燃?xì)鉄崴鞯碗娏繉?shí)時(shí)提醒的低功耗研究

鄺耀朋

（廣東萬和新電氣股份有限公司 佛山 528305）

引言

燃?xì)鉄崴鹘柚紵細(xì)鈱?duì)水加熱，是一種對(duì)生活便利的家用設(shè)備。其中以電池為電源的燃?xì)鉄崴?，因?qū)κ褂铆h(huán)境要求低，仍占有一定的市場(chǎng)份額。然而隨著熱水器的啟動(dòng)使用，電池電力會(huì)逐漸消耗，當(dāng)電池電量下降到某電量以下時(shí)，燃?xì)鉄崴鲗o法正常工作，而此時(shí)用戶往往未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并誤認(rèn)為熱水器有故障，造成不必要的麻煩。

同時(shí)，即使在熱水器上存在電量指示裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量，在傳統(tǒng)技術(shù)中，較為常見的是采用AD 檢測(cè)電路、比較器以及所連接的外圍電路組成或者采用電壓表檢測(cè)。這種電路存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且其監(jiān)測(cè)電流過大或者難以安裝、提醒不清晰等問題，從而會(huì)加速電池電量消耗，影響電池使用壽命。

針對(duì)上述傳統(tǒng)技術(shù)中的不足，本文對(duì)燃?xì)鉄崴鞯碗娏繉?shí)時(shí)提醒功能進(jìn)行低功耗研究，以解決用戶的痛點(diǎn)。

1 燃?xì)鉄崴鞯碗娏繉?shí)時(shí)提醒

1.1 燃?xì)鉄崴麟姵仉娏?/h3>

燃?xì)鉄崴骺墒褂玫碾姵匕ㄒ淮涡噪姵?、可充電電池，其中一次性電池俗稱“用完即棄”電池，常見的一次性電池包括堿錳電池、鋅錳電池、鋰電池、銀鋅電池、鋅空電池、鋅汞電池和鎂錳電池；可充電電池按制作材料和工藝上的不同，常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池。由于燃?xì)鉄崴骺墒褂玫碾姵胤N類多，所以不同電池種類的電池電量各不相同。另外同一規(guī)格的電池，不同品牌的電池容量也會(huì)不相同，同時(shí)即使同一品牌同一規(guī)格的電池，實(shí)際電池容量也會(huì)不一致，表現(xiàn)為新電池的電壓不同。

綜上所述，燃?xì)鉄崴麟姵兀潆娏恳矔?huì)因用戶使用電池的不同，而出現(xiàn)不同的電池電量。電池電量的不同，會(huì)影響電池在燃?xì)鉄崴髦械墓ぷ鲏勖?，但燃?xì)鉄崴饕螂姵囟鵁o法正常工作，是電池電量過低導(dǎo)致燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載無法正常工作，所以可在燃?xì)鉄崴麟姵仉娏窟^低前進(jìn)行提醒，以便用戶及時(shí)更換電池。

1.2 燃?xì)鉄崴鞯碾姵氐碗娏颗卸?/h3>

對(duì)于燃?xì)鉄崴鞯碾姵氐碗娏颗卸ǎ枰Y(jié)合燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載與電池電量間的影響進(jìn)行判定。

1.2.1 燃?xì)鉄崴鞯挠秒娯?fù)載

目前市場(chǎng)上以電池為電源的燃?xì)鉄崴鳎Ｓ玫挠秒娯?fù)載結(jié)構(gòu)圖如圖1所示?？刂破? 連接第一電源端子a 和第二電源端子b，電池1 給控制器2 供電。點(diǎn)火與火焰檢測(cè)裝置3、溫度顯示與檢測(cè)裝置4、水流檢測(cè)裝置5、燃?xì)忾y6 以及防干燒裝置7 連接控制器2，通過控制器1進(jìn)行供電。其中點(diǎn)火與火焰檢測(cè)裝置3、溫度顯示與檢測(cè)裝置4、燃?xì)忾y6 的供電由控制器2 進(jìn)行控制。

