CN109541970A - 一种电器超低待机功耗电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电器超低待机功耗电路，包括依次连接的单色光传感电路、信号调理电路、继电器驱动电路及磁保持继电器；所述单色光传感电路，用于接收遥控光信号，并在设定波长光的作用下，产生脉冲信号；所述信号调理电路，用于将脉冲信号放大，所述继电器驱动电路，用于控制磁保持继电器的通电，驱动磁保持继电器的工作；所述磁保持继电器，与受控家电设备的遥控电路连接，用于控制电路的接通与断开；还包括电源电路，用于供电，通过对电器待机电源的控制，由超低待机功耗电路实现电器的待机，节省了电器原来的待机功耗，进行超低功耗待机。

Description

一种电器超低待机功耗电路

技术领域

本发明涉及一种电器电路，具体涉及一种电器超低待机功耗电路。

背景技术

随着人们生活质量的不断提高和办公自动化、信息化的不断深入，越来越多的家庭和办公电器设备都具备了遥控功能；人们在享受到遥控技术带来的便捷的同时，家用电器的遥控电路待机功耗问题也随之摆在了人们面前。

遥控电路待机功耗(以下简称待机功耗)是指家用电器在用遥控器关机之后，为实现随时遥控开启的功能，电器仍需保持工作的部分所消耗的能量。在电器设备所消耗的总的电能中，这部分能耗被看作是无谓的损失。国际经济合作组织的调查报告称，各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的3％至13％，而我国的待机能耗高于国际平均水平。中国节能产品认证中心的一项抽样调查表明，中国城市家庭的平均待机耗能已占到了家庭总耗能的10％左右，相当于每个家庭使用着一盏15至30瓦的“长明灯”。

以空调为例，根据中国节能协会的家庭抽样调查给出的数据进行估算，平均待机能耗功率为3.47瓦特，按一台空调一年使用两个月计算，每年关机时间长达7300小时，大部分用户在关机时依旧连通电源，处于待机状态，一台空调年待机能耗就达到25千瓦时，以全国1.3亿台的空调保有量来估算，全国每年仅空调待机所造成的无意识耗电就达到30亿千瓦时以上，相当于一个中型水力发电站的年发电量。

虽然国家已陆续出台待机节能标准的相关法律法规，但是随着社会的发展，用电器的高速增长，待机能耗将逐年增加，待机时的家电功耗积累下来仍然会浪费很大一部分电能，这与我国构建节约型社会的理念是不相符的。

为了解决这些问题，已有的解决办法归纳起来可以分为三类：

(1)采用辅助电池解决遥控接收模块供电问题，采用充电电池保证控制电路在接收端有电源供应。该方法虽然能实现相对较低的待机功耗，但是却存在需要定期更换电池的问题。

(2)基于单片机构建家用电器的待机自动断电电路，当检测到电器的功率较低时，通过单片机输出使能信号，通过继电器完全断开家用电器与市电的物理连接。该方法虽然能完全消除待机功率，但是需要再次使用家电时，需要手动操作来恢复供电，不够便捷。

(3)基于无线射频识别的遥控，通过遥控器发射对执行器进行控制的射频波信号，并接收来自控制器的反馈信号；遥控器在发送控制信号的同时为接收装置提供能量。该方案虽然能有效降低待机功率，但是电路设计复杂，成本也较高。

因此，如何能够通过一种简单的电路，在成本较低的情况下，有效的降低家用电器的待机功率，就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种电器超低待机功耗电路。本发明，通过单色光传感电路接收遥控光线，产生正脉冲，正脉冲经过信号调理电路的放大后，输出到继电器驱动电路，驱动磁保持继电器来控制电器遥控待机电路电源的通断，替代电器本身待机电路的待机作用，从而电器在待机状态下完全与市电的断开，实现超低待机功耗。

本发明采用如下技术方案：

一种电器超低待机功耗电路，包括依次连接的单色光传感电路、信号调理电路、继电器驱动电路及磁保持继电器；

所述单色光传感电路，用于接收遥控光信号，并在设定波长光的作用下，产生脉冲信号；

所述信号调理电路，用于将脉冲信号放大；

所述继电器驱动电路，用于控制磁保持继电器的通电，驱动磁保持继电器的工作；

所述磁保持继电器，与受控家电设备的遥控电路连接，用于控制电路的接通与断开；

还包括电源电路，用于提供直流电源，输出直流电压。

所述单色光传感电路包括光电二极管D3及电阻R2，所述光电二极管D3的负极与电源电路的正极连接，其正极串接电阻R2后接地，电阻R2的两端输出电压u_s作为触发信号。

