CN216056395U - 充电电路、清洁设备和清洁*** - Google Patents

Abstract

本申请提供一种充电电路、清洁设备和清洁***，该充电电路包括：电源，与所述电源连接的用于向清洁设备充电的充电电极，所述充电电路还包括：可控开关，连接于所述电源与所述充电电极之间；其中，所述可控开关在所述清洁设备回到基站时导通，在所述清洁设备离开基站时断开。本申请通过在电源与充电电极之间设置可控开关，实现了在所述清洁设备回到基站时控制充电电极导通，在所述清洁设备离开基站时控制充电电极断开，避免充电机电被外部物体短路带来的安全风险。

Description

充电电路、清洁设备和清洁***

技术领域

本申请涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种充电电路、清洁设备和清洁***。

背景技术

随着扫地机器人、拖地机器人的智能化，带有自动回冲功能的产品越来越多，通常充电座上设置有两个裸露的金属电极片，当扫地机或拖地机回到充电座时，本体上的金属电极片与充电座上的金属电极片连接，实现自动回充电功能。

由于，在扫地机自动回充过程中，不同场景下的回充位置偏差较大，为保证可靠连接，一般充电座上的电极片需裸漏，且面积较大，充电座连接电源，当扫地机器人需要充电时，需要返回充电座，与充电电极连接，进而完成充电。

为了确定扫地机器人、拖地机器人是否回充到位，通常充电座上充电电极需一直处于通电状态来检测连接状态。虽然充电座内部电源使用隔离电源降压，不会发生人体触电；但是处于裸露且带电的充电电极极易被外界物体短路，比如使用带金属外壳的扫把清扫充电座就会发生短路风险，烧毁内部器件。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种充电电路、清洁设备和清洁***，实现了在所述清洁设备回到基站时充电电极导通，在所述清洁设备离开基站时充电电极断开，避免充电机电被外部物体短路带来的安全风险。

本申请实施例第一方面提供了一种基站的充电电路，包括：电源，与所述电源连接的用于向清洁设备充电的充电电极，所述充电电路还包括：可控开关，连接于所述电源与所述充电电极之间；其中，所述可控开关在所述清洁设备回到基站时导通，在所述清洁设备离开基站时断开。

于一实施例中，所述可控开关为磁性开关，所述磁性开关的位置与回到基站上的所述清洁设备上磁体的位置相对应，以在所述清洁设备回到基站时，所述清洁设备上的磁体触发所述磁性开关导通。

于一实施例中，所述可控开关为功率开关管；所述充电电路还包括：第一检测电路，用于在检测到所述清洁设备回到基站时，生成第一检测信号；主控电路，分别连接所述第一检测电路和所述功率开关管的控制端，用于将所述第一检测信号转换成驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述功率开关管闭合。

于一实施例中，所述第一检测电路包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的位置与回到基站上的所述清洁设备上磁体的位置相对应，以在所述清洁设备回到基站时，所述清洁设备上的磁体触发所述霍尔传感器生成第一检测信号；所述主控电路用于，将所述霍尔传感器的第一检测信号转换为高电平信号，所述高电平信号用于驱动所述功率开关管闭合。

于一实施例中，还包括：第二检测电路，连接在所述主控电路和所述充电电极之间，用于采集所述充电电极与所述电源在短路状态下的第二检测信号；所述主控电路的输入端与所述第二检测电路连接，输出端和所述功率开关管连接，所述主控电路还用于将所述第二检测信号转换成低电平信号，所述低电平信号用于驱动所述功率开关管断开。

于一实施例中，所述功率开关管包括：第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接所述电源正极，所述第一MOS管的漏极连接所述充电电极的正电极；三极管，所述三极管的基级连接所述主控电路，所述三极管的集电极连接所述第一MOS管的栅极，所述三极管的发射极接地。

于一实施例中，还包括：拉低单元，一端连接所述充电电极，另一端连接所述功率开关管的控制端，用于在所述充电电极与所述电源短路时，将所述功率开关管的控制端的电平拉低，驱动所述功率开关管断开。

于一实施例中，还包括：储能元件，一端连接所述拉低单元，另一端连接所述充电电极，用于在所述充电电极与所述电源短路时储存电能，并在所述功率开关管断开后的一段时间内为所述拉低单元供电，使所述功率开关管在所述一段时间内持续断开。

