CN101256394A - 一种准零功耗的待机控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种准零功耗的待机控制装置，属于用电器待机控制装置领域。它公开了超级电容的正极与信号接收电路、单片机的(13)脚相连，超级电容的正极通过电阻R7与光耦可控硅控制端的阳极相连，光耦可控硅受控端的阴极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端也即是用电器的连接端之间，电磁继电器的常开触点与按钮AN1并联，光耦可控硅受控端的阳极与电阻R2和电容C2的并联电路相连。本发明的优点是能使用电器无论待机多长时间也能正常恢复使用，并把电器待机电路的能耗总平均值降到远小于1瓦，大大降低电器的待机能耗，而且能有效杜绝电器设备因长期暴露于交流电环境中存在的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种电器待机控制装置，特别是一种准零功耗的待机控制装置。
背景技术
现有的电器在使用过程中，为了实现遥控开关、持续数字显示、网络唤醒、定时开关等各种待机功能，几乎都要消耗电源。这样就给电器增加了一项额外能耗-待机能耗。电器在待机状态因为长时间通电白白浪费了大量能源，它与电器在使用过程中产生的有效能耗不同，待机能耗基本上是一种能源浪费，其中，新电脑的待机功耗大约是4～5瓦，普通电视的待机功耗大约是7瓦，老旧电器的待机功耗更大，最大的待机功耗可以达到30W。在能源状况日益恶化的当今社会，降低待机能耗成为了目前亟待解决的一个重大课题。另外，待机状态下的电器通常无人值守，开关电源结构脆弱，电器本身只能提供简单的保护结构以及开放的运行环境等都使长期暴露在交流电源环境中的电器更加容易受到伤害，在电器绝缘老化、电力网参数波动时，就可能危及待机设备的安全。这实际上是电器制造商刻意回避但是又无可奈何的问题。
目前，追求低的待机能耗与更高的待机安全性能成为了众多科研机构和电器生产商努力研究和探讨的重要课题之一。但是，主流研究思路呈现的一个明显事实是：所有这些研究都只能使待机能耗有所降低，因为不可能消灭开关变压器的损耗，不可能消除半导体器件的导通损耗，不可能消灭半导体器件的开关损耗等等。
发明内容
本发明的目的是提供一种准零功耗的待机控制装置，该装置能在用电器处于待机状态时给超级电容充电，保证用电器无论待机多长时间也能正常使用，并把电器待机电路的能耗总平均值降到远小于1瓦水平，大大降低各种电器的待机能耗，而且能有效杜绝电器设备因长期暴露于交流电环境中存在的安全隐患。
本发明采用的技术解决方案是包括信号接收电路、单片机、电磁继电器、光耦可控硅、超级电容、变压器和装置电源电路，其特征是信号接收电路的输出端与单片机IC的输入端17脚相连，信号接收电路与单片机IC的13脚、超级电容C1的正极相连；
单片机IC的输出端15脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器REL1的线包相连，三极管Q1的发射极接地，单片机IC的13脚与超级电容C1的正极相连，单片机IC的7脚与电容C4相连，电阻R5和电容C4并联后与电阻R4串联，电阻R4与由单片机控制的电磁继电器REL1的线包相连，单片机IC的3脚与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阴极相连；
超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机IC的13脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3与桥式整流电路D1的直流输出端正极2相连；
由单片机控制的光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阴极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端ACO也即是用电器的连接端之间，电磁继电器REL1的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，电阻R1和电容C3的并联电路与电阻R2和电容C2的并联电路相连，也与变压器T1的初级线圈一端相连，变压器T1的初级线圈另一端与交流市电相连，光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阳极与电阻R2和电容C2的并联电路相连；
变压器T1的次级线圈一端与桥式整流电路D1的交流输入端1相连，变压器T1的次级线圈另一端与桥式整流电路D1的交流输入端3相连，桥式整流电路D1的直流输出端2与电阻R3相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端4接地。
本发明采用的另一个技术解决方案是包括信号接收电路、单片机、电磁继电器、光耦可控硅、超级电容、装置电源电路和电压检测电路，其特征是：
信号接收电路的输出端与单片机IC的输入端17脚相连，信号接收电路与单片机IC的13脚、超级电容C1的正极相连；