所述信号调理电路包括滤波电容C3、第一射极跟随器及第二射极跟随器，所述滤波电容C3分别与第一射极跟随器及第二射极跟随器连接。

所述继电器驱动电路包括第一驱动电路及第二驱动电路，两个驱动电路的结构相同，第一驱动电路包括开关管Q3，第二驱动电路包括开关管Q4。

所述磁保持继电器包括两个控制线圈和三个触点，所述两个控制线圈包括置位线圈J1、复位线圈J2、常闭触点K1，常开触点K2及常开触点K3；所述开关管Q3的集电极依次串联置位线圈J1及常闭触点K1，开关管Q3的发射极接地，其基极经过基极限流电阻R7后与信号调理电路的输出信号连接；

所述开关管Q4的集电极依次串联复位线圈J2及常开触点K2；

所述常开触点K3依次连接限流电阻R11和发光二极管D4之后再连接电器遥控电路。

所述第一射极跟随器及第二射极跟随器结构相同，均包括NPN型三极管、基极电阻及发射极电阻。

所述电源电路包括阻容降压电路、桥式整流电路、稳压电路和滤波电路。

本发明的有益效果：

(1)本发明有效降低家用电器的待机功耗；

(2)本发明采用单色光传感器接收单色光的照射，来实现电路的远程控制，控制方案简单可靠，成本低廉；

(3)本发明将磁保持继电器应用在通断控制电路中，磁保持继电器脉冲触发的特性大幅降低了继电器部分的损耗；

(4)本发明采用纯硬件电路实现，电路结构简单，原理容易理解，便于使用分立元器件去组成电路，且电路参数易于调整。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电源电路图；

图3是本发明的单色光传感电路图；

图4是本发明的单色光传感电路的触发图；

图5是本发明的信号调理电路及磁保持继电器的电路连接图；

图6是本发明的磁保持继电器电路图；

图7是本发明的家用电器遥控电路与磁保持继电器的连接图；

图8是本发明的保持工作状态流程图；

图9是本发明的触发开工作状态流程图；

图10是本发明的触发关工作状态流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种电器超低待机功耗电路，包括依次连接的单色光传感电路、信号调理电路、继电器驱动电路及磁保持继电器，还包括电源电路。

本发明电源电路从220V交流市电中取电，经过降压整流和稳压滤波之后得到5V的直流电，为后续的电路提供直流电源；输入650nm红光信号短时间照射到带有650nm波长透色功能的单色光传感器时，单色光传感电路能够产生一个正脉冲；单色光传感器输出的正脉冲通过信号调理电路之后，输出给磁保持继电器驱动电路，磁保持继电器驱动电路触发磁保持继电器的触点，磁保持继电器改变电路的开关状态，从而控制家用电器的遥控待机电路电源的接通与断开，在接通家用电器的遥控电路之后，就能用与家用电器适配的遥控器控制家电。

如图2所示，电源电路直接与220V交流电，包括阻容降压电路、桥式整流电路、稳压电路和滤波电路。电容C1要求耐压要高、双极性,耐压一般取450V,容量与负载电流和要求的整流电压相关,电阻R1用于系统断电时给电容C1上电压放电；整流采用桥式二极管整流，降压之后的交流电经过整流桥D1之后，得到脉动的直流电，再经过5V的稳压二极管D2和由R_c、C2组成的RC滤波电路之后，可得到较为稳定的5V直流电；需要合理的设计R_c、C2的值，以延长C2的充电时间，让电容C2为后级的继电器驱动电路快速提供能量后，需要经过较长的时间才能充满电，为下一次的动作做准备，且电容C2存储的能量只够让继电器触点动作一次。

如图3及图4所示，所述单色光传感电路，用于接收遥控光信号，并在设定波长光的作用下，产生脉冲信号。

所述单色光传感电路由电源电路产生的5V直流电进行供电，包括光电二极管D3及电阻R2，所述光电二极管D3的负极与电源电路的正极连接，其正极串接电阻R2后接地，电阻R2的两端输出电压u_s作为触发信号。

