環(huán)保節能的零靜耗 彩電待機控制器

　　彩電待機控制器電路在有關(guān)電子刊物上偶有介紹，有的也申請了專(zhuān)利。筆者對有關(guān)電子刊物上介紹的、市場(chǎng)上少量出現的種種紅外遙控裝置（包括紅外遙控電子開(kāi)關(guān)、彩電待機節電器等）進(jìn)行分析研究及組裝測試后，發(fā)現都存有較大的靜態(tài)功耗，這主要是因為紅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年初曾設計了一種獨特的紅外遙控接收頭脈動(dòng)式電源供電的方法。利用這種方法又設計出了實(shí)用的節電型紅外遙控開(kāi)關(guān)和節電型彩電待機供電控制器，實(shí)現了微靜態(tài)功耗下的紅外遙控。不過(guò)該裝置多少還存有一定的功耗，更主要的是，對于控制器來(lái)說(shuō)，也不算最安全。為實(shí)現彩電待機的無(wú)功耗和更安全，筆者設計并制作出了一款零靜耗彩電待機控制器。

　　電路特點(diǎn)

　　1.采用超級電容儲電。彩電待機一定時(shí)間后，整個(gè)控制器脫離交流市電，實(shí)現零靜耗遙控待機，控制器中的紅外遙控接收電路由超級電容供電。

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

　　3.紅外線(xiàn)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(xiàn)遙控接收頭輸出的信號經(jīng)過(guò)了積分電路的處理，整個(gè)控制器的抗干擾能力特別強。

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

　　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(jiàn)圖1。

　　圖1 制作好的電路實(shí)物

　　工作原理

　　這個(gè)零靜耗彩電待機控制器的核心是采用了新型綠色儲電元件——超級電容，再通過(guò)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)設計出來(lái)的。電路如圖2所示。

　　超級電容又稱(chēng)法拉電容，特點(diǎn)是容量大、體積小、溫度特性好、壽命長(cháng)、功率密度大、可以大電流充放電，不會(huì )對環(huán)境造成污染。由于其容量很大，對外表現和電池相近，在一些場(chǎng)合可以代替可充電電池，因此也稱(chēng)作電容電池。其充放電過(guò)程始終是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應，正因如此，超級電容可以反復充放電數十萬(wàn)次，使用壽命在30年以上。而一般充電電池只能充放電數百次，壽命短，對環(huán)境污染大。

　　圖2中，按一下常開(kāi)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的復位作用，不論電容C6上原來(lái)是否有電，對應反相器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向超級電容C8充電。剛開(kāi)始的充電電流較大，與VT4的電流放大倍數有很大關(guān)系，考慮到變壓器的負荷，三極管的電流放大系數選擇50~80，對應最大充電電流控制在80~120mA。由于VD10的作用，超級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)三端穩壓器IC1后，在反相器IC3上建立的電壓為5.4V。而由超級電容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(guò)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。

　　當彩電遙控關(guān)機后，其功耗在15W以下，對應電流互感器T2次級輸出的電壓較低，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15s）的延時(shí)后，IC3A輸出低電平，對應K釋放，彩電被切斷電源。此后反相器IC3上的電壓由超級電容和DC/DC變換器提供，負載只是反相器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的超級電容可以持續工作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，對應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，對應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(xiàn)信號作用下也啟動(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的。

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

　　如果過(guò)了超級電容的放電時(shí)間，想要啟動(dòng)彩電時(shí)，只要按一下常開(kāi)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)機的彩電一下就遙控開(kāi)機。

　　圖2 零靜耗彩電待機控制器電路

　　元件選擇

　　超級電容C8選用100F，耐壓為2.7V，也可選擇容量更大的，對應遙控待機時(shí)間可以更長(cháng)。DC/DC變換器IC2選用BL8530，輸出電壓為5.5V，這是一種開(kāi)關(guān)型升壓穩壓芯片，效率可達85%，最低輸入電壓只要0.8V，最大輸出電流達200mA，靜態(tài)電流小于5.5μA。IC1為5V三端穩壓器78M05，輸出電流可達500mA。IC3為CMOS數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銅芯導線(xiàn)或φ1.5漆包線(xiàn)繞5匝即可。

　　IR為一體化紅外線(xiàn)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（GND）和數據輸出（VOUT）。一體化紅外線(xiàn)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，性能穩定、可靠，使用非常方便。圖中紅外線(xiàn)遙控接收頭IR采用的是TSOP1230，1腳為地，2腳為＋5V電源端，3腳為信號輸出端。未接收到紅外線(xiàn)信號時(shí)，3腳輸出4.5V左右高電平。接收到紅外線(xiàn)信號時(shí)，3腳輸出一連串低電平脈沖。實(shí)測，在5V工作電壓下，其工作電流為0.6mA。

　　繼電器K選用JQX-14F，兩組轉換觸點(diǎn)，觸點(diǎn)負荷10A，繞組工作電壓5V，實(shí)測電阻值為40Ω。只要繼電器觸點(diǎn)負荷選取不要太小，就可以勝任各種彩電的開(kāi)關(guān)需求。由于是通過(guò)繼電器兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)進(jìn)行彩電電源控制，彩電遙控關(guān)機后包括整個(gè)待機控制器都脫離交流市電，是一種安全的高標準待機方式。

　　常開(kāi)按鈕SB采用彩電中的電源開(kāi)關(guān)，通過(guò)簡(jiǎn)單改動(dòng)而成。只要把開(kāi)關(guān)中原有的自鎖功能去掉即可，這樣既實(shí)現兩組常開(kāi)功能又保證有足夠的觸點(diǎn)負荷。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，也可選擇穩壓值為3.2V或3.3V的小功率穩壓二極管。剛開(kāi)始通電工作時(shí)，由于超級電容C8上電壓較低，VD10不發(fā)光；C8充電快結束時(shí)，VD10發(fā)光指示。VD15為3.5?4.5V小功率穩壓二極管，起限壓作用，把電流互感器T2次級經(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