圖1 電池供電燃?xì)鉄崴鹘Y(jié)構(gòu)圖

1.2.2 燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載與電池電量間的影響

電池供電的燃?xì)鉄崴鞯某Ｓ糜秒娯?fù)載，正常工作時(shí)的耗電量各不相同，其中以燃?xì)忾y6 與點(diǎn)火與火焰檢測(cè)裝置3 耗電量最大。隨著負(fù)載耗電量的變化，電池電壓也會(huì)相應(yīng)變化。負(fù)載越重，電池電壓越低；負(fù)載越輕，電池電壓越高?？蛰d時(shí)，電池電壓最高。

隨著電池電量的逐漸降低，無論是空載還是帶載的情況下，電池電壓都會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)電池電量降低到影響到熱水器負(fù)載的正常工作時(shí)，電池電壓也會(huì)降低到相應(yīng)的電壓值。在此電池電壓的基礎(chǔ)上，再結(jié)合電池電壓會(huì)隨著熱水器負(fù)載耗電量的變化而變化，可以相應(yīng)確定一個(gè)電壓值來判定燃?xì)鉄崴鞯碾姵仉娏康?，提醒用戶更換電池。

1.3 燃?xì)鉄崴麟姵仉娏繉?shí)時(shí)檢測(cè)

為了減少電池?fù)p耗，熱水器關(guān)機(jī)下，電池1 僅對(duì)水流檢測(cè)裝置5 供電，對(duì)其它裝置斷電或僅讓控制器2 內(nèi)個(gè)別單元休眠省電，其余裝置斷電。由于電池存在自放電現(xiàn)象，空載情況下，電池電量也會(huì)產(chǎn)生損耗。當(dāng)電池電量過低時(shí)，燃?xì)鉄崴鲃t無法正常工作。因此需要對(duì)燃?xì)鉄崴麟姵仉娏繉?shí)時(shí)檢測(cè)。

2 燃?xì)鉄崴鞯碗娏繉?shí)時(shí)提醒的低功耗設(shè)計(jì)

針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的不足，本文創(chuàng)新性地采用低功耗電壓檢測(cè)器進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。具體的，低功耗電壓檢測(cè)芯片U1 實(shí)時(shí)采集電池BAT 兩端的電壓， 在芯片U1 通過第一電源端子a 和第二電源端子b 檢測(cè)到電池BAT 的電壓未降低到預(yù)設(shè)電壓時(shí)輸出高電平信號(hào)，三極管Q1 截止，指示器D1 不工作，此時(shí)只有芯片U1 工作因而消耗電流小，功耗低，其消耗電流小于10 μA，例如達(dá)到0.7 μA。在芯片U1 檢測(cè)到電池BAT 的電壓降低到預(yù)設(shè)電壓時(shí)，輸出低電平，從而導(dǎo)通三極管Q1,使得指示器D1 工作，進(jìn)而相對(duì)于沒有導(dǎo)通三極管Q1 而言其消耗電流較大，低功耗電壓檢測(cè)器電流可達(dá)到2 至3 mA，可以通過調(diào)節(jié)R2、R3 阻值與選用低壓降的三極管Q1 進(jìn)一步減少低功耗電壓檢測(cè)器進(jìn)入低電量提醒時(shí)的工作電流。其中，預(yù)設(shè)電壓固定于芯片U1中，檢測(cè)精度較高（±2 %），可選擇不同規(guī)格的芯片來選擇。低功耗電壓檢測(cè)芯片U1 的型號(hào)為XC61CC 系列、XC61CN 系 列、ILC5061、ILC5062、KA75、MAX6375-MAX6380 等任一種芯片。

圖2 低功耗電壓檢測(cè)器電量指示器結(jié)構(gòu)圖

此低電量提醒電路結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并清晰提醒用戶電量低，正好解決了傳統(tǒng)低電量實(shí)時(shí)提醒測(cè)試方式的不足，能防止用戶誤解燃?xì)鉄崴鞴收稀?/p>

