CN104407543B - 一种电动工具的调速开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动工具的调速开关，包括锂电池、稳压滤波电路、PWM调速控制电路、温度采样电路、调速采集电路、电流采样电路、电压采样电路、MCU运算单元和LED照明电路。实施本发明实施例，不仅仅具有温度保护功能，还具有过载、过压以及欠压保护功能，从而提高电动工具的可靠性。

Description

一种电动工具的调速开关
技术领域
本发明涉及电动工具技术领域，尤其涉及一种电动工具的调速开关。
背景技术
以电动机或电磁铁为动力，通过传动机构驱动工作头的一种机械化工具称为电动工具。由于电动工具具有设计轻巧、动力强劲、使用方便等优点，因此，在各种场合得到了广泛的应用，常见的电动工具有电钻、电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀、电锤和冲击电钻、混凝土振动器、电刨等。
电动工具一般采用手握持操作，通过开关来实现其启动、停止以及转速调整。具体地说，电动工具的调速开关的主要作用是先使电动工具的电机接通电源低速转动,然后通过调速电路提速，最后使电机全速转动。
当前，电动工具的调速开关虽然是使用单片机控制，但是其功能还不够完善，不具备其它保护功能，特别是由于电动工具使用过程中，锂电池内阻会随着温度的变化而改变，使调速开关内电路电流随着工作环境温度变化而改变，缺乏温度保护功能，从而降低电动工具的可靠性。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电动工具的调速开关，其不仅仅具有温度保护功能，还具有过载、过压以及欠压保护功能，从而提高电动工具的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电动工具的调速开关，包括锂电池、稳压滤波电路、PWM调速控制电路、温度采样电路、调速采集电路、电流采样电路、电压采样电路、MCU运算单元和LED照明电路。
其中，所述MCU运算单元包括AD型单片机U2。
其中，所述稳压滤波电路包括电阻R21、二极管D1、电阻R22、电阻R23、晶闸管U1、电容C1和稳压二极管ZD2；其中，
所述电阻R21的一端与所述锂电池的正极相连，另一端依序与所述二极管D1、电阻R22、电阻R23相连后接地；
相串联的电阻R22和电阻R23分别与所述晶闸管U1、电容C1及稳压二极管ZD2相并联，所述电阻R22和所述电阻R23之间的共同连接端与所述晶闸管U1的控制极相连；
所述晶闸管U1的阳极与所述电阻R23相连，阴极与所述电阻R22相连；
所述稳压二极管ZD2的阳极与所述电阻R23相连，阴极与所述电阻R22及所述AD型单片机U2的第1引脚相连。
本设置的稳压滤波电路可以给电动工具调速开关提供非常精准的工作电压，具备精度高，纹波小，响应速度快等特点，并具有以下优点：
1.电压精度高，能达到0.6％以内，输出纹波小，响应速度快。
2.可以通过R22及R23的调节，实现电压输出可调整。
3.损耗小，对输入电压值要求较低。
其中，所述PWM调速控制电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R18、稳压二极管ZD3、电容C2、三极管Q1、二极管D5、晶体管Q2和开关MOS管；其中，
所述电阻R12的一端与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与所述AD型单片机U2的第3引脚及所述晶体管Q2的栅极相连；
所述电阻R13的一端与所述锂电池1的正极相连，另一端与所述稳压二极管ZD3的负极、电容C2的一端、三极管Q1的集电极及电阻R14的一端相连；
所述稳压二极管ZD3的正极与所述电容C2的另一端及所述开关MOS管的源极相连；
所述三极管Q1的基极与所述晶体管Q2的源极、电阻R14的另一端及二极管D5的阴极相连，发射极与所述二极管D5的阳极及所述电阻R18的一端相连；
所述电阻R18的另一端与所述开关MOS管的栅极相连；
所述开关MOS管的漏极与马达相连。
本设置的PWM调速控制电路，包括电阻R13、稳压二极管ZD3、电容C2、三极管Q1、电阻R14、晶体管Q2、二极管D5、电阻R18、MOS管ME3205T等元器件。实施本发明范例，可以给电动工具调速开关提供迅速的PWM驱动，且能采用由电池电压直接驱动，驱动能力强，截止时间快等特点，能降低MOS的发热。并具有以下优点：