本申请实施例第二方面提供了一种清洁设备，包括：用于驱动所述清洁设备运动的电机、蓄电电极和磁体。

本申请实施例第三方面提供了一种清洁***，包括：基站和本申请实施例第二方面的清洁设备，其中，所述基站中包括如本申请实施例第一方面及其任一实施例的充电电路。

本申请提供的充电电路、清洁设备和清洁***，通过在电源与充电电极之间设置可控开关，实现了在所述清洁设备回到基站时控制充电电极导通，在所述清洁设备离开基站时控制充电电极断开，避免充电机电被外部物体短路带来的安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的清洁***的结构示意图；

图2为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图3为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图4为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图5为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图6为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图7为本申请一实施例的充电电路的结构示意图；

图8为本申请一实施例的充电电路的结构示意图。

附图标记：

100-清洁***，1-基站，2-清洁设备，10-充电电路，101-电源，102-充电电极，21-电机，22-蓄电电极，23-磁体，103-可控电路，104-第一检测电路，105-主控电路，106-第二检测电路，107-拉低单元，108-干簧管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供一种清洁***100，包括：基站1和清洁设备2，其中，所述基站1中设置有充电电路10，该充电电路10包括电源101，以及与所述电源101连接的用于向清洁设备2充电的充电电极102。当充电设备需要充电时，基站1的充电电极102连接，即可进行充电过程。

于一实施例中，清洁设备2中至少包括用于驱动所述清洁设备2运动的电机21、蓄电电极22和磁体23。比如清洁设备2可以是清洁扫地机器人，此时基站1可以是扫地机器人的充电座。

请参看图2，其为本申请一实施例的基站1的充电电路10，还包括：可控开关103，连接于所述电源101与所述充电电极102之间；其中，所述可控开关103在所述清洁设备2回到基站1时导通，在所述清洁设备2离开基站1时断开。以扫地机器人***为例，充电座中设置有充电电路10，由于可控开关103设置在电鱼与充电电极102之间，当扫地机器人需要充电时，回到充电座，扫地机器人上的蓄电电极22与充电座上的充电电极102连接，可控开关103闭合导通，接通电源101，开始充电。当扫地机器人离开充电座时，可控开关103断开，使得充电电极102与电源101断开，即使充电电极102裸露，充电电极102也不会处于通电状态，进而避免了外部物体将其短路带来的安全风险。

于一实施例中，所述可控开关103为磁性开关，所述磁性开关的位置与回到基站1上的所述清洁设备2上磁体23的位置相对应，以在所述清洁设备2回到基站1时，所述清洁设备2上的磁体23触发所述磁性开关导通。比如磁性开关可以是干簧管，干簧管设置在电源101与充电电极102之间，扫地机器人上设置有磁体23，当扫地机器人返回充电座时，磁体23靠近干簧管，干簧管会闭合导通，进而将电源101与充电电极102导通，扫地机器人上的蓄电电极22与充电座上的充电电极102连接，开始充电。

于一实施例中，磁体23在扫地机器人上的位置可以依据干簧管在充电座的位置进行设定，假设充电电极102包括两个电极片，干簧管设置在充电座的电极片之间的中间位置，为了让干簧管可以感应到磁体23，磁体23可以设置在扫地机器人上蓄电电极22的两个电极片之间的中间位置，如此，将扫地机器人的蓄电电极22连接充电座的充电电极102时，磁体23刚好在干簧管的感应范围内，以保证干簧管的灵敏度。

于一实施例中，如图3所示，所述可控开关103也可以为功率开关管；此时所述充电电路10还包括：第一检测电路104和主控电路105，其中第一检测电路104用于在检测到所述清洁设备2回到基站1时，生成第一检测信号；主控电路105分别连接所述第一检测电路104和所述功率开关管的控制端，用于将所述第一检测信号转换成驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述功率开关管闭合。

也就是说，当扫地机器人返回充电座时，会触发第一检测电路104生成第一检测信号，第一检测信号可以是电信号，主控电路105实时采集到第一检测信号时，将第一检测信号转换成驱动信号，主控电路105可以有放大器实现，比如可以将第一检测电路104的电信号经过放大后转换成驱动电压，用于驱动所述功率开关管闭合，功率管闭合后，使得电源101和充电电极102导通，开始充电过程。而当扫地机器人离开充电座时，第一检测信号消失，驱动信号也就消失，电源101与充电电极102断开，进而避免了外部物体将充电电极102短路带来的安全风险。

