CN103345177B - 一种家电待机零功耗的控制电路及其控制方法 - Google Patents

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本发明公开了一种家电待机零功耗的控制电路及其控制方法,包括第一手动开关、第二手动开关、第一继电器、驱动器、第一开关三极管、单片机、电源开关、第二开关三极管、第三开关三极管、电阻、碱性纽扣电池和短时储能电容。本发明的控制电路在家电开机的情况下,所有的功耗均来自外部电源,在开机和关机的情况下以及关机后所消耗的电量均来自碱性纽扣电池,可以保证在机器待机时所消耗电源的功率为0W,关机后,即使不拔掉电源线,其整机是不消耗用户的电源电量的,通过相关电路的控制,完全满足待机零功耗的要求,且增加成本有限,实现起来非常容易。本控制电路模块适用于家用电器。

Description

一种家电待机零功耗的控制电路及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种控制电路,特别涉及一种家电待机零功耗的控制电路及其控制方 法。
背景技术
[0002] 家用电器的待机功耗正在引起整个社会的广泛关注,据不完全统计,待机功耗所 损失的能量约占总发电量的2%,此为一个非常可观的数字。在绝大多数情况下,用户在关 闭电器时是不会特意去拔掉家用电器的电源线的,在此情况下虽然机器不进行相应功能的 运行,但是其机器内部的相关元器件仍在工作,白白的浪费电力,其许多家用电器待机的时 间远远大于机器工作的时间,以至于消耗的电量非常大。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种零功耗的电路控制模块及其控制方法,可以从根本上解 决前述问题,在用户关机后,不需要专门去拔掉机器的电源线,而机器不会消耗用户的电 量。
[0004] 实现本发明目的的技术方案是一种家电待机零功耗的控制电路,包括第一手动开 关、第二手动开关、第一继电器、驱动器、第一开关三极管、单片机、电源开关、第二开关三极 管、第三开关三极管、电阻、碱性纽扣电池和短时储能电容;所述第一手动开关设置在火线 上;所述第一继电器与第一手动开关并联,并由驱动器驱动;所述单片机通过第三开关三 极管接家电后续电路转换后的5V电源,同时可由短时储能电容供电;单片机通过控制第一 开关三极管的开闭为驱动器和包括第一继电器在内的其他5V器件提供直流电源;电源开 关与单片机相连;第二开关三极管连接在单片机和碱性纽扣电池的正极之间,碱性纽扣电 池的负极接地;电阻连接在单片机与第三开关三极管之间;第二手动开关与第三开关三极 管并联。
[0005] 所述第一开关三极管的集电极连5V电源,发射极连接驱动器和其他5V器件,基极 连接单片机的I/O口;所述第二开关三极管的集电极连接单片机5V电源端,发射极连接碱 性纽扣电池的正极,基极连接单片机的I/O口;第三开关三极管的集电极连接家电后续电 路转换后的5V电源,发射极连接单片机5V电源端,基极连接单片机的I/O口。
[0006] 所述短时储能电容的负极接地,正极连接单片机5V电源端。
[0007] 家电待机零功耗的控制电路还包括第二继电器;所述第二继电器与第一手动开关 并联,由驱动器驱动,由单片机通过控制第一开关三极管的开闭提供5V电源。
[0008] 所述手动开关的参数为10A/250VAC;所述第二手动开关的参数为350mA/10VDC; 第一继电器和第二继电器的参数为5A/250VAC,5VDC驱动,驱动线圈电阻208QX,驱动电 流为24mA;所述单片机的型号为Atmegal6,低功耗8位CMOS微控制器,内置晶振和掉电记 忆;所述碱性纽扣电池电量大于1200mA;所述电阻为10K。
