矽和機械開關巧妙連接，使得機械開關能起換向作用，可以改變電機的運行方向，正轉或反轉，且當機械開關在正轉位置時，雙向可控矽控制電機的運行和停止，當雙向可控矽導通時，電機運行，雙向可控矽關斷時，電機停止；當機械在反轉位置時，交流電通過機械開關直接連接到電機，使電機反轉。
(6)本實用新型巧妙設計開關電路和電源電路，使得觸發電流始終是從雙向可控矽的G流出，即使用了雙向可控矽的二、三象限特性，有效的避開了第四象限。因阻容方式電源模式中，由於穩壓二極體的元件功率的限制，不能提供較大功率的電流，本實用新型的電路使得控制變得簡單，產品性能變的穩定。也因觸發電流需要的小了，使得電源功率可以做的較小，有效的節約了成本。
(7)由於機器上電的時間是隨機的，有可能在正弦波的過零點通電，也可能在正弦波的峰值點通電，如果在峰值點上電，311V的峰值電壓將全部加在電源電路的限流原件上，一般選擇電阻，但要想限制通電瞬間的衝擊電流保護二極體，電阻的阻值不能太小，但電阻值越大，在正常工作時的發熱將越嚴重，且白白浪費了能量。因此本實用新型改用電感作為上電瞬間的限流元件，有效的限制了上電峰值的衝擊電流，保護了二極體，且電感本身不耗能，正常工作時不發熱，電感所存儲的能量在下一個周期會反饋給電網。
附圖說明
為了使本實用新型的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
圖1為本實用新型的原理框圖。
圖2為本實用新型的電路圖。
圖3為無反饋控制電路時，碎紙機關斷時，電容C9上的電壓和LM358的5腳的基準電壓圖。
圖4為無反饋控制電路時，碎紙機關斷時，LM358的7腳的輸出電壓圖。
圖5為有反饋控制電路時，碎紙機關斷時，電容C9上的電壓和LM358的5腳的基準電壓圖。
圖6為有反饋控制電路時，碎紙機關斷時，LM358的7腳的輸出電壓圖。
圖7為電路上電後，電壓波形圖。
圖8為電路上電後，電壓波形圖，圖中t0為在峰值點上電。
附圖中標號為：
入紙檢測電路1、碎紙延時控制電路2、開機延時控制電路3、反饋控制電路4、觸發控制電路5、開關電路6、電機7、電源電路8、指示電路9。
具體實施方式
(實施例1)
見圖1，本實施例的一種碎紙機控制電路，包括入紙檢測電路1、碎紙延時控制電路2、開機延時控制電路3、反饋控制電路4、觸發控制電路5、開關電路6、電機7、電源電路8和指示電路9；入紙檢測電路1，用於根據檢測是否有紙張放入碎紙機的碎紙口，來控制是否啟動開關電路6；碎紙延時控制電路2和開機延時控制電路3，用於通過改變電阻阻值和電容容量來控制關機工作延時時間和開機工作延時時間；反饋控制電路4，用於提供正反饋給開機延時控制電路3，使得碎紙機開或停時電路的基準電壓升高或者拉低；觸發控制電路5，用於控制開關電路6的通斷；開關電路6，用於控制電機7運行或停止；電源電路8，用於為碎紙機前述電路供電；電機7，用於驅動碎紙機；指示電路9，用於指示碎紙機電源通斷情況和工作情況。
見圖2，圖中給出了一種具體的電路圖，入紙檢測電路1包括電阻R7、電阻R9、紅外發射管HF1、紅外接收管HR1和二極體D1；紅外發射管HF1和紅外接收管HR1相對設置在碎紙機入紙口的兩側；電阻R7和紅外接收管HR1串聯接在VCC和地之間，電阻R9和紅外發射管HF1串聯接在VCC和地之間；二極體D1的陰極接碎紙延時控制電路2，陽極接在電阻R7與紅外接收管HR1之間。沒紙張時紅外接收管HR1接收到紅外發射管HF1發射的紅外光導通，二極體D1陽極電壓很小，當有紙張時紅外接收管HR1接收不到紅外光而處於截止狀態，二極體D1陽極電壓由電阻R7上拉，變為高電平。