于一实施例中，所述第一检测电路104包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的位置与回到基站1上的所述清洁设备2上磁体23的位置相对应，以在所述清洁设备2回到基站1时，所述清洁设备2上的磁体23触发所述霍尔传感器生成第一检测信号；此时所述主控电路105用于，将所述霍尔传感器的第一检测信号转换为高电平信号，所述高电平信号用于驱动所述功率开关管闭合。

其中，霍尔传感器与磁体23相对位置的设置，可以参照上述干簧管与磁体23的位置设置，原则是当扫地机器人的蓄电电极22与充电座的充电电极102连接时，保证磁体23在霍尔传感器的感应范围内，以便于霍尔传感器可以灵敏的产生感应信号(即第一检测信号)。主控电路105实时采集到的霍尔传感器产生的感应信号，并将感应信号转换为高电平信号，该高电平信号可以作用于功率开关管的控制端，以驱动功率开关管闭合，进而使得电源101和充电电极102导通，开始充电过程。而当扫地机器人离开充电座时，霍尔传感器的感应信号消失，高电平信号也就消失，电源101与充电电极102断开，进而避免了外部物体将充电电极102短路带来的安全风险。

于一实施例中，第一检测电路104还可以是红外接收器，即基站1上设置有红外接收器，清洁设备2上设有红外发射器，红外接收器的位置与回到基站1上的清洁设备2上红外发射器的位置相对应，以在所述清洁设备2回到基站1时所述清洁设备2上的红外发射器发射的信号触发所述红外接收器。红外接收器与红外发射器的相对位置，可以参考上述干簧管与磁体23之间的位置设置方式，原则是当扫地机器人的蓄电电极22与充电座的充电电极102连接时，保证红外发射器发出的红外信号在红外接收器的接受范围内。

于一实施例中，如图3所示，还包括：第二检测电路106，连接在所述主控电路105和所述充电电极102之间，用于采集所述充电电极102与所述电源101在短路状态下的第二检测信号；所述主控电路105的输入端与所述第二检测电路106连接，输出端和所述功率开关管连接，所述主控电路105还用于将所述第二检测信号转换成低电平信号，所述低电平信号用于驱动所述功率开关管断开。也就是说，第二检测电路106用于检测充电电极102上的实时电流(即第二检测信号)，一旦电流过大，很可能是充电电极102被短路造成的，这个电流变化可以被传输至主控电路105，主控电路105经过换算电路，将该电流转换成低电平信号，该低电平信号作用于功率开关管的控制端，以驱动所述功率开关管断开，进而使得充电电极102和电源101断开，进而避免了外部物体将充电电极102短路带来的安全风险。

于一实施例中，如图4所示，所述功率开关管可以包括：第一MOS管Q1和三极管Q2，其中，所述第一MOS管Q1的源极S连接所述电源101正极，所述第一MOS管Q1的漏极D连接所述充电电极102的正电极；所述三极管Q2的基级B连接所述主控电路105，所述三极管Q2的集电极C连接所述第一MOS管Q1的栅极G，所述三极管Q2的发射极E接地。

实际场景中，假设电源101的电压为20V，主控电路105可以由集成电路芯片实现，第一MOS管Q1可以是P型MOS管，电源101的正极通过第一MOS管Q1与充电电极102的电极片正相连接，第一MOS管Q1可控制充电回路的开关。第一MOS管Q1的栅极G电压通过三极管Q2控制，三极管Q2的基极B通过连接到主控电路105的芯片端口CHARGE_EN，最终由主控电路105控制是否开启或者挂断充电回路。在主控电路105的端口CHARGE_EN与三极管Q2的基级B之间，可以设置一个保护电阻R4，电阻R4可以为2KΩ。在第一MOS管Q1与三极管Q2之间还设置有电阻R1(100KΩ)、电阻R2(47KΩ)和电阻R3(150KΩ)。