[0009] 一种家电待机零功耗的控制电路的控制方法:
[0010] 在家电关机的情况下,按下电源开关,单片机启动第一开关三极管控制驱动器为 第一继电器供电,使火线与后续电路连通;
[0011] 单片机检查与电阻相连的I/O口是否被拉为高电平,若被拉高则说明外部电源已 经供电,则此时第三开关三极管导通,使单片机和其他元器件得到从家电后续电路转换后 的5V电源,各元器件执行相应功能;单片机控制火线连通2s后关闭第二开关三极管,从而 切断碱性纽扣电池为单片机供电的线路,阻止碱性纽扣电池给单片机供电;
[0012] 若2s后检测未被拉高则说明外部电源未能供电,则此时单片机返回掉电睡眠模 式,不执行开机操作,以进入省电状态;
[0013] 在家电开机的情况下,按下电源开关,单片机关闭相应的负载,3分钟后关闭第一 开关三极管,驱动器停止工作,其他需要+5VDC供电的器件均关闭;单片机控制在0.Is后开 启第二开关三极管,使碱性纽扣电池给单片机供电,在上述〇.Is内,单片机通过短时储能 电容供电,同时在此时间内,单片机进入掉电睡眠模式;
[0014] 在家电关机后,再次启动时,首先唤醒单片机使之进入正常模式,在正常模式下的 功耗约为1. 1mA,则重复前述开机时的工作状态。
[0015] 若后端电路连接大功耗的器件,则在单片机和其他元器件得到从家电后续电路转 换后的5V电源后,启动第二继电器。
[0016] 当家电待机零功耗的控制电路失效或出现故障时,同时按下第一手动开关、第二 手动开关来进行火线的永久导通。
[0017] 当家电待机零功耗的控制电路装配碱性纽扣电池后第一次上电时,同时按下第一 手动开关、第二手动开关,单片机进行初始化,然后按下电源开关使整机关机或开机,再手 动断开第一手动开关、第二手动开关,使单片机复位。
[0018] 采用了上述技术方案后,本发明具有积极以下的有益效果:(1)本发明的控制电 路在家电开机的情况下,所有的功耗均来自外部电源,在开机和关机的情况下以及关机后 所消耗的电量均来自碱性纽扣电池,可以保证在机器待机时所消耗电源的功率为0W,关机 后,即使不拔掉电源线,其整机是不消耗用户的电源电量的,通过相关电路的控制,完全满 足待机零功耗的要求,且增加成本有限,实现起来非常容易。本控制电路模块适用于家用电 器。
[0019] (2)本发明的控制电路只应用了单片机的部分资源,其他资源完全可以应用到家 电的其他功能控制模块中,因而成本非常低。
附图说明
[0020] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对 本发明作进一步详细的说明,其中
[0021] 图1为本发明的原理框图。
[0022] 图2为图1中后续电路转化为5V电源的原理图。
[0023] 附图中标号为:
[0024] 第一手动开关1、第二手动开关2、第一继电器3、驱动器4、第一开关三极管5、单片 机6、电源开关7、第二开关三极管8、第三开关三极管9、电阻10、碱性纽扣电池11、短时储 能电容12、第二继电器13。
具体实施方式
[0025] (实施例1)
[0026] 见图1和图2,本实施例的一种家电待机零功耗的控制电路,包括第一手动开关1、 第二手动开关2、第一继电器3、驱动器4、第一开关三极管5、单片机6、电源开关7、第二开 关三极管8、第三开关三极管9、电阻10、碱性纽扣电池11和短时储能电容12和第二继电器 13。
[0027] 第一手动开关1设置在火线上;第二手动开关2与第三开关三极管9并联。
[0028] 第一继电器3和第二继电器13均与第一手动开关1并联,由驱动器4驱动,由单 片机6通过控制第一开关三极管5的开闭提供5V电源。
[0029] 驱动器4由第一开关三极管5提供的5VDC驱动,通过单片机6的控制,驱动第一 继电器3和第二继电器13均进行工作。