单片机IC的输出端15脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器REL1的线包一端相连，三极管Q1的发射极接地，由单片机控制的电磁继电器REL1的线包另一端与电阻R8相连，单片机IC的13脚与超级电容C1的正极相连，单片机IC的7脚与光耦可控硅控制端阴极相连，单片机IC的7脚还与电阻R9、电阻R8和电压比较器U1A的输出端2相连，电阻R9一端与电压比较器U1A的输出端2相连，另一端与电压比较器U1A的同向输入端5相连；电阻R8一端与电阻R9、电压比较器U1A的输出端2相连，另一端与电压比较器U1A的直流偏置电压正极3、电阻R7、电阻R3和电磁继电器REL1的线包和超级电容C1的正极相连，电阻R7与二极管U3的3脚相连，电阻R4与电阻R7、电压比较器U1A的同向输入端5、电阻R5和电容C4相连，二极管U3的2脚与电压比较器U1A的直流偏置电压负极12、电压比较器U1A的反相输入端4、电阻R5和电容C4相连，电阻R5和电容C4并联，二极管U3的阳极2、电压比较器U1A的直流偏置电压负极12、电阻R5和电容C4接地；
超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机IC的13脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3分别与桥式整流电路D1、桥式整流电路D2的直流输出端正极相连；
由单片机控制的光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阳极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端ACO也即是用电器的连接端之间，电磁继电器REL1的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，电阻R1和电容C3的并联电路再与桥式整流电路D1的交流输入端1相连，桥式整流电路D1的直流输出端2与电阻R3和桥式整流电路D2的直流输出端2相连，桥式整流电路D1的另一交流输入端3分别与交流市电、桥式整流电路D2的交流输入端1相连，桥式整流电路D2的另一交流输入端3与电阻R2和电容C2的并联电路相连以后再与光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阴极相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端4和桥式整流电路D2的另一直流输出端4接地。
本发明的工作原理是用电器使用时，电磁继电器的常开触点闭合，交流市电给超级电容充电；用电器待机时，由超级电容向信号接收电路和单片机供电，这样超级电容两端的电压就会逐渐降低。在用电器待机时，它会定时读取超级电容两端的电压，当检测到的电压低于设定值时，指令开通光耦可控硅，从而导通超级电容和装置电源电路的充电回路。当超级电容两端的电压充至高于设定值时，则关断光耦可控硅，停止给超级电容充电，整个电路回到不消耗交流市电电能的状态，待机电路的信号接收电路和单片机继续由超级电容供电，实现其正常使用的功能。电磁继电器和光耦可控硅均由单片机控制。按钮AN1起到如下的二个功能：
1、如果交流市电出现异常且长时间断电时，无法给超级电容C1充电导致其上的电能耗尽，此时按下按钮AN1可实现“一键恢复”充电。
2、电路首次启用的时候，按下按钮AN1给整个电路上电。
本发明的优点是能在用电器处于待机状态时给超级电容充电，保证用电器无论待机多长时间也能正常使用，并且把电器待机电路的能耗降到远小于1瓦水平，大大降低各种电器的待机能耗，而且能有效杜绝电器设备因长期暴露于交流电环境中存在的安全隐患。
附图说明
图1为本发明的构造示意图。
图2为本发明的又一构造示意图。
具体实施方式
实施例1
根据图1所示，本发明包括信号接收电路、单片机LCH071047、电磁继电器MK-3P、光耦可控硅MOC3041、超级电容C1、变压器L521605A和装置电源电路，信号接收电路的输出端与单片机LCH071047的输入端17脚相连，信号接收电路与单片机LCH071047的13脚、超级电容C1的正极相连；单片机LCH071047的输出端15脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器MK-3P的线包相连，三极管Q1的发射极接地，单片机LCH071047的13脚与超级电容C1的正极相连，单片机LCH071047的7脚与电容C4相连，电阻R5和电容C4并联后与电阻R4串联，电阻R4与电磁继电器MK-3P的线包相连，单片机LCH071047的3脚与光耦可控硅MOC3041控制端的阴极相连；超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机LCH071047的13脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅MOC3041控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3与桥式整流电路D1的直流输出端正极2相连；光耦可控硅MOC3041受控端的阴极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端ACO也即是用电器的连接端之间，电磁继电器MK-3P的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，电阻R1和电容C3的并联电路与电阻R2和电容C2的并联电路相连，也与变压器L521605A的初级线圈一端相连，变压器L521605A的初级线圈另一端与交流市电相连，光耦可控硅MOC3041受控端的阳极与电阻R2和电容C2的并联电路相连；变压器L521605A的次级线圈一端与桥式整流电路D1的交流输入端1相连，变压器L521605A的次级线圈另一端与桥式整流电路D1的交流输入端3相连，桥式整流电路D1的直流输出端2与电阻R3相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端4接地。
