本發明涉及智能鎖領域，特別涉及一種智能鎖中內置發電裝置的控制電路及其控制方法。

背景技術：

智能鎖是指區別于傳統機械鎖，在用戶識別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。

目前市場上的智能鎖，都是使用電池作為工作電源。這些智能鎖，用可充電電池的，需要定時充電；用一次性電池的，需要定時更換電池。否則，當電池電量過低，智能鎖就會宕機，無法實現應有的功能，甚至會將用戶“鎖”在門外。嚴重影響了用戶的體驗和對智能鎖產品的信心。

目前，解決智能鎖因電量不足宕機問題的設計方案中，大部分方式是提供備份電源。具體的實現方式，一般是在智能鎖上預留一個可以與外部互聯的接口，例如microUSB接口，或者兩腳的9V電源接口。外部的備份電源連接到此接口上，為智能鎖供電。常采用的備份電源為市面上常見的各類“充電寶”，或者是9V的干電池。

這類解決方案存在以下一種或幾種不足：

1、不容易獲得：“充電寶”和9V干電池都需要去專門的電子市場購買。

2、用戶需隨身攜帶。如果用戶沒有攜帶，只有供電接口，解決不了問題。

3、電源電壓匹配問題。9V干電池作為供電電源，一般需要在智能鎖內部引入一級電源轉換器，轉換成智能鎖可接受的電壓范圍。

4、安全性問題。暴露在外的供電接口，如果防護措施沒有做好，很容易成為不法分子破壞智能鎖的“后門”。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種智能鎖中內置發電裝置的控制電路，不需要智能鎖之外的任何電源，能夠從電能轉換裝置獲取電能，并存儲；能夠自動判斷何時電能已經搜集和存儲完成，并在完成時，自動向后續負載供電；且在供電電壓跌落出后續負載的正常工作電壓范圍外之前，自動切斷供電。

本發明實施例提供的智能鎖中內置發電裝置的控制電路，其特征在于，包括：儲能元件A，分壓網絡B，分壓網絡C，控制開關組D，分壓網絡E以及單向控制F，其中：儲能元件A，用于接收所述內置發電裝置的輸出電壓，并將該電壓存儲；分壓網絡B、分壓網絡C、以及分壓網絡E，用于對所述儲能元件A輸出的電壓和向負載提供的輸出電壓VOUT進行分壓，以控制所述控制開關組D導通或截止；控制開關組D，用于控制所述內置發電裝置向負載提供輸出電壓VOUT，當該控制開關組D處于導通狀態時，所述內置發電裝置為所述負載供電；當該控制開關組D處于截止狀態時，所述內置發電裝置停止向所述負載供電；單向控制F，與所述分壓網絡E串聯連接，用于控制所述控制電路中分壓網絡E支路電流的單向導通。

較佳地，該控制電路還包括：輔助單元，所述輔助單元用于在其所處的電路支路中完成限流、分壓或整形。

較佳地，所述儲能元件A包括一個或多個電容。

較佳地，所述分壓網絡B、C、E至少包括電阻、電容或二極管其中的一種。

較佳地，所述單向控制F的一端連接所述輸出電壓VOUT，另一端與所述分壓網絡E的一端串聯連接，所述分壓網絡E的另一端連接所述控制開關組D的輸入端。

較佳地，所述單向導通為從所述輸出電壓VOUT端到所述分壓網絡E的方向導通。

較佳地，所述負載為智能鎖功能電路。

該控制電路的控制方法包括如下步驟：1）、儲能元件A從內置發電裝置的輸出電壓獲取電能并存儲；2）、隨著儲能元件A內部電能的累積，通過分壓網絡B和分壓網絡C將電壓施加到控制開關組D的控制端，當該電壓大于第一閾值時，控制開關組D處于導通狀態，所述儲能元件A向所述輸出電壓VOUT端供電；3）、當所述控制開關組D導通后，分壓網絡E和單向控制F形成的反饋通路將所述輸出電壓VOUT反饋，使得施加到控制開關組D控制端的電壓進一步拉高，從而使所述儲能元件A持續為負載供電；4）、隨著儲能元件A內部電能的逐漸減少，通過分壓網絡B、分壓網絡C和分壓網絡E提供給控制開關組D控制端的電壓也會逐漸降低，當該電壓小于所述第一閾值時，控制開關組D處于截止狀態，所述儲能元件A停止為所述負載供電。