[0030] 单片机6通过第三开关三极管9接家电后续电路转换后的5V电源,同时可由短时 储能电容12供电。以图2为例,220-240V的交流电经过变压器、整流桥和电源转化模块后 转变为5V直流。单片机6通过控制第一开关三极管5的开闭为驱动器4和包括第一继电 器3在内的其他5V器件提供直流电源;电源开关7与单片机6相连;第二开关三极管8连 接在单片机6和碱性纽扣电池11的正极之间,碱性纽扣电池11的负极接地;电阻10连接 在单片机6与第三开关三极管9之间,用来检查后续电路是否有接上外部电源。具体来说: 第一开关三极管5的集电极连5V电源,发射极连接驱动器4和其他5V器件,基极连接单片 机6的I/O口,通过单片机6控制给驱动器4和其他+5V器件提供直流电源。;第二开关三 极管8的集电极连接单片机65V电源端,发射极连接碱性纽扣电池11的正极,基极连接单 片机6的I/O口,通过单片机6控制碱性纽扣电池1是否给单片机6供电。第三开关三极 管9的集电极连接家电后续电路转换后的5V电源,发射极连接单片机65V电源端,基极连 接单片机6的I/O口。短时储能电容12的负极接地,正极连接单片机65V电源端,控制后 续电路转化后的+5VDC电源是否为单片机6供电。
[0031] 电源开关7控制家电的开启和关闭。
[0032] 各元器件的参数为:手动开关1的参数为10A/250VAC;第二手动开关2的参数为 350mA/10VDC;第一继电器3和第二继电器13的参数为5A/250VAC,5VDC驱动,驱动线圈电 阻208DXl±10%,驱动电流为24mA;单片机6的型号为Atmegal6,低功耗8位CMOS微控 制器,内置晶振和掉电记忆;碱性纽扣电池11电量大于1200mA;电阻10为10K。
[0033] 家电待机零功耗的控制电路的控制方法:
[0034] 在家电关机的情况下,按下电源开关7,单片机6启动第一开关三极管5控制驱动 器4为第一继电器3供电,使火线与后续电路连通;
[0035] 单片机6检查与电阻10相连的I/O口是否被拉为高电平,若被拉高则说明外部电 源已经供电,则此时第三开关三极管9导通,使单片机6和其他元器件得到从家电后续电路 转换后的5V电源,各元器件执行相应功能;单片机6控制火线连通2s后关闭第二开关三极 管8,从而切断碱性纽扣电池11为单片机6供电的线路,阻止碱性纽扣电池11给单片机6 供电;
[0036] 若2s后检测未被拉高则说明外部电源未能供电,则此时单片机6返回掉电睡眠模 式,不执行开机操作,以进入省电状态;
[0037] 在家电开机的情况下,按下电源开关7,单片机6关闭相应的负载,3分钟后关闭第 一开关三极管5,驱动器4停止工作,其他需要+5VDC供电的器件均关闭;单片机6控制在 0.Is后开启第二开关三极管8,使碱性纽扣电池11给单片机6供电,在上述0.Is内,单片 机6的通过短时储能电容12供电,同时在此时间内,单片机6进入掉电睡眠模式;
[0038] 在家电关机后,再次启动时,首先唤醒单片机6使之进入正常模式,在正常模式下 的功耗约为1. 1mA,则重复前述开机时的工作状态。
[0039] 若后端电路连接大功耗的器件,则在单片机6和其他元器件得到从家电后续电路 转换后的5V电源后,启动第二继电器13。因为考虑到后续电路可能会有较大功耗的器件 (如空调中的压缩机等),从继电器的参数中可以看出,为达到降低功耗的目的,本发明所 选的继电器为5A/250VAC,若后续有较大功耗的器件时(若后后续电路没有较大的功耗器 件时,也可以只有一个继电器),只有一个继电器是无法满足要求的,所以2个5A/250VAC的 继电器可以满足绝大多数情况下的功耗,如果还有更大功耗的器件时,还可以增加第三继 电器以确保后端大功耗器件所需电量。