具体：具有650nm滤光功能的光电二极管D3负极接5V，同时与一个阻值较大的电阻R2串联之后接地，输出信号u_s取自电阻R2两端；在没有光照或者普通自然光照射光电二极管D3时，其反向截止，此时的光电二极管D3相当于一个断开的开关，电阻R2两端的输出电压u_s为0；当650nm红光发射电路发出的光线照射在光电二极管D3上时，光电二极管受激发而反向导通，此时光电二极管D3相当于一个闭合的开关，电阻R2两端的输出电压u_s为5V高电平，当光电传感器收到短时间的650nm红光照射时，u_s为一个幅值为5V的正脉冲，该脉冲作为触发信号触发后级的相关电路产生相应的动作。

如图5所示，所述信号调理电路包括滤波电容C3、第一射极跟随器及第二射极跟随器，所述滤波电容C3分别与第一射极跟随器及第二射极跟随器连接。

所述第一射极跟随器及第二射极跟随器结构相同，所述第一射极跟随器由三极管Q1、基极电阻R3和发射极电阻R5构成，该三极管Q1的集电极与5V直流电压连接，其发射极与发射极电阻R5连接，直接接地，基极电阻R3与三极管Q1的基极连接，基极电阻R3的另一端与滤波电容C3一端连接，所述滤波电容C3的另一端与脉冲信号进行连接。

所述第二射极跟随器包括基极电阻R4、三极管Q2和发射极电阻R6，三极管Q2的集电极接直流电压，基极接基极电阻R4然后与脉冲信号连接，发射极与发射极电阻R6连接，直接接地。其连接方式与第一射极跟随器相同。

单色光传感器电路产生的触发信号u_s经过滤波电容C3滤波，防止光照时的抖动造成后级电路的误动作，Q1、R3、R5和Q2、R4、R6组成两路参数对称的射级跟随器，在基本跟随电压的情况下，能放大电流，触发信号u_s在经过信号调理电路之后，输入继电器驱动电路。

所述继电器驱动电路包括第一驱动电路及第二驱动电路，所述第一驱动电路包括开关管Q3，其集电极依次串联有磁保持继电器的置位线圈J1、磁保持继电器的常闭触点K1和直流电压；开关管Q3的基极连接限流电阻R7然后与开关管Q1的发射极连接，然后接地。

第二驱动电路包括开关管Q4，开关管Q4的集电极依次串联有磁保持继电器的复位线圈J2、磁保持继电器的常开触点K2和直流电压；开关管Q4的基极连接限流电阻R8，然后与开关管Q2的发射极连接，然后接地。

如图6所示，所述磁保持继电器包括2个控制线圈和3个触点；2个控制线圈包括置位线圈J1和复位线圈J2；3个触点包括常闭触点为K1、常开触点K2和常开触点K3；所述常开触点K3依次连接限流电阻R11和发光二极管D4，发光二极管D4的负极和常开触点K3一端分别连接电器遥控电路电源的负正极。

当控制线圈通过一个高于一定幅值且持续时间大于一段时间的正脉冲时，触点产生相应的动作，且在脉冲消失之后，触点仍然保持在原有状态，直到另一个线圈中通过脉冲；置位线圈J1中通过正脉冲时，常闭触点为K1断开，常开触点为K2、K3吸合；复位线圈J2中通过正脉冲时，常闭触点为K1吸合，常开触点为K2、K3断开。

在图2中电源电路的输出5V直流电分别连接在图3单色光传感电路的D3的负极、信号调理电路中的开关管Q1和开关管Q2管的集电极、磁保持继电器驱动电路的常开触点K1和常闭触点K2的一端；图3中单色光传感电路由R2引出的触发信号u_s连接到图4中信号调理电路的输入端，即与滤波电容C3的非接地端相连；图5中的磁保持继电器常开触点K3串联接入家用电器遥控接收电路的电源中；即可实现由650nm光信号作为外部控制，控制家用电器的遥控电路的通断，从而降低待机功耗。