1.电池电压直接驱动，驱动力强，截止时间快。
2.MOS发热量小。
其中，所述温度采样电路包括电阻R8、电阻R9、电容C3和温度感应器NTC；其中，
所述电阻R8的一端与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与所述电阻R9的一端及所述温度感应器NTC的一端相连；
所述电阻R9的另一端与所述电容C3的一端及所述AD型单片机U2的第4引脚相连；
所述电容C3的另一端与所述温度感应器NTC的另一端相连且接地。
其中，所述调速采集电路包括电容C7和可变电阻R1-R7；其中，
所述电容C7的一端与所述AD型单片机U2的第5引脚及所述可变电阻R1-R7的中间可调端相连，另一端接地；
所述可变电阻R1-R7的第一端与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，第二端接地。
其中，所述电流采样电路包括电阻R15、电阻R16、电阻R17和电容C6；其中，
所述电阻R17的一端与所述AD型单片机U2的第7引脚及所述电容C6的一端相连，另一端与所述电阻R15的一端及所述电阻R16的一端相连；
所述电阻R16的另一端接地；
所述电阻R15的另一端与马达相连。
其中，所述电压采样电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R20和电容C4；其中，
所述电阻R10的一端所述锂电池的正极相连，另一端与所述电阻R11的一端及所述电阻R20的一端相连；
所述电阻R11的另一端与所述电容C4的一端及所述锂电池的负极相连；
所述电阻R20的另一端与所述电容C4的另一端及所述AD型单片机U2的第6引脚相连。
其中，所述LED照明电路包括电阻R19和发光二极管LED；其中，所述电阻R19的一端与所述锂电池的正极相连，另一端与所述发光二极管LED相连。
本发明实施例还提供了一种电动工具的调速开关的稳压滤波电路，所述稳压滤波电路包括电阻R21、二极管D1、电阻R22、电阻R23、晶闸管U1、电容C1和稳压二极管ZD2；其中，
所述电阻R21的一端与调速开关内的锂电池的正极相连，另一端依序与所述二极管D1、电阻R22、电阻R23相连后接地；
相串联的电阻R22和电阻R23分别与所述晶闸管U1、电容C1及稳压二极管ZD2相并联，所述电阻R22和所述电阻R23之间的共同连接端与所述晶闸管U1的控制极相连；
所述晶闸管U1的阳极与所述电阻R23相连，阴极与所述电阻R22相连；
所述稳压二极管ZD2的阳极与所述电阻R23相连，阴极为信号输出端。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
在本发明实施例中，调节可变电阻，且通过MCU运算单元判断温度采样电路采集的温度、电流采样电路采集的电流以及电压采样电路采集的电压是否符合设定的要求，从而利用PWM调速控制电路改变输出信号的占空比，实现大范围调整直流电马达转速的目的，并实现实时监测温度、电压及电流，达到保护电机及锂电池的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的电动工具的调速开关的电路控制原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例中，为一种电动工具的调速开关，包括锂电池1、稳压滤波电路2、PWM调速控制电路3、温度采样电路4、调速采集电路5、电流采样电路6、电压采样电路7、MCU运算单元8和LED照明电路。
MCU运算单元8包括AD型单片机U2。
稳压滤波电路2包括电阻R21、二极管D1、电阻R22、电阻R23、晶闸管U1、电容C1和稳压二极管ZD2；其中，电阻R21的一端与锂电池1的正极相连，另一端依序与二极管D1、电阻R22、电阻R23相连后接地；相串联的电阻R22和电阻R23分别与晶闸管U1、电容C1及稳压二极管ZD2相并联，电阻R22和电阻R23之间的共同连接端与晶闸管U1的控制极相连；晶闸管U1的阳极与电阻R23相连，阴极与电阻R22相连；稳压二极管ZD2的阳极与电阻R23相连，阴极与电阻R22及所述AD型单片机U2的第1引脚相连。
