開關端電壓可控的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種開關端電壓可控的裝置，包括：開關信號單元，用于根據(jù)開關的狀態(tài)，輸出相應的開關信號，開關耦接在開關信號單元與電源的輸出端之間；偏置單元，耦接至開關信號單元，用于向開關信號單元輸出偏置電壓；其中，當開關斷開且其內部存在導電液體和/或導電液體的蒸汽時，偏置單元與開關信號單元相配合，以控制開關的端電壓和流經(jīng)開關的電流。通過采用本發(fā)明的技術方案，可以使得開關斷開時的開關端電壓小于1V，大大地抑制了開關的電化學反應，從而延長了開關的壽命，同時杜絕了氫氧爆炸的可能性。
【專利說明】開關端電壓可控的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明概括而言涉及家用電路領域，更具體而言，涉及一種在潮濕環(huán)境下，能夠有效降低開關端電壓的裝置。
【背景技術】
[0002]開關通常用來啟動或關閉用電器，開關也可以用來選擇用電器的不同工作模式，開關是用來實現(xiàn)人和用電器之間聯(lián)系的器件。當前有很多用電器包含充電電池或干電池等電源，所以用電器含有輸出電壓大于IV的電源，而市場上普遍的用電器的開關的端電壓約等于電源輸出電壓或高于電源輸出電壓。
[0003]眾所周知，如電動牙刷、剃須裝置或毛發(fā)去除裝置之類的用電器，往往放置于潮濕的衛(wèi)生間及其使用過程或清洗過程中有機會接觸到各種水溶液。水溶液通常是導電的，這種水溶液在用電器的水密封出問題時，會使開關內部的有電位差的觸點之間存在導電水溶液或導電水溶液蒸汽，或導電水溶液和水溶液蒸汽混合物，而這種導電的液體或氣體或液體和氣體混合物在上述開關端電壓的作用下，會產生電化學反應，此類電化學反應將腐蝕開關，使開關失效。
[0004]因此，亟需一種能夠使得開關適用于潮濕環(huán)境下，且具有較高的穩(wěn)定性與安全性的電路。

【發(fā)明內容】

[0005]針對以上問題，本發(fā)明提供了一種能在潮濕環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作且安全性高的開關端電壓可控的裝置。
[0006]本發(fā)明一方面提出了一種開關的端電壓可控的裝置，包括:開關信號單元，用于根據(jù)開關的狀態(tài)，輸出相應的開關信號，所述開關耦接在所述開關信號單元與電源的輸出端之間；偏置單元，耦接至所述開關信號單元，用于向所述開關信號單元輸出偏置電壓；其中，當所述開關斷開且其內部存在導電液體和/或導電液體的蒸汽時，所述偏置單元與所述開關信號單元相配合，以控制所述開關的端電壓和流經(jīng)所述開關的電流。
[0007]優(yōu)選的，所述開關信號單元包括第一晶體管，所述開關耦接在所述第一晶體管與電源之間，用于控制所述第一晶體管與所述電源之間的電流通路的通斷。
[0008]優(yōu)選的，所述第一晶體管為雙極型晶體管，所述開關的一端耦接至所述第一晶體管的發(fā)射極，其中，所述開關與所述第一晶體管的發(fā)射極和基極之間的PN結串聯(lián)形成第一串聯(lián)電路，所述第一串聯(lián)電路和所述偏置單元的上偏置部分并聯(lián)；或所述開關與所述第一晶體管的發(fā)射極和基極之間的NP結串聯(lián)形成第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路和所述偏置單元的下偏置部分并聯(lián)。
[0009]優(yōu)選的，所述第一、二串聯(lián)電路還包括至少一個電阻。
[0010]優(yōu)選的，當所述開關斷開時，若所述開關內部存在導電液體和/或導電液體的蒸汽，則所述第一晶體管處于導通的狀態(tài)；若所述開關內部干燥，則所述第一晶體管處于截止的狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選的，所述裝置還包括:電動機，所述電動機耦接至所述開關信號單元的輸出端。
[0012]優(yōu)選的，所述裝置還包括:輸出模塊，包括第二晶體管和與所述第二晶體管相串聯(lián)的電動機；其中，所述輸出模塊耦接至所述開關信號單元的輸出端，并基于所述開關信號單元的輸出信號配置所述電動機的工作狀態(tài)。
[0013]優(yōu)選的，所述開關信號單元的輸出端與低電平之間串聯(lián)至少一個上拉電阻。
[0014]優(yōu)選的，所述電路還包括信號分析模塊，所述信號分析模塊耦合在所述輸出模塊與所述開關信號單元的輸出端之間，以根據(jù)所述開關信號單元的輸出信號輸出用于控制所述輸出模塊的控制信號。
[0015]優(yōu)選的，所述第二晶體管為場效應晶體管，其中，所述電動機串聯(lián)至所述第二晶體管的漏極。
[0016]優(yōu)選的，所述第二晶體管為雙極型晶體管，其中，所述電動機串聯(lián)至所述第二晶體管的集電極。
[0017]優(yōu)選的，所述第一晶體管為場效應管，所述開關的一端耦接至所述第一晶體管的源極，其中，所述開關與所述第一晶體管的柵極和源極之間的NP結聯(lián)形成第一串聯(lián)電路，所述第一串聯(lián)電路和所述偏置單元的上偏置部分并聯(lián)；所述開關與所述第一晶體管的柵極和源極之間的PN結串聯(lián)形成第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路和所述偏置單元的下偏置部分并聯(lián)。