碎紙延時控制電路2包括電阻R6、電阻R17、電阻R18、電容C10、運放LM358的一個放大器IC1A及二極體D2；開機延時控制電路3包括電阻R3、電阻R4、電阻R5、電容C9及運放LM358的另一個放大器IC1B。IC1A的1腳連二極體D2的陰極，3腳連電阻R6、R17串聯的中間點，2腳連接電阻R18和電容C10並聯的一端，4腳接地，8腳接VCC；所述IC1B的5腳接電阻R3、R4串聯的中間點，6腳連R5、C9串聯的中間點，二極體D2的陽極連接6腳，陰極連接1腳。7腳連接反饋控制電路(4)和觸發控制電路(5)；所述電阻R3、電阻R5和電阻R6的另一端接VCC；所述電阻R4、電阻R17、電阻R18、電容C9和電容C10的另一端接地。電阻R3、電阻R4分壓的信號和由電阻R2形成的反饋信號形成基準電壓連接到運放LM358的5腳正極輸入端，碎紙機通電開始時由於電容C9上的電量為0電壓為0，所以連接到運放LM358負極輸入端6腳的電壓也為0V，這樣使運放LM358的7腳輸出高電平，從而驅動觸發控制電路5去控制雙向可控矽Q1開通使碎紙機工作，因電容C9兩端的電壓會隨著電阻R5的充電而越來越高，當該電壓大於運放LM358的5腳上的基準電壓時，運放LM358的7腳輸出低電平，從而驅動觸發控制電路5去關斷雙向可控矽Q1，使碎紙機停止工作。開機延時控制電路用於針對用戶放入的紙張過多，造成碎紙機堵紙，但紙張已經離開入紙檢測電路，又有一部分紙尾巴沒有切完的情況，出現這種情況，只要將機械開關SW1撥到停止再撥到開，電機8就正轉，切掉最後的紙張，開機工作延時的時間長度可以很方便的通過改變電阻R5的阻值和電容C9容量來實現。電阻R6、電阻R17分壓後提供一個碎紙延時基準電壓連接到運放LM358的3腳正極輸入端，當有紙張時二極體D1的陽極電壓為高電平，從而對連接到運放LM358的2腳負極輸入端的電容C10充電，當電壓超過運放LM358的3腳的基準電壓時，運放LM358的1腳輸出低電平，並通過二極體D2對電容C9放電，使得運放LM358的6腳電壓小於運放LM358的5腳，運放LM358的7腳輸出高電平，通過觸發控制電路5控制雙向可控矽Q1導通使碎紙機工作，紙張碎完後，二極體D1的陽極又變成低電平，此時電容C10又通過電阻R18放電，放電使電容C10上電壓降到小於運放LM358的3腳電壓時，運放LM358的1腳輸出高電平，電阻R5又對電容C9開始充電，當電容C9上電壓大於運放LM358的5腳的電壓時，運放LM358的7腳輸出低電平，通過觸發控制電路5關斷雙向可控矽Q1，使碎紙機停止工作。碎紙延時時間包括電阻R18對電容C10的放電時間和電阻R5對電容C9的充電時間，當通過電阻R5和電容C9調整好開機延時後，再通過調整電阻R18的阻值和電容C10的容量來調整碎紙延時時間。
反饋控制電路4為連接在IC1B的5腳和7腳之間的電阻R2。電阻R2將運放LM358的7腳輸出信號反饋到電阻R3、電阻R4分壓信號，形成基準電壓，當運放LM358的7腳輸出高電平時，由於電阻R2的反饋使得分壓信號上升後形成基準電壓，當運放LM358的7腳輸出低電平時，由於電阻R2的反饋使得分壓信號下降後形成基準電壓。由於設置了電阻R2的正反饋，碎紙機在關斷時電容C9電壓上升到運放LM358的5腳電壓，使得LM358的7腳由高電平變為低電平時，由於正反饋的作用，連接到運放LM358的5腳的基準電壓會變低，確保LM358的6腳電壓能持續穩定的大於LM358的5腳電壓，使得LM358的7腳穩定的輸出低電平，通過觸發控制電路5，控制雙向可控矽Q1關斷，碎紙機停止工作。同理，由於電阻R2的正反饋，碎紙機在開通時電容C9電壓下降到運放LM358的5腳電壓，使得LM358的7腳有低電平變為高電平時，由於正反饋的作用，連接到運放LM358的5腳基準電壓會變高，確保LM358的6腳電壓能持續穩定的小於LM358的5腳電壓，使得LM358的7腳穩定的輸出高電平，通過觸發控制電路5，控制雙向可控矽Q1開通，機器開始工作。