[0040] 第一手动开关1和第二手动开关2有两个作用,首先是作为当家电待机零功耗的 控制电路失效或出现故障时的一种保护措施,同时按下第一手动开关1、第二手动开关2来 进行火线的永久导通。还有一个作用是当家电待机零功耗的控制电路装配碱性纽扣电池11 后第一次上电时,同时按下第一手动开关1、第二手动开关2,单片机6进行初始化,然后按 下电源开关7使整机关机或开机,再手动断开第一手动开关1、第二手动开关2,使单片机6 复位。
[0041] 在此电路控制模块中,最重要的是本模块中的碱性纽扣电池11是否可以足够使 用到一定的年限,可以经如下的计算得出:
[0042] 在此控制模块电路中:第一继电器3正常工作的功耗为24mA,驱动器4正常工作 的功耗为1mA,单片机6正常工作时的功耗为1. 1mA,在掉电睡眠模式下的功耗为1yA。
[0043] 本电路模块的设计巧妙之处为,当在开机的情况下,所有的功耗均来自外部电源, 在开机和关机的情况下以及关机后所消耗的电量均来自碱性纽扣电池,所以在此只要能计 算出开机、关机功耗以及待机下的功耗,就可以计算出碱性纽扣电池11所能使用的时间。
[0044] 按照每天开机15次,关机15计算,每次所需碱性纽扣电池11供电的时间按照 3s(上述电路的实际控制时间为2s),以空调为例每年使用5个月,则一年的耗电量为:
[0045] 24mA(第一继电器31的功耗)+lmA(驱动器4的功耗)+l.lmA(单片机6的功 耗)+2mA(增加 2mA余量)=28. 1mA
[0046] 则一年的时间内开关机所耗的电量为
[0047]
Figure CN103345177BD00071
[0048] 因为mA级是按照小时计算的,此处的3600s=60minX60s
[0049] 因为在一年之中大部分时间是关机状态,则单片机处于掉电睡眠模式,在此按照 365天均处于关机状态下计算,则单片机一年内在关机状态下的损耗为:
[0050]
Figure CN103345177BD00081
[0051] 本发明选用的碱性纽扣电池11的电量为1200mA,则此纽扣电池所使用的年限为:
[0052]
Figure CN103345177BD00082
[0053] 根据以上所述目前家用电器所使用8-10年的寿命已经可以完全满足。
[0054] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡 在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保 护范围之内。

Claims (9)

1. 一种家电待机零功耗的控制电路,其特征在于:包括第一手动开关(I)、第二手动 开关(2)、第一继电器(3)、驱动器(4)、第一开关三极管(5)、单片机(6)、电源开关(7)、第 二开关三极管(8)、第三开关三极管(9)、电阻(10)、碱性纽扣电池(11)和短时储能电容 (12);所述第一手动开关(1)设置在火线上;所述第一继电器(3)与第一手动开关(1)并 联,并由驱动器(4)驱动;所述单片机(6)通过第三开关三极管(9)接家电后续电路转换后 的5V电源,同时可由短时储能电容(12)供电;单片机(6)通过控制第一开关三极管(5)的 开闭为驱动器(4)和包括第一继电器(3)在内的其他5V器件提供直流电源;电源开关(7) 与单片机(6)相连;第二开关三极管(8)连接在单片机(6)和碱性纽扣电池(11)的正极之 间,碱性纽扣电池(11)的负极接地;电阻(10)连接在单片机(6)与第三开关三极管(9)之 间;第二手动开关(2)与第三开关三极管(9)并联。