與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：

第一、不需要智能鎖之外的任何電源以及其它電氣部件參與，免除了用戶需隨身攜帶備用電源的煩惱。

第二、通過設置參數，此內置發電裝置與該控制電路的結合可與智能鎖的電池電源實現兼容，可省去電源電壓轉換器件的成本。

第三、智能鎖不需要對外留出電源接口，減少了不法分子破壞智能鎖的可乘之機。

附圖說明

圖1是本發明第一實施例控制電路的拓撲結構圖；

圖2是本發明第一實施例控制電路的連接結構圖；

圖3是本發明第一實施例控制電路的電壓波形圖；

圖4是本發明第二實施例控制電路的拓撲結構圖；

附圖標記：附圖3中的標記說明，1—電容C1兩端的電壓、2—向負載提供的輸出電壓VOUT端的電壓、3—晶體管M1的柵極電壓。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明中涉及的“內置發電裝置”是指可集成在智能鎖上的電源轉換系統，例如手搖機械發電機，或者其它形式的電能轉換裝置。

實施例一：

參見附圖1，該實施例涉及的控制電路，包括：儲能元件A，分壓網絡B，分壓網絡C，控制開關組D，分壓網絡E以及單向控制F。

其中儲能元件A具有電壓輸入端VIN，用于接收所述內置發電裝置的輸出電壓，并將該電壓存儲；分壓網絡B的一端連接所述電壓輸入端VIN，另一端連接分壓網絡C的一端，用于對儲能元件A輸出的電壓進行分壓；分壓網絡C的另一端直接接地；同時，分壓網絡C的所述一端連接控制開關組D的輸入端，提供電壓以控制所述控制開關組D導通或截止；所述控制開關組D，用于控制所述內置發電裝置向負載提供輸出電壓VOUT，當該控制開關組D處于導通狀態時，所述內置發電裝置為所述負載供電；當該控制開關組D處于截止狀態時，所述內置發電裝置停止向所述負載供電；單向控制F的一端連接所述輸出電壓VOUT，另一端與所述分壓網絡E的一端串聯連接，所述分壓網絡E的另一端連接所述控制開關組D的輸入端，單向控制F和分壓網絡E形成了所述控制電路的反饋分支，將所述輸出電壓VOUT反饋到所述控制開關組D的輸入端，同時也阻止電流從所述電壓輸入端VIN流向所述輸出電壓VOUT端。

相應于上述控制電路，其控制方法包括如下步驟：1）、儲能元件A從內置發電裝置的輸出電壓獲取電能并存儲；2）、隨著儲能元件A內部電能的累積，通過分壓網絡C施加到控制開關組D的電壓升高，當該電壓大于第一閾值時，控制開關組D處于導通狀態，所述儲能元件A與所述輸出電壓VOUT端處于連接狀態；3）、同時，分壓網絡E和單向控制F形成的反饋通路將所述輸出電壓VOUT反饋，使得施加到控制開關組D的電壓進一步拉高，確保所述儲能元件A持續為所述負載供電；4）、隨著儲能元件A內部電能的逐漸減少，通過分壓網絡C和分壓網絡E提供給控制開關組D的電壓也會逐漸降低，當該電壓小于所述第一閾值時，控制開關組D處于截止狀態，所述儲能元件A與所述輸出電壓VOUT端處于截止狀態，所述儲能元件A停止為所述負載供電。

參見附圖2，本發明第一實施例涉及的控制電路中的儲能元件A優選為電容C1，分壓網絡B優選為電阻R1，分壓網絡C優選為電阻R2，控制開關組D優選為由NMOS管M1、PMOS管M2以及電阻R4組成的電路形成，分壓網絡E優選為電阻R3，單向控制F優選為二極管D1，優選地，圖中的VIN網絡接智能鎖上內置發電裝置的輸出，VOUT網絡連接智能鎖功能電路。