PWM调速控制电路3包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R18、稳压二极管ZD3、电容C2、三极管Q1、二极管D5、晶体管Q2和开关MOS管；其中，电阻R12的一端与AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与AD型单片机U2的第3引脚及晶体管Q2的栅极相连；电阻R13的一端与锂电池1的正极相连，另一端与稳压二极管ZD3的负极、电容C2的一端、三极管Q1的集电极及电阻R14的一端相连；稳压二极管ZD3的正极与电容C2的另一端及开关MOS管的源极相连；三极管Q1的基极与晶体管Q2的源极、电阻R14的另一端及二极管D5的阴极相连，发射极与二极管D5的阳极及电阻R18的一端相连；电阻R18的另一端与所述开关MOS管的栅极相连；开关MOS管的漏极与马达相连。
温度采样电路4包括电阻R8、电阻R9、电容C3和温度感应器NTC；其中，电阻R8的一端与AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与电阻R9的一端及温度感应器NTC的一端相连；电阻R9的另一端与电容C3的一端及AD型单片机U2的第4引脚相连；电容C3的另一端与温度感应器NTC的另一端相连且接地。
调速采集电路5包括电容C7和可变电阻R1-R7；其中，电容C7的一端与AD型单片机U2的第5引脚及可变电阻R1-R7的中间可调端K1相连，另一端接地；可变电阻R1-R7的第一端K2与AD型单片机U2的第1引脚相连，第二端K3接地。
电流采样电路6包括电阻R15、电阻R16、电阻R17和电容C6；其中，电阻R17的一端与AD型单片机U2的第7引脚及电容C6的一端相连，另一端与电阻R15的一端及电阻R16的一端相连；电阻R16的另一端接地；电阻R15的另一端与马达相连。
电压采样电路7包括电阻R10、电阻R11、电阻R20和电容C4；其中，电阻R10的一端锂电池1的正极相连，另一端与电阻R11的一端及电阻R20的一端相连；电阻R11的另一端与电容C4的一端及锂电池1的负极相连；电阻R20的另一端与电容C4的另一端及AD型单片机U2的第6引脚相连。
LED照明电路包括电阻R19和发光二极管LED；其中，电阻R19的一端与锂电池1的正极相连，另一端与发光二极管LED相连。
应当说明的是，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R9、R12、R15、R16、R17、R20、R22、R23和R24的型号规格为0603/10K/±1％，电阻R8的型号规格为0603/5.1K±1％,电阻R10的型号规格为0603/200K/±1％，电阻R11的型号规格为0603/30K/±1％，电阻R13的型号规格为0805/300Ω/±1％，电阻R14和R26的型号规格为0603/1.2K/±1％，电阻R18的型号规格为0805/100Ω/±1％，电阻R19的型号规格为0805/100Ω/±1％，电阻R21的型号规格为0805/470Ω/±5％，电阻R25的型号规格为0603/1K/±5％；电容C1的型号规格为104pF/50V/±10％/0603封装，电容C2的型号规格为4.7uF/25V/±10％/0805封装，电容C3、C4和C7的型号规格为104pF/50V/±10％/0603封装，电容C5的型号规格为2.2uF/25V/±10％/0805封装，电容C6的型号规格为103pF/50V/±10％/0603封装；二极管D1、D4和D5的型号规格为1N4148/封装：SOD-323；稳压二极管ZD2的型号规格为BZT52-C5V6S/5.6V±5％/封装：SOD-323UTC，稳压二极管ZD3的型号规格为BZT52-C18S/18V±5％/封装：SOD-323UTC；三极管Q1的型号规格为BC849C/NPN型/封装：SOT-23UTC，晶体管Q2的型号规格为2N7002/N沟道/封装：SOT-23UTC，三极管Q3的型号规格为T3423/P沟道/封装：SOT-23；晶闸管U1的型号规格为TL431/±0.5％/封装：SOD-23；AD型单片机的型号规格为MCU控制芯片ZZ5102,外部温度保护/过流24-30A/10.8V。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