电路的工作过程为：当主控电路105的端口CHARGE_EN输出高电平信号，三极管Q2的基级B相对发射极E的电压大于0.7V，三极管Q2集电极C到发射极E导通，此时有电流流经电阻R1、电阻R3，因此电阻R1上有电压，即第一MOS管Q1的源极S、栅极G之间形成压差，第一MOS管Q1的源极S、漏极D导通，充电电极102通电；当主控短路的端口CHARGE_EN输出低电平信号，充电电极102断电。

于一实施例中，所述充电电路10还可以包括：双向稳压管ESD1，用于稳定充电电路10的电压。

于一实施例中，如图4所示，第二检测电路106可以采样电阻R6，一端连接所述负电极，另一端连接所述电源101负极；滤波电路，与所述采样电路并联后，连接所述主控电路105；双向稳压管ESD2，与所述滤波电路并联。

如图4所示，充电电极102的电极片负通过一电流采样电阻R6与电源101的负极连接，在充电过程中，充电电流转化的电压值通过电阻R5和电容C2组成的RC滤波电路后连接到主控电路105的ADC(Analog-to-digital converter，模拟数字转换器)采样端口，实现对充电电流的采集与管理。通常当充电电流过大，采样电阻R6分压增大，输入到主控电路105的ADC采样端口的采样电压上升，当采样电压超过设定阈值后，主控电路105通过端口CHARGE_EN将第一MOS管Q1关断，防止过流损坏电路。

于一实施例中，该充电电路10还可以包括：拉低单元107，一端连接所述充电电极102，另一端连接所述功率开关管的控制端，用于在所述充电电极102与所述电源101短路时，将所述功率开关管的控制端的电平拉低，驱动所述功率开关管断开。

如图5所示，拉低单元107可以由第二MOS管Q3实现，可以在图4的基础上，增加第二MOS管Q3，其中第二MOS管Q3可以为N型MOS管，所述第二MOS管Q3的栅极G连接所述充电电极102的电极片负，所述第二MOS管Q3的漏极D连接所述三极管Q2的基极B，所述第二MOS管Q3的源极S接地。当扫地机器人正常充电时，充电电极102的电流在采样电阻R6上形成的电压低于第二MOS管Q3的开启电压Vgsth，此时第二MOS管Q3处于关闭状态，不起任何作用。当充电电极102的电极片短路时，采样电阻R6上的采样电压急剧上升，当采样电压超过第二MOS管Q3的开启电压Vgsth后，第二MOS管Q3导通。此时即便主控电路105的端口CHARGE_EN输出高电平信号，由于第二MOS管Q3的导通，三极管Q2的基极B电位亦会被拉低，三极管Q2断开，进而第一MOS管也会随之关断，使得充电电极102与电源101断开，电极片上无电流输出，上述保护方式仅通过两个MOS管和一个三极管Q2硬件处理，而电路保护的反应速度都是纳秒级别，因此可以在极短时间内起到切断电源101的作用。

于一实施例中，该充电电路10还包括：储能元件，一端连接所述拉低单元107，另一端连接所述充电电极102，用于在所述充电电极102与所述电源101短路时储存电能，并在所述功率开关管断开后的一段时间内为所述拉低单元107供电，使所述功率开关管在所述一段时间内持续断开。

如图6所示，储能元件可以由电容C1实现，具体的，可以在图5的基础上增加一个二极管D1，二极管D1设置于电极片负与第二MOS管Q3之间，方向为由电极片负到第二MOS管Q3，在二MOS管Q3的栅极G、源极S之间并联一电阻R10和一电容C1。当充电电极102短路时，采样电阻R6上电压上升，通过二极管D1给电容C1充电，电容C1两端的电压一旦超过第二MOS管Q3的开启电压Vgsth后，第二MOS管Q3导通，进而三极管Q2断开，进而第一MOS管Q1断开，充电回路断开。充电回路断电后，由于电容C1的储能作用和二极管D1的单向导电作用，断开状态可维持一段时间，如此，能够快速的截断被短路的回路，也能避免开通、关断的持续震荡，避免了如果短路物体没有移除，会再次发生充电电极102短路的情况发，避免充电电路10持续重复短路-保护-再短路-再保护的循环。