附圖2中涉及的電路的工作流程如下：電容C1從內置發電裝置獲取電能，并儲存。當電容C1中沒有儲存電能時，C1的兩個電極之間電壓為0V；當內置發電裝置開始輸出電能，電容C1開始獲取并存儲，其兩個電極之間電壓開始正向增長，并隨著電容內部電能的累積，兩個電極之間電壓也逐漸升高。NMOS管M1、PMOS管M2以及電阻R4組成的電路構成開關組，開關組的“導通”和“截止”狀態由NMOS管M1的柵極電壓控制，當NMOS管M1的柵極電壓（記為Vg1）大于NMOS管M1固有的開啟電壓（記為Vg1(th)）時，NMOS管M1處于“導通”狀態。由于NMOS管M1“導通”，PMOS管M2的柵極被下拉到地電平，使得PMOS管M2也處于“導通”狀態，這樣使得VIN網絡與VOUT網絡處于連接狀態，VIN端所連接的內置發電裝置可為VOUT端所連接的智能鎖功能電路供電，此時開關組整體處于“導通”狀態；當NMOS管M1的柵極電壓Vg1小于NMOS管M1固有的開啟電壓Vg1(th)時，NMOS管M1“截止”，由于NMOS管M1“截止”，PMOS管M2的柵極通過電阻R4被上拉到與PMOS管M2的源極同樣的電位，使得PMOS管M2也處于“截止”狀態，這時VIN網絡與VOUT網絡之間的連接被切斷，VIN端所連接的內置發電裝置無法為VOUT端所連接的智能鎖功能電路供電，此時開關組整體處于“截止”狀態。

由此可見，該控制電路能夠自動判斷何時電能已經搜集和存儲完成，并在完成時，自動向智能鎖功能電路供電。供電過程中，在供電電壓跌落出智能鎖功能電路的正常工作電壓范圍外之前，自動切斷供電。

附圖2中電阻R1，R2，R3是三個提供分壓功能的電阻。二極管D1主要是用于控制電流的單向流動。這四個電子器件，決定了開關組“導通”和“截止”的時機。具體描述如下：

當電容C1中沒有電能時，電容C1對地的電壓Vc=0V，NMOS管M1的柵極電壓Vg1由所述電壓Vc經電阻R1和R2分壓得到，此時該柵極電壓Vg1=0V，且該柵極電壓Vg1<NMOS管M1固有的開啟電壓Vg1(th) ，開關組處于“截止”狀態。電容C1處于采集和儲存電能的階段，隨著內置發電裝置輸出電能，電容C1存儲電能，電壓Vc升高，所述柵極電壓Vg1也隨之按比例升高；當所述柵極電壓Vg1升高至所述開啟電壓Vg1(th)時，開關組由“截止”轉到“導通”狀態，電容C1開始向智能鎖功能電路供電，此時刻所述電壓Vc 的值記為Vc(th1)。當開關模塊剛“導通”時，VOUT端的電壓（約等于所述電壓Vc）通過由電阻R3和二極管D1構成的正反饋通路后，立即將所述柵極電壓Vg1拉升到遠大于所述開啟電壓Vg1(th)的電壓，確保了電容C1可持續為智能鎖功能電路供電。

二極管D1的單向導電性，可確保電容C1的電壓Vc在升高至所述Vc(th1)之前，電容C1不會通過由電阻R1、R3、以及二極管D1組成的這條通路向智能鎖功能電路供電；同時，由于電路中存在由電阻R3和二極管D1構成的正反饋通路，使得當電容C1的電壓Vc剛開始降低時，所述柵極電壓Vg1也不會隨著立刻降低到小于所述開啟電壓Vg1(th)，開關模塊不會立刻“切斷”，進而能夠確保電容C1持續為智能鎖功能電路供電。

若此后內置發電裝置沒有繼續輸出電能，或者內置發電裝置的發電功率小于智能鎖功能電路的功率，則電容C1中的電能會逐漸減少，其兩端的電壓Vc也會逐漸降低，隨著該電壓Vc的降低，所述柵極電壓Vg1也隨之按一定比例降低，最后，當該柵極電壓Vg1降低到小于所述開啟電壓Vg1(th)時，開關模塊“截止”，電容C1停止供電，此時刻其兩端的電壓Vc的值記為Vc(th2) 。