設置反饋控制電路4的原因在於：因為實際使用中，電源中是含有紋波的，所以運放LM358的5腳基準電壓也是有紋波的，如圖3中的U(5P)；在關斷的時候電容C9上的電壓是慢慢上升的，如圖3中的U(6P)。在沒有設置反饋控制電路4的情況下，關斷過程中，運放LM358的7腳的輸出電壓將出現一串正脈衝逐漸變窄矩形波，如圖4中U(7P)所示，這樣導致碎紙機在停機時出現一個不穩定的抖動，影響用戶體驗。而引入了正反饋，在關斷的時候由於正反饋的作用，立即將基準電壓變低(這個拉低的幅度可以通過改變正反饋的強弱，即通過改變電阻R2的阻值來實現)，如圖5中的U(5P)；電容C9上的電壓同樣是慢慢上升，如圖5中的U(6P)，但由於基準電壓的變低，使得U(6P)穩定的大於U(5P)，從而使輸出觸發控制信號如圖6中的U(7P)，可靠的變成低電平，關閉雙向可控矽Q1，使碎紙機停止工作時不出現抖動。
觸發控制電路5包括電阻R15、電阻R16和三極體Q2，電阻R15的一端接雙向可控矽Q1的G極，另一端接三極體Q2的集電極，三極體Q2的發射極接地，電阻R16連接在三極體Q2的基極和IC1B的7腳之間。當運放LM358的7腳輸出高電平時通過電阻R16驅動三極體Q2，使得三極體Q2導通，繼而使得雙向可控矽Q1的觸發電流通過觸發極G流出，經過電阻R15和三極體Q2流到地，當觸發極G有觸發電流流出時，雙向可控矽Q1就導通，從而控制電機7轉動，碎紙機工作，這種拉電流的觸發方式使得雙向可控矽Q1的通斷很容易控制。
開關電路6包括雙向可控矽Q1(型號為BT136)、機械開關SW1和安全開關，機械開關SW1的5腳接雙向可控矽Q1的T1極，1腳接雙向可控矽Q1的T2極；雙向可控矽Q1的G極接觸發控制電路5、電源電路7。安全開關安裝於碎紙機門上，一端連接電源電路8，另一端的一個觸點連接機械開關SW1的6腳，另一個觸點連接電阻R21的一端；當門打開時，安全開斷開，機器的主電路被切斷，使機器停止工作，以達到安全保護的目的。如圖2所示，雙向可控矽Q1和機械開關SW1的巧妙連接，使得機械開關SW1起換向作用，可以改變電機7的運行方向，正轉或反轉，且當機械開關SW1在正轉位置時，雙向可控矽Q1控制電機7的運行和停止，當雙向可控矽Q1導通時，電機7運行，雙向可控矽Q1關斷時，電機7停止；當機械SW1在反轉位置時，交流電通過機械開關SW1直接連接到電機7，使電機7反轉。
電源電路7包括電源接口J1、電源接口J2、保險絲F1、壓敏電阻VR1、壓敏電阻VR2、電感L3、電容C5、電容C7、電容C8、電阻R1、電阻R19、二極體D4、二極體D5和穩壓二極體Z1；所述保險絲F1串聯在電源接口線J1線中，壓敏電阻VR1一端接電源接口J2，另一端接保險絲F1；電容C5和電阻R19並聯後和電感L3串連接在電源接口J2和二極體D5的陰極；二極體D4的陰極連在機械開關SW1的5腳，陽極連在電阻R19和二極體D5的陰極之間；壓敏電阻VR2的兩端分別連接可控矽Q1的T1、T2；電容C7的負極接地，正極與雙向可控矽Q1的T1極連接，並通過電阻R1接VCC；穩壓二極體Z1的陰極接VCC，陽極接地；電容C8的正極接VCC，負極接地。電路上電後，由於連接到J1、J2兩端的電源是交流電，電壓波形如圖7所示，當J1的電勢高於J2時，電流通過保險絲F1、安全開關、電容C7、二極體D5、並聯的電容C5和電阻R19、電感L3後流到J2，實際等效電路為電容C7、電容C5和電感L3串聯，所以每個正弦波的半周，將大約有C5*220V(由於電感很小，電容C7和電容C5的比值又很大，這裡忽略了電感L3和電容C7的分壓)的電量流入電容C7，根據負載大小，調整調整電容C5,即可以在電容C7上形成一個直流電壓，該直流電壓通過電阻R1限流、穩壓二極體Z1穩壓、電容C8再次濾波後形成直流電源。當J2端電勢高於J1時，電流通過電感L3、並聯的電容C5和電阻R19、二極體D4、安全開關、保險絲F1、最後流到J1，所以當J2端電勢高於J1時，電路是靠電容電容C7和電容C8儲存的電量來供負載工作。