本发明电路分为三种工作状态：保持、触发开、触发关。

其中，如图7所示，保持工作状态的原理：当外部没有650nm输入光源信号时，触发信号u_s保持低电平，开关管Q1、开关管Q2管都截止，后级电路都不动作，继电器触点保持当前状态；

如图8所示，触发开工作状态的原理：在K3触点断开，即家用电器遥控电路没有接通的情况下，当外部有持续一定时间的650nm输入光源信号时，触发信号u_s为高电平脉冲，开关管Q1、开关管Q2管都导通,但是开关管Q4由于连接常开触点，无法导通，只有开关管Q3导通，置位线圈J1通电，常开触点K2吸合，使开关管Q4具有导通的条件；常开触点K3吸合，接通家用电器遥控接收电路的电源，同时点亮指示灯；常闭触点K1断开，使置位线圈J1不再通电。

如图9所示，触发关工作状态的原理：在常开触点K3闭合，即家用电器遥控电路接通的情况下，当外部再次有持续一定时间的650nm输入光源信号时，触发信号u_s为高电平脉冲，开关管Q1、开关管Q2管都导通,但是开关管Q3由于常闭触点K1处于断开状态，无法导通，此时只有开关管Q4导通，复位线圈J2通电，常开触点K1吸合，使开关管Q3具有导通的条件；常开触点K3断开，断开家用电器遥控接收电路的电源，指示灯D4熄灭；常开触点K2断开，使复位线圈J2不再通电。

家用电器只有处在触发开的工作状态下，才能用与其匹配的遥控器使其产生后续的动作；在工作中的650nm红光的发生电路可以直接采用市面上的红色激光笔，容易获取且成本低廉。

如图10所示，本发明家用电器超低待机功耗电路的适配遥控器采用现有的家用电器匹配遥控器和与遥控器连接的650nm红光发生电路，通过650nm红光发生电路产生的光信号，控制单色光传感器的输出信号u_s输出高电平脉冲，经过信号调理之后输入给磁保持继电器驱动电路，进一步触发继电器触点的相应动作，通过常开常闭触点的巧妙组合，构成自锁电路，使其在短时间照射条件下能够在触发开和触发关的工作状态下切换，从而控制家用电器的遥控待机电路电源的接通与断开，间接控制家电。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，包括依次连接的单色光传感电路、信号调理电路、继电器驱动电路及磁保持继电器；

所述单色光传感电路，用于接收遥控光信号，并在设定波长光的作用下，产生脉冲信号；

所述信号调理电路，用于将脉冲信号放大；

所述继电器驱动电路，用于控制磁保持继电器的通电，驱动磁保持继电器的工作；

所述磁保持继电器，与受控家电设备的遥控电路连接，用于控制电路的接通与断开；

还包括电源电路，用于提供直流电源，输出直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，所述单色传感电路包括光电二极管D3及电阻R2，所述光电二极管D3的负极与电源电路的正极连接，其正极串接电阻R2后接地，电阻R2的两端输出电压u_s作为触发信号。

3.根据权利要求1所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，所述信号调理电路包括滤波电容C3、第一射极跟随器及第二射极跟随器，所述滤波电容C3分别与第一射极跟随器及第二射极跟随器连接。

4.根据权利要求1所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，所述继电器驱动电路包括第一驱动电路及第二驱动电路，两个驱动电路的结构相同，第一驱动电路包括开关管Q3，第二驱动电路包括开关管Q4。

5.根据权利要求4所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，

所述磁保持继电器包括两个控制线圈和三个触点，所述两个控制线圈包括置位线圈J1、复位线圈J2、常闭触点K1，常开触点K2及常开触点K3；所述开关管Q3的集电极依次串联置位线圈J1及常闭触点K1，开关管Q3的发射极接地，其基极经过基极限流电阻R7后与信号调理电路的输出信号连接；

所述开关管Q4的集电极依次串联复位线圈J2及常开触点K2；

所述常开触点K3依次连接限流电阻R11和发光二极管D4之后再连接电器遥控电路。

6.根据权利要求1所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，所述第一射极跟随器及第二射极跟随器结构相同，均包括NPN型三极管、基极电阻及发射极电阻。

7.根据权利要求1所述的一种电器超低待机功耗电路，其特征在于，所述电源电路包括阻容降压电路、桥式整流电路、稳压电路和滤波电路。