自動斷電電源插座研究

劉楊 陽瑞霖 劉漢城

摘要：針對日常生活中家用電器產(chǎn)品長期處于待機狀態(tài)造成耗電大的現(xiàn)象，研究并開發(fā)一種自動斷電電源插座是有必要的。該插座可根據(jù)用電設(shè)備電流大小的不同來判斷用電設(shè)備為工作狀態(tài)還是待機狀態(tài)。如果檢測為工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為待機狀態(tài)時，主控電路控制插座電源停止輸出，實現(xiàn)自動斷電。實踐證明，該插座能在用電設(shè)備工作中實現(xiàn)自動斷電，既保證了用電安全，又可以降低日常電器靜態(tài)功耗造成的用電損耗。

關(guān)鍵詞：自動斷電；電源插座；安全用電；節(jié)能

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平的提高，家用電器成了.人們生活的重要組成部分。調(diào)查結(jié)果表明，目前我國有近70%的家庭使用家用電器后電器處于待機狀態(tài)，而且還有30%。的市民不知待機會耗電。節(jié)能環(huán)保中心的專家們指出電器長期待機不僅耗電驚人，而且還讓意外事故頻頻發(fā)生、同時還會降低電器使用壽命。中國電子商會電源專業(yè)委員會、北京電源行業(yè)委員會專家指出，降低家用電器待機能耗有手動方式和自動兩種方式。手動方式是最簡單最直接的切斷電源的方式，但實際使用過程中，如臺式計算機在關(guān)機時，系統(tǒng)關(guān)閉需要一定的時間，需等系統(tǒng)關(guān)閉后，才可關(guān)斷總電源，由于系統(tǒng)關(guān)閉需要等待一段時間，大多數(shù)使用者都會選擇系統(tǒng)還未關(guān)閉人就離開了計算機，計算機在系統(tǒng)關(guān)閉后一直處于待機狀態(tài)。為解決家用電器待機危害和耗能問題，利用數(shù)字集成電路設(shè)計一種根據(jù)用電設(shè)備電流大小不同進行自動關(guān)斷電源的自動斷電電源插座。

1 自動斷電電源插座總體方案設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動斷電電源插座主要由手動啟動按鈕、交流電源輸入、啟動延時電路、主控電路、主設(shè)備電流檢測電路、驅(qū)動控制電路、直流供電電路、主設(shè)備插座以及外部設(shè)備插座。采用NE555時基電路作為主控電路，由一個主設(shè)備插座和一個或一個以上外部設(shè)備插座為設(shè)備提供輸出電源。交流電源輸入的其中一路直接通過驅(qū)動控制電路與外部設(shè)備插座、主機插座單元相連，另一路通過手動啟動按鈕經(jīng)直流供電電路后再與主設(shè)備電流檢測電路、啟動延時電路和主控電路相連。另外主設(shè)備電流檢測電路和啟動延時電路均與主控電路的輸入端相連，而主控電路的輸出端通過驅(qū)動控制電路與外部設(shè)備插座、主機插座單元相連，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 主要功能電路分析

1.2.1 直流供電電路

直流供電電路采用阻容降壓結(jié)構(gòu)電路，阻容降壓的核心部分為電阻和電容并聯(lián)電路，其工作原理是利用容抗限流，其電容器為限制電流和動態(tài)分配電容器及負(fù)載兩端電壓的角色，由于阻容降壓電路空載時市電220V電壓大部分都加到電容C上。故電路設(shè)計過程中其限流（降壓）電容器C-定要選擇高耐壓值且大于兩倍電源電壓值。實際上此電路中的電容僅起到限流作用， 它類似于電阻有自身的容抗抑制電流，因此阻容降壓電路類似于市電串接電阻后輸出，實際的輸出電壓取決于負(fù)載電抗，極不穩(wěn)定。一般都采用穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，在輸出電流小于最大電流情況下，輸出電壓值等于穩(wěn)壓管電壓。

1.2.2 主控電路

主控電路采用555時基電路，外部另配上適當(dāng)阻容元件即可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存在穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)。當(dāng)有觸發(fā)脈沖信號輸入時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器將由穩(wěn)態(tài)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)，其暫穩(wěn)態(tài)保持一定時間后，能自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)沒有觸發(fā)脈沖信號時，其單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)。為確保電路能夠?qū)崿F(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)，其觸發(fā)脈沖信號必須是窄脈沖信號，且比暫穩(wěn)態(tài)的時間還要短，否則觸發(fā)作用將始終存在，輸出信號將不能返回至低電平。