[0018]本發(fā)明另一方面提出了一種電動牙刷，包含耦接至電動機的刷頭，所述電動機根據(jù)所述開關的控制來決定是否驅動刷頭工作。
[0019]通過采用本發(fā)明的技術方案，可以使得開關斷開時的開關端電壓小于IV，大大地抑制了開關的電化學反應，從而延長了開關的壽命，同時杜絕了氫氧爆炸的可能性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過以下參考下列附圖所給出的本發(fā)明的【具體實施方式】的描述之后，將更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其他目的、細節(jié)、特點和優(yōu)點將變得更加顯而易見。在附圖中:
[0021]圖1為現(xiàn)有技術中的觸發(fā)開關的應用電路不意圖；
[0022]圖2為圖1的開關內部有水溶液時的等效電路圖；
[0023]圖3為現(xiàn)有技術中典型的電源開關電路示意圖；
[0024]圖4為圖3中開關內部有水溶液時的等效電路圖；
[0025]圖5為依據(jù)本發(fā)明實施例的降低開關端電壓的電路示意圖；
[0026]圖6為圖5的開關內部有水溶液時的等效電路圖；
[0027]圖7為依據(jù)本發(fā)明實施例另一種降低開關端電壓的電路示意圖；
[0028]圖8為圖7的開關內部有水溶液時的等效電路圖；
[0029]圖9為依據(jù)本發(fā)明實施例另一種降低開關端電壓的電路示意圖；
[0030]圖10為依據(jù)本發(fā)明實施例另一種降低開關端電壓的電路示意圖；
[0031]圖11為圖9的開關內部有水溶液時的等效電路圖；
[0032]圖12為圖10的開關內部有水溶液時的等效電路圖?！揪唧w實施方式】
[0033]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優(yōu)選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0034]本領域技術人員能夠理解的是，由于開關內部有導電水溶液、水溶液蒸汽或兩者的混合物所發(fā)生的電化學反應及等效電路類似，因此本實施例對開關內部有導電水溶液進行分析，分析的結果同樣適用于開關內部有導電的水溶液蒸汽或導電水溶液和水溶液蒸汽混合物的情況。本實施例中，將等效電阻小于1ΜΩ的物體定義為可導電的物體。
[0035]圖1為現(xiàn)有技術中的觸發(fā)開關的應用電路示意圖。本領域技術人員可以理解的是，當開關K11斷開時，開關K11上的電壓等于VDD11,進而等于電源的輸出電壓U11,而在大部分用電器中，電源的輸出屯壓U11通常大于IV，在本實施例中，U11等于3V。
[0036]對圖1中電路的工作原理進行分析:
[0037](I)開關處于干燥空氣中
[0038]當開關K11斷開時，信號處理模塊ICl的端口 I/O11和低電平(地)沒有連接，所以端口 I/O11處于高電平，且端口 I/O12輸出低電平，電機M11無法工作。當用戶按下開關K11且按下的時間大于IOOms時，開關K11把端口 I/O11直接短接到低電平，即端口 I/O11從高電平突降到低電平，ICl偵測到I/O11的電平產生突變，則認定為開關已被觸發(fā)，從而在端口 I/
O12輸出高電平，驅動場效應管Q11工作，進而驅動電機M11工作。
[0039]當電機工作后，用戶釋放開關時，端口 I/O11的電平從低電平恢復至高電平，ICl將該過程認定為開關被釋放的過程，故不改變現(xiàn)有的電機工作狀態(tài)，維持電機的工作。當開關K11再次被按下超過IOOms時，即I/O11電平再次從高突變到低時，ICl認定開關再次被觸發(fā)，從而在端口 I/O12輸出低電平，進而關閉場效應管Q11,使得電機M11關閉。如此循環(huán)，以重復工作。
[0040]設Vdd為ICl的供電電壓，在本實施例中，將高電平定義為大于等于0.7倍的VDD，低電平定義為小于等于0.3倍的VDD。顯然，當端口處的電平處于0.3Vdd至0.7Vdd之間時，ICl將無法判斷此電平為高或是低。通常，ICl的內部在I/O11和Vdd之間串入一個約100ΚΩ左右的上拉電阻R12(如圖1所示)，即I/O11和Vdd通過上拉電阻連通。
[0041]當用電器開關內部由于用電器密封不好而存在導電的水溶液時，開關K11等效為理想開關K21和等效電阻R7jc2并聯(lián)。圖2為圖1的開關內部有水溶液時的等效電路圖。
[0042]導電水溶液相當于電解液，帶端電壓的開關正負極和電解液構成了一個電解系統(tǒng)。依電化學理論，水的理論分解電壓為1.23V，即開關端電壓大于1.23V時，水就有可能在負極釋出氫氣，而在正極釋出氧氣。氫氣和氧氣在一相對封閉的空間的混合是危險的，當空氣中混入氫氣的體積為總體積的4%至74.2%時，電機工作時產生的火花可以引爆氫氣，從而損壞用電器或是引起更嚴重的安全事故。
[0043]另外，即使開關端電壓小于1.23V，但由于水溶液具有導電性，電解現(xiàn)象依然存在。電解過程將使正極的金屬被氧化和鈍化，使正極的導電性變差，將致使開關的正負極接觸時產生接觸不良，進而使得開關失效，減短了開關的壽命。顯然，隨著開關端電壓的增大，電解現(xiàn)象加劇，開關失效的速度將越來越快。
