環(huán)保節(jié)能的零靜耗 彩電待機(jī)控制器

　　彩電待機(jī)控制器電路在有關(guān)電子刊物上偶有介紹，有的也申請(qǐng)了專利。筆者對(duì)有關(guān)電子刊物上介紹的、市場(chǎng)上少量出現(xiàn)的種種紅外遙控裝置（包括紅外遙控電子開關(guān)、彩電待機(jī)節(jié)電器等）進(jìn)行分析研究及組裝測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)都存有較大的靜態(tài)功耗，這主要是因?yàn)榧t外遙控接收頭正常工作時(shí)需要一定的工作電流。

　　如何在確保紅外遙控接收頭正常工作的前提下，降低其工作電流呢？筆者在2008年初曾設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的紅外遙控接收頭脈動(dòng)式電源供電的方法。利用這種方法又設(shè)計(jì)出了實(shí)用的節(jié)電型紅外遙控開關(guān)和節(jié)電型彩電待機(jī)供電控制器，實(shí)現(xiàn)了微靜態(tài)功耗下的紅外遙控。不過該裝置多少還存有一定的功耗，更主要的是，對(duì)于控制器來說，也不算最安全。為實(shí)現(xiàn)彩電待機(jī)的無(wú)功耗和更安全，筆者設(shè)計(jì)并制作出了一款零靜耗彩電待機(jī)控制器。

　　電路特點(diǎn)

　　1.采用超級(jí)電容儲(chǔ)電。彩電待機(jī)一定時(shí)間后，整個(gè)控制器脫離交流市電，實(shí)現(xiàn)零靜耗遙控待機(jī)，控制器中的紅外遙控接收電路由超級(jí)電容供電。

　　2.采用雙組觸點(diǎn)繼電器進(jìn)行安全控制。彩電遙控關(guān)機(jī)后脫離交流市電，是一種安全的高標(biāo)準(zhǔn)待機(jī)方式，彩電不必長(zhǎng)期暴露在交流電源環(huán)境中，不會(huì)受到電力網(wǎng)參數(shù)波動(dòng)以及雷電的影響。

　　3.紅外線遙控接收頭采用脈動(dòng)式電源供電，這樣可以大大降低其工作電流。

　　4.紅外線遙控接收頭輸出的信號(hào)經(jīng)過了積分電路的處理，整個(gè)控制器的抗干擾能力特別強(qiáng)。

　　5.采用了DC/DC變換技術(shù)，充分發(fā)揮超級(jí)電容的放電能力。

　　6.繼電器繞組中串接阻容以降低繼電器吸合后的工作電流。

　　電路實(shí)物見圖1。

　　圖1 制作好的電路實(shí)物

　　工作原理

　　這個(gè)零靜耗彩電待機(jī)控制器的核心是采用了新型綠色儲(chǔ)電元件——超級(jí)電容，再通過DC/DC變換技術(shù)，加上紅外遙控接收頭脈動(dòng)式電源供電技術(shù)設(shè)計(jì)出來的。電路如圖2所示。

　　超級(jí)電容又稱法拉電容，特點(diǎn)是容量大、體積小、溫度特性好、壽命長(zhǎng)、功率密度大、可以大電流充放電，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。由于其容量很大，對(duì)外表現(xiàn)和電池相近，在一些場(chǎng)合可以代替可充電電池，因此也稱作電容電池。其充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，正因如此，超級(jí)電容可以反復(fù)充放電數(shù)十萬(wàn)次，使用壽命在30年以上。而一般充電電池只能充放電數(shù)百次，壽命短，對(duì)環(huán)境污染大。