以上只是例舉，儲能元件A不限于單個電容，可以由一個或多個電容組成，也可以由本領域技術人員熟知的其它具有存能功能的元件組成；三個分壓網絡B、C、E，每個都是由一個或多個電子元器件構成的具有分壓功能的模塊，此處的電子元器件包括但不限于電阻、電容、二極管等；單向控制F不僅僅限于二極管，可以是由一個或多個電子元器件構成的具有單向導電特性的模塊；控制開關組D也不僅僅限于附圖2中所示的電路，可以是由一個或多個電子元器件構成的、可控制的、具有“開關”功能的模塊，此處的電子元器件包括但不限于電阻，電容，電感，二極管，MOS管，晶體管，電子管，光電耦合器，電磁繼電器等。

參見附圖3，用示波器實際測量的上述控制電路中各電壓的波形。其中CH1通道（附圖標記為1）表示電容C1兩端電壓的波形，CH2通道（附圖標記為2）表示向負載提供輸出電壓VOUT端的電壓的波形，CH3通道（附圖標記為3）表示晶體管M1的柵極電壓的波形。

從附圖3波形圖中可以看出，從A時刻到B時刻之間，控制開關組處于“截止”狀態，電容C1處于儲存電能階段，其兩端的電壓Vc逐步升高，NMOS管M1的柵極電壓Vg1也隨之升高，VOUT網絡電壓始終為0V。在B時刻，所述柵極電壓Vg1升高到NMOS管M1固有的開啟電壓Vg1(th)，控制開關組“導通”，VOUT端電壓升高至約等于電壓Vc；同時，VOUT端電壓通過由電阻R3和二極管D1構成的正反饋通路將所述柵極電壓Vg1瞬間拉升到比較高的電壓，從而確保電容C1持續為智能鎖功能電路供電。

B時刻到C時刻之間，電容C1存儲電能減少，其兩端的電壓Vc降低，所述柵極電壓Vg1也隨之降低；在C時刻，所述柵極電壓Vg1降低到所述開啟電壓Vg1(th)，控制開關組“截止”，此時所述柵極電壓Vg1 重新由電阻R1和R2分壓得到（控制開關組“導通”時由電阻R1、R2和R3分壓得到），故有一個瞬間跌落的過程，VOUT端的電壓此后逐漸降低至0V。

實施例二：

參見附圖4，該實施例涉及的控制電路，包括：儲能元件A，分壓網絡B，分壓網絡C，控制開關組D，分壓網絡E、單向控制F以及一些輔助單元。

相比于第一實施例，該控制電路中增加了一些輔助單元，具體為：在所述電壓輸入端VIN和所述控制開關組D的輸入端之間增加所述輔助單元；在分壓網絡E的一端和所述控制開關組D的輸入端之間增加所述輔助單元；在單向控制F的一端和所述輸出電壓VOUT端之間增加所述輔助單元；在所述控制開關組D的輸出端和所述輸出電壓VOUT端之間增加所述輔助單元。

該些輔助單元為電路的可增加項，每個都是可選的，每個都是由一個或多個電子元器件構成的模塊，這些輔助單元用于在其所處的電路支路中完成限流、分壓、整形以及其它優化功能，但是其功能包括但不限于優化，調整等功能。

本發明至少具有以下有益的技術效果：

1、控制電路是從內置發電裝置獲取電能，完成所有的功能，不需要額外的電源提供電能。通過選取合適的參數，可使該控制電路的功耗極低，從而保證從內置發電裝置發出的電能幾乎都用于驅動智能鎖功能電路，提高電路運行效率。

2、由于該控制電路是先采集和儲存電能，等儲存足夠的電能后，才開始為智能鎖功能電路供電，這樣的工作模式使得對內置發電裝置的發電功率沒有太多限制，即使內置發電裝置的發電功率小于智能鎖功能電路的額定功率，也可以實現由內置發電裝置為智能鎖功能電路供電。

3、當開關組“導通”和“截止”時，電容C1兩端的電壓 Vc(th1)和Vc(th2)并不相同，且Vc(th1)> Vc(th2)，通過電阻R1，R2，R3和二極管D1的參數的適當選取，可改變所述Vc(th1)和Vc(th2)的值，進而控制電容C1中存儲的能量；并且通過控制Vc(th2)的值大于智能鎖功能電路的額定工作電壓，可使所述智能鎖功能電路可靠斷電，進而避免由于供電電壓進入其臨界工作電壓區間觸發不穩定的工作狀態導致的不可控情況的發生。

盡管己描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。