在本实施例中，单片机LCH071047内集成了电压检测的功能。当用电器处于待机状态时，电磁继电器MK-3P的常开触点REL1K断开，用电器得不到电，超级电容C1也未从电源处取到电，由于超级电容C1会把它原来储存的电荷释放给单片机LCH071047和信号接收电路以保证用电器的正常使用，这样其两端的电压就会逐渐降低。单片机LCH071047每10秒读取一次超级电容C1两端的电压。当超级电容C1上的电压低于3.2V时，单片机LCH071047内部的数/模电路读到的数值就会低于设定值3.2V，单片机LCH071047就会给光耦可控硅MOC3041“开通”信号，使得220V的交流电通过电阻R4、电容C2、桥式整流电路D1和电阻R1给超级电容C1充电。而当超级电容C1两端电压充到高于5.5V后，单片机LCH071047内部的数/模电路读到的电压数值就会高于设定值5.5V，单片机就“关断”光耦可控硅，停止充电过程，整个电路回到不消耗电源的电能状态。稳压管D3起到限制超级电容C1的电压不超过其允许值5.5伏的作用。
单片机的电压检测程序为：
1、用电器处于正常工作状态：引脚3给出低电平“0”，使得电磁继电器REL1的常开触点REL1K闭合，超级电容C1充满电，单片机LCH071047只关心接收信号接收电路能否接到正确的信号。如收到正确的“关机”信号，则引脚3给出高电平“1”，关断三极管Q1，以断开电磁继电器REL1，使得用电器与交流电源部分断开。
2、用电器处于待机状态：当检测到超级电容C1上的电压低于3.2V后，引脚7给出低电平“0”，开通光耦可控硅MOC3041，给超级电容C1充电，当检测到超级电容C1上的电压高于5.5V后引脚7给出高电平“1”，关断光耦可控硅MOC3041，停止给超级电容C1充电；如收到正确的“开机”信号，则引脚3给出低电平“0”，接通三极管Q1，以接通继电器REL1使得用电器能得到电源的供电。
在本实施例中还使用了变压器L521605A，使整个电路的安全性能得到了进一步的提高。
实施例2
根据图2所示，本发明包括信号接收电路、单片机LCH071047、电磁继电器MK-3P、光耦可控硅MOC3041、超级电容C1、装置电源电路和电压检测电路，信号接收电路的输出端与单片机LCH071047的输入端17脚相连，信号接收电路与单片机LCH071047的13脚、超级电容C1的正极相连；单片机LCH071047的输出端15脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器MK-3P的线包一端相连，三极管Q1的发射极接地，电磁继电器MK-3P的线包另一端与电阻R8相连，单片机LCH071047的13脚与超级电容C1的正极相连，单片机LCH071047的7脚与光耦可控硅MOC3041控制端阴极相连，单片机LCH071047的7脚还与电阻R9、电阻R8和电压比较器LM139的输出端2相连，电阻R9一端与电压比较器LM139的输出端2相连，另一端与电压比较器LM139的同向输入端5相连；电阻R8一端与电阻R9、电压比较器LM139的输出端2相连，另一端与电压比较器LM139的直流偏置电压正极3、电阻R7、电阻R3和电磁继电器MK-3P的线包和超级电容C1的正极相连，电阻R7与二极管431的3脚相连，电阻R4与电阻R7、电压比较器LM139的同向输入端5、电阻R5和电容C4相连，二极管431的2脚与电压比较器LM139的直流偏置电压负极12、电压比较器LM139的反相输入端4、电阻R5和电容C4相连，电阻R5和电容C4并联，二极管431的阳极2、电压比较器LM139的直流偏置电压负极12、电阻R5和电容C4接地；
超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机LCH071047的13脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅MOC3041控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3分别与桥式整流电路D1的2端、桥式整流电路D2的2端相连；光耦可控硅MOC3041受控端的阳极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端ACO也即是用电器的连接端之间，电磁继电器MK-3P的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，电阻R1和电容C3的并联电路再与桥式整流电路D1的交流输入端1相连，桥式整流电路D1的直流输出端2与电阻R3和桥式整流电路D2的直流输出端2相连，桥式整流电路D1的另一交流输入端3分别与交流市电、桥式整流电路D2的交流输入端1相连，桥式整流电路D2的另一交流输入端3与电阻R2和电容C2的并联电路相连以后再与光耦可控硅MOC3041受控端的阴极相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端4和桥式整流电路D2的另一直流输出端4接地。
本实施例中，利用电压比较器LM139实现电压检测功能，在电压比较器LM139的4脚设定比较电压值，当超级电容C1两端电压低于2.5V时，比较器LM139输出“0”，“开通”光藕可控硅MOC3041，220V的交流电通过电阻R4、电容C2、桥式整流电路D1和电阻R1给超级电容C1充电；当电压高于5.5V时比较器输出“1”，“关断”光藕可控硅MOC3041，电路停止给超级电容C1充电，电路重新回到不消耗交流电能的状态，由超级电容C1给电路供电。