3 燃?xì)鉄崴鞯凸牡碗娏刻嵝哑鞯膽?yīng)用與測(cè)試驗(yàn)證

3.1 低功耗低電量提醒器在燃?xì)鉄崴魃系膽?yīng)用

低功耗低電量提醒器用在以電池為電源的燃?xì)鉄崴魃?，安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示?？刂破? 和低功耗電壓檢測(cè)芯片U1 通過第一電源端子a 和第二電源端子b 并聯(lián)在電池BAT 兩端，芯片U1 的輸出端Vout 連接開關(guān)電路8的控制端，指示器9 通過開關(guān)電路8 連接端子a 和端子b。當(dāng)燃?xì)鉄崴鞑还ぷ鲿r(shí)可無需為控制器1 供電，但同時(shí)芯片U1 可實(shí)時(shí)檢測(cè)電池BAT 電壓，并在電池BAT 電壓低于預(yù)設(shè)電壓時(shí)，通過輸出端Vout 輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通開關(guān)電路8，使得指示器9 工作發(fā)出低電量提示信號(hào)。芯片U1 在電池電量檢測(cè)過程中可實(shí)現(xiàn)低電流消耗，且當(dāng)電池BAT 電壓過低時(shí)觸發(fā)其輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)配合開關(guān)電路8 以及指示器9，當(dāng)電池BAT 電壓過低使得燃?xì)鉄崴鹘咏蛞褵o法正常工作時(shí)，既能及時(shí)提醒更換電池BAT，又可減少對(duì)電池BAT 使用壽命的影響。此接法，可直接用于常規(guī)的以電池為電源的燃?xì)鉄崴魃?，無需對(duì)現(xiàn)有的用電負(fù)載進(jìn)行變更。

圖3 帶電池電量指示的燃?xì)鉄崴鹘Y(jié)構(gòu)圖

3.2 低功耗低電量提醒器在燃?xì)鉄崴魃系臏y(cè)試驗(yàn)證

低功耗低電量提醒器用在以電池為電源的燃?xì)鉄崴魃?，可通過加速測(cè)試的方法模擬用戶使用?，F(xiàn)選用一款萬和的零水壓煙道式燃?xì)鉄崴鬟M(jìn)行測(cè)試，具體的測(cè)試數(shù)據(jù)如下面的表1所示。

表1 帶低電量提醒燃?xì)鉄崴鳒y(cè)試數(shù)據(jù)表

通過上表可以看出，隨著熱水器的循環(huán)使用，電池電量在減少，電池組電壓在降低。由于燃?xì)鉄崴髟邳c(diǎn)火與燃?xì)忾y吸合過程中，用電負(fù)載工作電流較大，導(dǎo)致電池組電壓瞬間被拉低，正常燃燒后電池電壓會(huì)回升。此過程不用于對(duì)用戶進(jìn)行低電量提醒。在熱水器正常燃燒與待機(jī)狀態(tài)下，低電量提醒器可起到低電量提醒作用，特別是待機(jī)狀態(tài)下的提醒。使用低功耗電壓檢測(cè)器的低功耗低電量提醒器，在電量未降低到需要提醒用戶準(zhǔn)備電池更換前，由于低功耗電壓檢測(cè)器的低功耗特性以及不對(duì)指示器供電，使低功耗低電量提醒器既做到實(shí)時(shí)檢測(cè)，又做到低功耗，避免了影響電池使用壽命。

進(jìn)一步地，根據(jù)燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載正常工作條件，可通過調(diào)整進(jìn)行低電量提醒時(shí)對(duì)應(yīng)的閾值電壓，來調(diào)整低電量提醒的提醒時(shí)間先后。低電量提醒器的指示器可通過調(diào)整相關(guān)器件參數(shù)，降低指示器提醒時(shí)的工作電流來降低提醒時(shí)的功耗。

4 結(jié)論

由于燃?xì)鉄崴魇褂玫碾姵胤N類多、不固定以及電池的自放電特性，導(dǎo)致燃?xì)鉄崴鞯碾姵仉娏坎唤y(tǒng)一，但燃?xì)鉄崴鞯碾姵仉娏拷档蜁?huì)造成燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載無法工作，所以本文從燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載工作與電池電量間的影響出發(fā)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定電壓閾值，如接近燃?xì)鉄崴饔秒娯?fù)載正常工作的最低電壓，則進(jìn)行燃?xì)鉄崴鞯碗娏繉?shí)時(shí)提醒，提醒用戶更換電池。

傳統(tǒng)的燃?xì)鉄崴麟娏繖z測(cè)方式存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜不便安裝、功耗大影響電池使用壽命、提醒不清晰等問題，本文創(chuàng)新性地使用低功耗電壓檢測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在燃?xì)鉄崴髡麢C(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，可以很好地解決傳統(tǒng)電量檢測(cè)方式功耗大等相關(guān)問題，又能提醒用戶更換電池，極大地提升了用戶的體驗(yàn)效果。