由於機器上電的時間是隨機的，有可能在正弦波的過零點通電，也可能在正弦波的峰值點通電，如圖8的tO點。在過零點通電沒問題，但如果在峰值點上電，由於電容C7、電容C5和電感L3又是串聯，電容上電時的兩端的電壓不能突變，即電容C7和電容C5在上電瞬間相當於短路，這樣311V的峰值電壓將全部加在電感L3上。通常的設計是在這裡使用電阻，且要想限制通電瞬間的衝擊電流保護二極體D4和二極體D5，電阻的阻值不能太小，但電阻值越大，在正常工作時的發熱將越嚴重，且白白浪費了能量。因此本實施例用電感L3作為上電瞬間的限流元件，而非通常的使用的電阻元件，電感的一個特性是電流不能突變，電感的阻抗Z＝jωL＝j*2*π*f*L，當電流變化越快，即公式中的f越大，阻抗就越大，所以即便上電時電容C7和C5相當於短路，電感L3也不讓電流瞬間變大，有效的限制了上電峰值的衝擊電流，保護了二極體D4和二極體D5，且電感L3本身不耗能，正常工作時不發熱，電感所存儲的能量在下一個周期會反饋給電網。
如圖2所示，開關電路6和電源電路8的巧妙設計，使得直流電源和雙向可控矽Q1共A點，觸發雙向可控矽Q1時電流總是從觸發極G點流出，根據雙向可控矽Q1的觸發特性，位於第二和第三象限時，觸發電流最大只需要10mA，而位於第一和第四象限時，觸發電流最大需要25mA。第一象限：T2+、G+指可控矽的主電流由T2流向T1，觸發電流由G流向T1；第二象限：T2+、G-指可控矽的主電流由T2流向T1，觸發電流由T1流向G即從觸發極G流出；第三象限：T2-、G-指可控矽的主電流由T1流向T2，觸發電流由T1流向G即從觸發極G流出；第四象限：T2-、G+指可控矽的主電流由T1流向T2，觸發電流由G流向T1。本實施例充分根據雙向可控矽Q1的觸發特性，巧妙設計開關電路6和電源電路8，使得觸發電流始終是從G極流出，即使用了雙向可控矽Q1的二、三象限特性，有效的避開了第四象限。因阻容方式電源模式中，由於穩壓二極體的元件功率的限制，不能提供較大功率的電流，本實施例的電路使得控制變得簡單，產品性能變的穩定。也因觸發電流需要的小了，使得電源功率可以做的較小，有效的節約了成本。
電機7為串激電機，設置在機械開關SW1的1腳、2腳和4腳之間，並連接電源電路。指示電路9包括串聯的電阻R21和發光二極體D8，以及串聯的電阻R22發光二極體D7；電阻R21的一端連接安全開關SAFTY1，另一端連接發光二極體D8的陽極，發光二極體D8的陰極接地；電阻R22的一端接VCC，另一端連接發光二極體D7的陽極，發光二極體D7的陰極接地。
下面完整地描述使用：先閉合安全開關，通電以後，在圖2的VCC處形成直流電壓，當有紙張的時候，紙張放在紅外接收管HR1和紅外發射管HF1之間，紅外接收管HR1和二極體D1連的點變成高電壓，然後給電容C10充電，運放LM358的2腳電壓大於3腳電壓，LM358的1腳輸出低電平，通過二極體D2把電容C9的電壓拉低，使得運放LM358的6腳電壓比5腳低，7輸出高電壓，通過電阻R16驅動三極體Q2、電阻R15，使雙向可控矽Q1導通，碎紙機開始運行。當把紙張從紅外接收管HR1和紅外發射管HF1之間拿走，或者停止放入紙，紅外接收管HR1接收到紅外光，電阻R7和紅外接收管HR1、二極體D1連接點變成低電壓，相當於二極體D1不起作用，通過電阻R18慢慢放電，一直放到運放LM358的2腳電壓小於3腳電壓，這時運放LM358的1腳會輸出高電壓，二極體D2反向截止，不起作用，電阻R5對電容C9進行充電，電壓越來越高，使得運放LM358的6腳電壓高於5腳的時候，7腳輸出低電壓，通過電阻R16驅動三極體Q2，把雙向可控矽Q1關斷，碎紙機停止。
以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。