在以上的两个实施例当中，超级电容C1每次充电时间约1分钟，可维持单片机工作约2小时，大大降低了电器待机电路的能耗，避免了电器设备长期暴露于交流电环境中。
按钮AN1起到如下的二个功能：
1、如果交流市电出现异常且长时间断电时，无法给超级电容C1充电导致其上的电能耗尽，此时按下按钮AN1可实现“一键恢复”充电。
2、电路首次启用的时候，按下按钮AN1给整个电路上电。
Claims (2)
1、一种准零功耗的待机控制装置，包括信号接收电路、单片机、电磁继电器、光耦可控硅、超级电容、变压器和装置电源电路，其特征是：
信号接收电路的输出端与单片机IC的输入端(17)脚相连，信号接收电路与单片机IC的(13)脚、超级电容C1的正极相连；
单片机IC的输出端(15)脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器REL1的线包相连，三极管Q1的发射极接地，单片机IC的(13)脚与超级电容C1的正极相连，单片机IC的(7)脚与电容C4相连，电阻R5和电容C4并联后与电阻R4串联，电阻R4与电磁继电器REL1的线包相连，单片机IC的(3)脚与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阴极相连；
超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机IC的(13)脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3与桥式整流电路D1的直流输出端正极(2)相连；
光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阴极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端(ACO)也即是用电器的连接端之间，电磁继电器REL1的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，电阻R1和电容C3的并联电路与电阻R2和电容C2的并联电路相连，也与变压器T1的初级线圈一端相连，变压器T1的初级线圈另一端与交流市电相连，光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阳极与电阻R2和电容C2的并联电路相连；
变压器T1的次级线圈一端与桥式整流电路D1的交流输入端(1)相连，变压器T1的次级线圈另一端与桥式整流电路D1的交流输入端(3)相连，桥式整流电路D1的直流输出端(2)与电阻R3相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端(4)接地。
2、一种准零功耗的待机控制装置，包括信号接收电路、单片机、电磁继电器、光耦可控硅、超级电容、装置电源电路和电压检测电路，其特征是：
信号接收电路的输出端与单片机IC的输入端(17)脚相连，信号接收电路与单片机IC的(13)脚、超级电容C1的正极相连；
单片机IC的输出端(15)脚通过电阻R6与三极管Q1的基极相连，三极管Q1的集电极与电磁继电器REL1的线包一端相连，三极管Q1的发射极接地，电磁继电器REL1的线包另一端与电阻R8相连，单片机IC的(13)脚与超级电容C1的正极相连，单片机IC的(7)脚与光耦可控硅控制端阴极相连，单片机IC的(7)脚还与电阻R9、电阻R8和电压比较器U1A的输出端(2)相连，电阻R9一端与电压比较器U1A的输出端(2)相连，另一端与电压比较器U1A的同向输入端(5)相连；电阻R8一端与电阻R9、电压比较器U1A的输出端(2)相连，另一端与电压比较器U1A的直流偏置电压正极(3)、电阻R7、电阻R3和电磁继电器REL1的线包和超级电容C1的正极相连，电阻R7与二极管U3的(3)脚相连，电阻R4与电阻R7、电压比较器U1A的同向输入端(5)、电阻R5和电容C4相连，二极管U3的(2)脚与电压比较器U1A的直流偏置电压负极(12)、电压比较器U1A的反相输入端(4)、电阻R5和电容C4相连，电阻R5和电容C4并联，二极管U3的阳极(2)、电压比较器U1A的直流偏置电压负极(12)、电阻R5和电容C4接地；
超级电容C1与稳压二极管D3并联，超级电容C1的负极与稳压二极管D3的正极接地，超级电容C1的正极与信号接收电路、单片机IC的(13)脚直接相连，超级电容C1的正极通过电阻R7与光耦可控硅OPTOTRIAC控制端的阳极相连，超级电容C1的正极通过电阻R3分别与桥式整流电路D1、桥式整流电路D2的直流输出端正极相连；
光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阳极与交流市电相连，其连接点和装置的交流输出端(ACO)也即是用电器的连接端之间，电磁继电器REL1的常开触点REL1K与按钮AN1并联，并联电路再与电阻R1和电容C3的并联电路串联，再与桥式整流电路D1的交流输入端(1)相连，桥式整流电路D1的直流输出端(2)与电阻R3和桥式整流电路D2的直流输出端(2)相连，桥式整流电路D1的另一交流输入端(3)分别与交流市电、桥式整流电路D2的交流输入端(1)相连，桥式整流电路D2的另一交流输入端(3)与电阻R2和电容C2的并联电路相连以后再与光耦可控硅OPTOTRIAC受控端的阴极相连，桥式整流电路D1的另一直流输出端(4)和桥式整流电路D2的另一直流输出端(4)接地。
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