上述一段时间的大小取决于电容C1的容量和电阻R10的阻值。实际场景中可以通过调整电容C1的容量和电阻R10的阻值设定不同保护延时。

于一实施例中，所述主控电路105可以包括警报子电路，可以将所述二极管D1的正极K与所述第二MOS管的栅极之间的连接节点连接至所述警报子电路，所述警报子电路设置为上升沿触发。

如图7所示，可以在图6所示的充电电路10的基础上，将二极管D1与第二MOS管Q3之间的采样点位置连接到主控电路105的外部中断引脚CHARGE_I_SHORT，通过外部中断引脚连接警报子电路，外部中断设置成上升沿触发，当充电电极102发生短路后，此采样点处电压上升，引起主控电路105发生中断处理，进而发出故障报警提示，便于提示用户采取措施移除短路异物。

于一实施例中，可控开关103可以同时包括功率开关管和磁性开关，如图8所示，假设磁性开关为干簧管108，可以在图7所示的充电电路10基础上增加干簧管108，即在第一MOS管Q1与电极片正之间串连一干簧管108。将干簧管108设置在充电座的两充电电极102之间的壳体内侧。扫地机器人的蓄电电极22的两电极片中间的相对位置壳体内侧设置一永磁体23。当扫地机器人或者拖地机器人回到充电座充电时，机器人机身上的磁体23进入充电座干簧管108的感应范围，此时干簧管108导通，电极片上通电，当机器人离开充电座后，充电电路10断开。如此，可以有效避免长期电极带电引发短路的风险，又不影响回充时的检测连接状态功能。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基站的充电电路，包括：电源，与所述电源连接的用于向清洁设备充电的充电电极，其特征在于，所述充电电路还包括：

可控开关，连接于所述电源与所述充电电极之间；

其中，所述可控开关在所述清洁设备回到基站时导通，在所述清洁设备离开基站时断开。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述可控开关为磁性开关，所述磁性开关的位置与回到基站上的所述清洁设备上磁体的位置相对应，以在所述清洁设备回到基站时，所述清洁设备上的磁体触发所述磁性开关导通。

3.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述可控开关为功率开关管；所述充电电路还包括：

第一检测电路，用于在检测到所述清洁设备回到基站时，生成第一检测信号；

主控电路，分别连接所述第一检测电路和所述功率开关管的控制端，用于将所述第一检测信号转换成驱动信号，所述驱动信号用于驱动所述功率开关管闭合。

4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述第一检测电路包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的位置与回到基站上的所述清洁设备上磁体的位置相对应，以在所述清洁设备回到基站时，所述清洁设备上的磁体触发所述霍尔传感器生成第一检测信号；

所述主控电路用于，将所述霍尔传感器的第一检测信号转换为高电平信号，所述高电平信号用于驱动所述功率开关管闭合。

5.根据权利要求3-4中任一项所述的充电电路，其特征在于，还包括：

第二检测电路，连接在所述主控电路和所述充电电极之间，用于采集所述充电电极与所述电源在短路状态下的第二检测信号；

所述主控电路的输入端与所述第二检测电路连接，输出端和所述功率开关管连接，所述主控电路还用于将所述第二检测信号转换成低电平信号，所述低电平信号用于驱动所述功率开关管断开。

6.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述功率开关管包括：

第一MOS管，所述第一MOS管的源极连接所述电源正极，所述第一MOS管的漏极连接所述充电电极的正电极；

三极管，所述三极管的基级连接所述主控电路，所述三极管的集电极连接所述第一MOS管的栅极，所述三极管的发射极接地。

7.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，还包括：

拉低单元，一端连接所述充电电极，另一端连接所述功率开关管的控制端，用于在所述充电电极与所述电源短路时，将所述功率开关管的控制端的电平拉低，驱动所述功率开关管断开。

8.根据权利要求7所述的充电电路，其特征在于，还包括：

储能元件，一端连接所述拉低单元，另一端连接所述充电电极，用于在所述充电电极与所述电源短路时储存电能，并在所述功率开关管断开后的一段时间内为所述拉低单元供电，使所述功率开关管在所述一段时间内持续断开。

9.一种清洁设备，其特征在于，包括：

用于驱动所述清洁设备运动的电机、蓄电电极和磁体。

10.一种清洁***，其特征在于，包括：基站和如权利要求9中所述的清洁设备，其中，所述基站中包括如权利要求1-8中任一项所述的充电电路。

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