调节可变电阻，且通过MCU运算单元判断温度采样电路采集的温度、电流采样电路采集的电流以及电压采样电路采集的电压是否符合设定的要求，从而利用PWM调速控制电路改变输出信号的占空比，实现大范围调整直流电马达转速的目的，并实现实时监测温度、电压及电流，达到保护电机及锂电池的目的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种电动工具的调速开关，包括锂电池（1）、稳压滤波电路（2）、PWM调速控制电路（3）、温度采样电路（4）、调速采集电路（5）、电流采样电路（6）、电压采样电路（7）、MCU运算单元（8）和LED照明电路；所述MCU运算单元（8）包括型号为MCU控制芯片ZZ5102的AD型单片机U2；其特征在于，所述稳压滤波电路（2）包括电阻R21、二极管D1、电阻R22、电阻R23、晶闸管U1、电容C1和稳压二极管ZD2；其中，所述电阻R21的一端与所述锂电池（1）的正极相连，另一端依序与所述二极管D1、电阻R22、电阻R23相连后接地；相串联的电阻R22和电阻R23分别与所述晶闸管U1、电容C1及稳压二极管ZD2相并联，所述电阻R22和所述电阻R23之间的共同连接端与所述晶闸管U1的控制极相连；所述晶闸管U1的阳极与所述电阻R23相连，阴极与所述电阻R22相连；所述稳压二极管ZD2的阳极与所述电阻R23相连，阴极与所述电阻R22及AD型单片机U2的第1引脚相连，所述PWM调速控制电路（3）包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R18、稳压二极管ZD3、电容C2、三极管Q1、二极管D5、晶体管Q2和开关MOS管；其中，
所述电阻R12的一端与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与所述AD型单片机U2的第3引脚及所述晶体管Q2的栅极相连；
所述电阻R13的一端与所述锂电池1的正极相连，另一端与所述稳压二极管ZD3的负极、电容C2的一端、三极管Q1的集电极及电阻R14的一端相连；
所述稳压二极管ZD3的正极与所述电容C2的另一端及所述开关MOS管的源极相连；
所述三极管Q1的基极与所述晶体管Q2的源极、电阻R14的另一端及二极管D5的阴极相连，发射极与所述二极管D5的阳极及所述电阻R18的一端相连；
所述电阻R18的另一端与所述开关MOS管的栅极相连；
所述开关MOS管的漏极与马达相连。
2.如权利要求1所述的电动工具的调速开关，其特征在于，所述温度采样电路（4）包括电阻R8、电阻R9、电容C3和温度感应器NTC；其中，
所述电阻R8的一端与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，另一端与所述电阻R9的一端及所述温度感应器NTC的一端相连；
所述电阻R9的另一端与所述电容C3的一端及所述AD型单片机U2的第4引脚相连；
所述电容C3的另一端与所述温度感应器NTC的另一端相连且接地。
3.如权利要求1所述的电动工具的调速开关，其特征在于，所述调速采集电路（5）包括电容C7和可变电阻R1-R7；其中，
所述电容C7的一端与所述AD型单片机U2的第5引脚及所述可变电阻R1-R7的中间可调端K1相连，另一端接地；
所述可变电阻R1-R7的第一端K2与所述AD型单片机U2的第1引脚相连，第二端K3接地。
4.如权利要求1所述的电动工具的调速开关，其特征在于，所述电流采样电路（6）包括电阻R15、电阻R16、电阻R17和电容C6；其中，
所述电阻R17的一端与所述AD型单片机U2的第7引脚及所述电容C6的一端相连，另一端与所述电阻R15的一端及所述电阻R16的一端相连；
所述电阻R16的另一端接地；
所述电阻R15的另一端与马达相连。
5.如权利要求1所述的电动工具的调速开关，其特征在于，所述电压采样电路（7）包括电阻R10、电阻R11、电阻R20和电容C4；其中，
所述电阻R10的一端所述锂电池（1）的正极相连，另一端与所述电阻R11的一端及所述电阻R20的一端相连；
所述电阻R11的另一端与所述电容C4的一端及所述锂电池（1）的负极相连；
所述电阻R20的另一端与所述电容C4的另一端及所述AD型单片机U2的第6引脚相连。
6.如权利要求1所述的电动工具的调速开关，其特征在于，所述LED照明电路包括电阻R19和发光二极管LED；其中，所述电阻R19的一端与所述锂电池（1）的正极相连，另一端与所述发光二极管LED相连。
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