1.2.3 驅(qū)動控制電路

繼電器控制電路包括繼電器和二極管，驅(qū)動控制電路繼電器線圈一端與主控電路輸出端相接，另一端與直流供電電源接地端相連，當(dāng)主控電路輸出為高電平時繼電器的線圈通電，此時繼電器觸點閉合，從而實現(xiàn)了主控電路對繼電器的控制。當(dāng)主控電路輸出為低電平時繼電器繞組會感應(yīng)出一個較大的自感電壓，為了消除這個感生電動勢對電路造成的有害影響，繼電器線圈兩端反向并聯(lián)一個二極管吸收反向感生電動勢，確保產(chǎn)生的感生電動勢疊加后加到控制繼電器線圈的主控電路輸出端跟地之間不會被擊穿。

2 電路設(shè)計

2.1 電路結(jié)構(gòu)

自動斷電電源插座電路圖如圖2所示。

其主控電路采用由555時基電路。直流供電電路采用阻容降壓結(jié)構(gòu)電路，由電容CI、C2、C3、電阻Rl、R2以及二極管Dl、D2、D5組成。電容C4和電阻R4構(gòu)成啟動延時電路，相線L和零線N實現(xiàn)交流電源輸入。主設(shè)備電流檢測電路包括電容C5，電阻R3R5，三極管Q1和二極管D3。驅(qū)動控制電路由繼電器Kl以及二極管D4構(gòu)成。主設(shè)備電源插座單元為Jl，外部設(shè)備插座為J2。交流電源輸入的相線L通過啟動按鈕SI與直流供電電路并聯(lián)的電阻R1電容CI相接，主設(shè)備電流檢測電路的電阻R8和主控電路的4、8腳與直流供電電路的輸出端相接，啟動延時電路的電阻R4和電容C4相連再與主設(shè)備電流檢測電路的三極管oi集電極、主控電路的2、6腳相連，驅(qū)動控制電路的Kl、D4與主控電路的輸出端相接，交流電源輸入相線L和外部設(shè)備插座J2、主設(shè)備插座單元Jl均與驅(qū)動控制電路中繼電器Kl的被控端1、2端和啟動按鈕的公共端相連，主設(shè)備插座的另一端通電流檢測電路中的取樣電阻R5再與220V交流電源輸入零線N相連。

2.2 斷電工作原理

當(dāng)啟動按鈕SI按下時，220V交流電源經(jīng)SI后由R1、CI完成降壓，Dl、D2實現(xiàn)整流，R2起限流作用，C2、C3濾波，再由12V穩(wěn)壓管D5穩(wěn)壓輸出12V直流電源，該直流穩(wěn)壓電源由啟動延時電路中的電阻R4向電容C4充電時，主控電路中555集成電路2、6腳電壓低于8V，主控電路的輸出端輸出電壓為直流電源電壓，驅(qū)動控制電路K1的控制端3、4得電，被控端1、2閉合，主設(shè)備插座Jl、外部插座J2和直流供電電路得電，當(dāng)啟動按鈕按下后30秒內(nèi)主設(shè)備仍未工作，電流取樣電阻R5上檢測到通過主設(shè)備插座的電流較少，三極管oi截止，集電極為直流電源電壓。此時啟動延電路中電容C4沒有發(fā)生突變，電源由電阻R4向電容C4充電，當(dāng)充電至主控電路555集成電路2、6腳電壓高于8V時，其輸出端輸出為零，此時驅(qū)動控制電路中K1的被控1、2端斷開，直流供電電路、主設(shè)備插座J1和外部設(shè)備插座J2的交流電源被自動斷開。當(dāng)30秒以內(nèi)開啟主設(shè)備的電源開關(guān)，主設(shè)備插座中的取樣電阻R5上產(chǎn)生壓降經(jīng)D3整流C5濾波后，再由R3與三極管oi的基極相連，三極管01導(dǎo)通，三極管的集電極電壓為零，主控電路的輸出端輸出直流電源電壓，驅(qū)動控制電路Kl繼續(xù)維持閉合狀態(tài)，主設(shè)備插座Jl、外部設(shè)備插座J2和直流供電電路得電。當(dāng)主設(shè)備關(guān)機后處于待機狀態(tài)，主設(shè)備插座電路中的電流取樣R5檢測到流過主機插座的電流減少，三極管oi截止，三極管oi的集電極為直流電源電壓，由于啟動延時電路中電容C4沒有突變，電源通過電阻R4向電容C4充電，當(dāng)充電至主控電路555集成電路的2、6腳電壓高于8V電壓時，主控電路輸出端輸出為零，驅(qū)動控制電路中K1的被控1、2端斷開，直流供電電路電路、主設(shè)備插座Jl和外部設(shè)備插座J2的220V交流電源被切斷，達到了電源插座自動斷電功能。

3 結(jié)語

基于用電設(shè)備關(guān)機后轉(zhuǎn)待機情況電流變化的不同設(shè)計了一種自動斷電電源插座，能夠?qū)崟r響應(yīng)、方便使用、節(jié)能環(huán)保，其穩(wěn)定性和可靠性完全滿足人們使用需要，真正實現(xiàn)了待機自動斷電的功能。