　　圖2中，按一下常開按鈕SB后，220V交流市電送給插座CZ的同時(shí)加到變壓器T1上，經(jīng)降壓、整流、濾波后得到所需的直流電源。

　　由于電容C5、三極管VT3的復(fù)位作用，不論電容C6上原來是否有電，對(duì)應(yīng)反相器IC3A一定輸出高電平，繼電器K得電吸合，彩電由繼電器觸點(diǎn)供電。此時(shí)，如果插在插座CZ上的彩電正常收看，其功耗在40W以上，與插座串聯(lián)的電流互感器T2次級(jí)輸出一個(gè)較高的電壓，反相器IC3C輸出低電平，使繼電器K一直保持吸合。在此期間，直流電經(jīng)三極管V4向超級(jí)電容C8充電。剛開始的充電電流較大，與VT4的電流放大倍數(shù)有很大關(guān)系，考慮到變壓器的負(fù)荷，三極管的電流放大系數(shù)選擇50~80，對(duì)應(yīng)最大充電電流控制在80~120mA。由于VD10的作用，超級(jí)電容上的最高電壓只能充到2.5V。

　　由于VD6為普通硅二極管，VD7為肖特基二極管，因此經(jīng)三端穩(wěn)壓器IC1后，在反相器IC3上建立的電壓為5.4V。而由超級(jí)電容C8、DC/DC變換器IC2變壓，經(jīng)肖特基二極管VD11后，只能向反相器IC3提供5.2V電壓，因此平時(shí)繼電器的吸合是由三端穩(wěn)壓器提供的電流。由于繼電器繞組電路中串接了一個(gè)電阻R2，R2兩端并聯(lián)了一個(gè)電容C4，繼電器吸合時(shí)通過C4的作用能夠可靠動(dòng)作，繼電器吸合后，R2的接入使電流大大下降。

　　當(dāng)彩電遙控關(guān)機(jī)后，其功耗在15W以下，對(duì)應(yīng)電流互感器T2次級(jí)輸出的電壓較低，反相器IC3C輸出高電平，經(jīng)電阻R8和電容C6一段時(shí)間（實(shí)測(cè)15s）的延時(shí)后，IC3A輸出低電平，對(duì)應(yīng)K釋放，彩電被切斷電源。此后反相器IC3上的電壓由超級(jí)電容和DC/DC變換器提供，負(fù)載只是反相器IC3和紅外接收頭IR。由于IR本身工作電流就很小，再加上采用脈動(dòng)式供電，因此一個(gè)100F的超級(jí)電容可以持續(xù)工作30多個(gè)小時(shí)。這期間只要按一下彩電遙控器上的電源啟動(dòng)按鈕，對(duì)應(yīng)IR第3腳輸出一連串低電平脈沖，經(jīng)VD16、VD17作用，加到C10兩端，很快C10上會(huì)得到高電平，對(duì)應(yīng)IC3B輸出低電平，IC3A輸出高電平，K吸合，彩電得電，并且隨即在遙控器發(fā)出的紅外線信號(hào)作用下也啟動(dòng)。由于R9、C10的積分作用，IR的第3腳輸出的一兩個(gè)干擾脈沖，或干擾脈沖雖然很多但不是密集的，都不會(huì)造成電路誤動(dòng)作，因此其抗干擾能力是很強(qiáng)的。

　　若彩電不是被遙控關(guān)機(jī)，而是被直接切斷電源開關(guān)，十幾秒鐘后K同樣釋放，整個(gè)控制器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

　　如果過了超級(jí)電容的放電時(shí)間，想要啟動(dòng)彩電時(shí)，只要按一下常開按鈕SB即可。

　　使用時(shí)，把此控制器放在彩電有遙控接收窗的一邊，這樣只要按一下遙控器的電源啟動(dòng)鍵，此控制器動(dòng)作后，幾乎同時(shí)彩電也動(dòng)作，可以讓原先處于遙控關(guān)機(jī)的彩電一下就遙控開機(jī)。