2. 根据权利要求1所述的一种家电待机零功耗的控制电路,其特征在于:所述第一开 关三极管(5)的集电极连5V电源,发射极连接驱动器(4)和其他5V器件,基极连接单片机 (6)的I/O 口;所述第二开关三极管(8)的集电极连接单片机(6) 5V电源端,发射极连接碱 性纽扣电池(11)的正极,基极连接单片机(6)的I/O 口;第三开关三极管(9)的集电极连 接家电后续电路转换后的5V电源,发射极连接单片机(6)5V电源端,基极连接单片机(6) 的 I/O 口。
3. 根据权利要求1所述的一种家电待机零功耗的控制电路,其特征在于:所述短时储 能电容(12)的负极接地,正极连接单片机(6) 5V电源端。
4. 根据权利要求3所述的一种家电待机零功耗的控制电路,其特征在于:还包括第二 继电器(13);所述第二继电器(13)与第一手动开关(1)并联,由驱动器(4)驱动,由单片 机(6)通过控制第一开关三极管(5)的开闭提供5V电源。
5. 根据权利要求4所述的一种家电待机零功耗的控制电路,其特征在于:所述手动开 关(1)的参数为10A/250VAC ;所述第二手动开关(2)的参数为350mA/10VDC ;第一继电器 (3)和第二继电器(13)的参数为5六/25(^(:,5¥0(:驱动,驱动线圈电阻208〇\(1±10%), 驱动电流为24mA ;所述单片机(6)的型号为Atmegal6,低功耗8位CMOS微控制器,内置晶 振和掉电记忆;所述碱性纽扣电池(11)电量大于1200mA ;所述电阻(10)为10K。
6. 根据权利要求5所述的一种家电待机零功耗的控制电路的控制方法,其特征在于: 在家电关机的情况下,按下电源开关(7),单片机(6)启动第一开关三极管(5)控制驱 动器(4)为第一继电器(3)供电,使火线与后续电路连通; 单片机(6)检查与电阻(10)相连的I/O 口是否被拉为高电平,若被拉高则说明外部电 源已经供电,则此时第三开关三极管(9)导通,使单片机(6)和其他元器件得到从家电后续 电路转换后的5V电源,各元器件执行相应功能;单片机(6)控制火线连通2s后关闭第二开 关三极管(8),从而切断碱性纽扣电池(11)为单片机(6)供电的线路,阻止碱性纽扣电池 (11)给单片机(6)供电; 若2s后检测未被拉高则说明外部电源未能供电,则此时单片机(6)返回掉电睡眠模 式,不执行开机操作,以进入省电状态; 在家电开机的情况下,按下电源开关(7),单片机(6)关闭相应的负载,3分钟后关闭第 一开关三极管(5),驱动器(4)停止工作,其他需要+5VDC供电的器件均关闭;单片机(6) 控制在0.1 s后开启第二开关三极管(8),使碱性纽扣电池(11)给单片机(6)供电,在上述 0.1 s内,单片机(6)通过短时储能电容(12)供电,同时在此时间内,单片机(6)进入掉电睡 眠模式; 在家电关机后,再次启动时,首先唤醒单片机(6)使之进入正常模式,在正常模式下的 功耗约为I. 1mA,则重复前述开机时的工作状态。
7. 根据权利要求6所述的一种家电待机零功耗的控制电路的控制方法,其特征在于: 若后端电路连接大功耗的器件,则在单片机(6)和其他元器件得到从家电后续电路转换后 的5V电源后,启动第二继电器(13)。
8. 根据权利要求7所述的一种家电待机零功耗的控制电路的控制方法,其特征在于: 当家电待机零功耗的控制电路失效或出现故障时,同时按下第一手动开关(1)、第二手动开 关(2)来进行火线的永久导通。
9. 根据权利要求8所述的一种家电待机零功耗的控制电路的控制方法,其特征在于: 当家电待机零功耗的控制电路装配碱性纽扣电池(11)后第一次上电时,同时按下第一手 动开关(1)、第二手动开关(2),单片机(6)进行初始化,然后按下电源开关(7)使整机关机 或开机,再手动断开第一手动开关(1)、第二手动开关(2),使单片机(6)复位。
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