[0044]通常用電器的電源電壓大于1.0V,在電池電源的典型應用中，電源電壓為1.2V、1.5￥、2.價和3￥。因此，目前市場上的典型電路具備上述分析的風險。
[0045]依電化學理論可知，等效電阻Rm與水溶液的電解程度相關，即當水溶液剛剛開始電解時，由于水溶液中的離子較少，導電性能較差，因此等效電阻Ru相對較大，在本實施例中，經(jīng)實驗測得此時Ri2約等于100ΚΩ。當電解進行一定時間后，水溶液中的離子增多，導電性能增強，等效電阻Rm相對變小，經(jīng)實驗測得此時Ru約等于40ΚΩ。
[0046]由圖2中的Un-R12-K21支路的電壓分配，可以得到如式(I)所示的電壓關系:
[0047]
【權利要求】
1.一種開關端電壓可控的裝置，包括: 開關信號單元，用于根據(jù)開關的狀態(tài)，輸出相應的開關信號，所述開關耦接在所述開關信號單元與電源的輸出端之間； 偏置單元，耦接至所述開關信號單元，用于向所述開關信號單元輸出偏置電壓； 其中，當所述開關斷開且其內部存在導電液體和/或導電液體的蒸汽時，所述偏置單元與所述開關信號單元相配合，以控制所述開關的端電壓和流經(jīng)所述開關的電流。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開關信號單元包括第一晶體管，所述開關耦接在所述第一晶體管與電源之間，用于控制所述第一晶體管與所述電源之間的電流通路的通斷。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一晶體管為雙極型晶體管，所述開關的一端耦接至所述第一晶體管的發(fā)射極， 其中，所述開關與所述第一晶體管的發(fā)射極和基極之間的PN結串聯(lián)形成第一串聯(lián)電路，所述第一串聯(lián)電路和所述偏置單元的上偏置部分并聯(lián)；或 所述開關與所述第一晶體管的發(fā)射極和基極之間的NP結串聯(lián)形成第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路和所述偏 置單元的下偏置部分并聯(lián)。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一、二串聯(lián)電路還包括至少一個電阻。
5.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，當所述開關斷開時， 若所述開關內部存在導電液體和/或導電液體的蒸汽，則所述第一晶體管處于導通的狀態(tài)； 若所述開關內部干燥，則所述第一晶體管處于截止的狀態(tài)。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括電動機，所述電動機耦接至所述開關信號單元的輸出端。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 輸出模塊，包括第二晶體管和與所述第二晶體管相串聯(lián)的電動機； 其中，所述輸出模塊耦接至所述開關信號單元的輸出端，并基于所述開關信號單元的輸出信號配置所述電動機的工作狀態(tài)。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開關信號單元的輸出端與低電平之間串聯(lián)至少一個上拉電阻。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括信號分析模塊，所述信號分析模塊耦合在所述輸出模塊與所述開關信號單元的輸出端之間，以根據(jù)所述開關信號單元的輸出信號輸出用于控制所述輸出模塊的控制信號。
10.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二晶體管為場效應晶體管，其中，所述電動機串聯(lián)至所述第二晶體管的漏極。
11.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二晶體管為雙極型晶體管，其中，所述電動機串聯(lián)至所述第二晶體管的集電極。
12.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一晶體管為場效應管，所述開關的一端耦接至所述第一晶體管的源極， 其中，所述開關與所述第一晶體管的柵極和源極之間的NP結聯(lián)形成第一串聯(lián)電路，所述第一串聯(lián)電路和所述偏置單元的上偏置部分并聯(lián)；或 所述開關與所述第一晶體管的柵極和源極之間的PN結串聯(lián)形成第二串聯(lián)電路，所述第二串聯(lián)電路和所述偏置單元的下偏置部分并聯(lián)。
13.一種采用如權利要求1至12任一項所述的裝置的電動牙刷，包含: 耦接至電動機的刷頭，所述電動機根據(jù)所述開關的控制來決定是否驅動刷頭工作。
【文檔編號】H03K17/72GK103929164SQ201410140293
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】戴曉國, 徐振武 申請人:上海攜福電器有限公司