　　圖2 零靜耗彩電待機(jī)控制器電路

　　元件選擇

　　超級(jí)電容C8選用100F，耐壓為2.7V，也可選擇容量更大的，對(duì)應(yīng)遙控待機(jī)時(shí)間可以更長(zhǎng)。DC/DC變換器IC2選用BL8530，輸出電壓為5.5V，這是一種開關(guān)型升壓穩(wěn)壓芯片，效率可達(dá)85%，最低輸入電壓只要0.8V，最大輸出電流達(dá)200mA，靜態(tài)電流小于5.5μA。IC1為5V三端穩(wěn)壓器78M05，輸出電流可達(dá)500mA。IC3為CMOS數(shù)字集成電路六反相器CD4069。變壓器T1選用小型的3W/7.5V。電流互感器T2采用DZ L18-20漏電保護(hù)器（20A，220V/50Hz，額定漏電動(dòng)作電流30mA）中的電流互感器，去掉兩組初級(jí)繞組（每組只有2匝），另外采用照明電路中使用的φ1.5銅芯導(dǎo)線或φ1.5漆包線繞5匝即可。

　　IR為一體化紅外線遙控接收頭，采用的是塑料封裝，有3只引腳，即電源正（VDD）、電源負(fù)（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VOUT）。一體化紅外線遙控接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠，使用非常方便。圖中紅外線遙控接收頭IR采用的是TSOP1230，1腳為地，2腳為＋5V電源端，3腳為信號(hào)輸出端。未接收到紅外線信號(hào)時(shí)，3腳輸出4.5V左右高電平。接收到紅外線信號(hào)時(shí)，3腳輸出一連串低電平脈沖。實(shí)測(cè)，在5V工作電壓下，其工作電流為0.6mA。

　　繼電器K選用JQX-14F，兩組轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)，觸點(diǎn)負(fù)荷10A，繞組工作電壓5V，實(shí)測(cè)電阻值為40Ω。只要繼電器觸點(diǎn)負(fù)荷選取不要太小，就可以勝任各種彩電的開關(guān)需求。由于是通過繼電器兩個(gè)常開觸點(diǎn)進(jìn)行彩電電源控制，彩電遙控關(guān)機(jī)后包括整個(gè)待機(jī)控制器都脫離交流市電，是一種安全的高標(biāo)準(zhǔn)待機(jī)方式。

　　常開按鈕SB采用彩電中的電源開關(guān)，通過簡(jiǎn)單改動(dòng)而成。只要把開關(guān)中原有的自鎖功能去掉即可，這樣既實(shí)現(xiàn)兩組常開功能又保證有足夠的觸點(diǎn)負(fù)荷。電源變壓器T1功率有2W就夠了，由于所采用的排插有足夠的空間，這里采用了3W。

　　三極管VT1、VT4選用2SC1008，其集電極最大電流為700mA，集電極最大功耗為700mW。VT2、VT3、VT5均為9013三極管。

　　VD1～VD4采用1N4007，VD6、VD8采用1N4001，VD5、VD12、VD13、VD16、VD17二極管均采用1N4148。VD7、VD11、VD14均為肖特基二極管1N5819，肖特基二極管的主要特點(diǎn)是正向壓降只有0.3V。VD9為普通發(fā)光二極管，起電源指示作用。VD10選擇正向壓降為3.2V的φ5高亮度發(fā)光二極管，也可選擇穩(wěn)壓值為3.2V或3.3V的小功率穩(wěn)壓二極管。剛開始通電工作時(shí)，由于超級(jí)電容C8上電壓較低，VD10不發(fā)光；C8充電快結(jié)束時(shí)，VD10發(fā)光指示。VD15為3.5?4.5V小功率穩(wěn)壓二極管，起限壓作用，把電流互感器T2次級(jí)經(jīng)整流、濾波后的電壓限制在3.5?4.5V。R1～R12電阻阻值分別為27kΩ、20Ω、2kΩ、20kΩ、10kΩ、22kΩ、2kΩ、2MΩ、390kΩ、100kΩ、330kΩ、100kΩ，除了R2功率為1/4W外，其余功率均為1/16W。C1～C4分別為10μF、1000μF、220μF、470μF/16V電解，C5、C10、C12為4