電視機待機控制器的原理及改進設(shè)計

電視機待機控制器電路在有關(guān)電子刊物上偶有介紹，有的也申請了專利。筆者對有關(guān)電子刊物上介紹的、市場上少量出現(xiàn)的種種紅外遙控裝置（包括紅外遙控電子開關(guān)、彩電待機節(jié)電器等）進行分析研究及組裝測試后，發(fā)現(xiàn)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(shè)計了一種獨特的紅外遙控接收頭脈動式電源供電的方法。利用這種方法又設(shè)計出了實用的節(jié)電型紅外遙控開關(guān)和節(jié)電型彩電待機供電控制器，實現(xiàn)了微靜態(tài)功耗下的紅外遙控。不過該裝置多少還存有一定的功耗，更主要的是，對于控制器來說，也不算最安全。為實現(xiàn)彩電待機的無功耗和更安全，筆者設(shè)計并制作出了一款零靜耗彩電待機控制器。

電路特點

1.采用超級電容儲電。彩電待機一定時間后，整個控制器脫離交流市電，實現(xiàn)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.采用雙組觸點繼電器進行安全控制。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，彩電不必長期暴露在交流電源環(huán)境中，不會受到電力網(wǎng)參數(shù)波動以及雷電的影響。

3.紅外線遙控接收頭采用脈動式電源供電，這樣可以大大降低其工作電流。

4.紅外線遙控接收頭輸出的信號經(jīng)過了積分電路的處理，整個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。

電路實物見圖1。

圖1 制作好的電路實物

工作原理

這個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DC/DC變換技術(shù)，加上紅外遙控接收頭脈動式電源供電技術(shù)設(shè)計出來的。電路如圖2所示。

超級電容又稱法拉電容，特點是容量大、體積小、溫度特性好、壽命長、功率密度大、可以大電流充放電，不會對環(huán)境造成污染。由于其容量很大，對外表現(xiàn)和電池相近，在一些場合可以代替可充電電池，因此也稱作電容電池。其充放電過程始終是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)，正因如此，超級電容可以反復(fù)充放電數(shù)十萬次，使用壽命在30年以上。而一般充電電池只能充放電數(shù)百次，壽命短，對環(huán)境污染大。

圖2 零靜耗彩電待機控制器電路

圖2中，按一下常開按鈕SB后，220V交流市電送給插座CZ的同時加到變壓器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(fù)位作用，不論電容C6上原來是否有電，對應(yīng)反相器IC3A一定輸出高電平，繼電器K 得電吸合，彩電由繼電器觸點供電。此時，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。剛開始的充電電流較大，與VT4的電流放大倍數(shù)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(shù)選擇50~80，對應(yīng)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(wěn)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，因此平時繼電器的吸合是由三端穩(wěn)壓器提供的電流。由于繼電器繞組電路中串接了一個電阻R2，R2兩端并聯(lián)了一個電容C4，繼電器吸合時通過C4的作用能夠可靠動作，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(yīng)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C6一段時間（實測15s）的延時后，IC3A輸出低電平，對應(yīng)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，再加上采用脈動式供電，因此一個100F的超級電容可以持續(xù)工作30多個小時。這期間只要按一下彩電遙控器上的電源啟動按鈕，對應(yīng)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上會得到高電平，對應(yīng)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)出的紅外線信號作用下也啟動。由于R9、C10的積分作用，IR的第3腳輸出的一兩個干擾脈沖，或干擾脈沖雖然很多但不是密集的，都不會造成電路誤動作，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關(guān)，十幾秒鐘后K同樣釋放，整個控制器進入待機狀態(tài)。

如果過了超級電容的放電時間，想要啟動彩電時，只要按一下常開按鈕SB即可。

使用時，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鍵，此控制器動作后，幾乎同時彩電也動作，可以讓原先處于遙控關(guān)機的彩電一下就遙控開機。

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(yīng)遙控待機時間可以更長。DC/DC變換器IC2選用BL8530，輸出電壓為5.5V，這是一種開關(guān)型升壓穩(wěn)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(wěn)壓器78M05，輸出電流可達500mA。IC3為CMOS數(shù)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(dǎo)線或φ1.5漆包線繞5匝即可。

IR為一體化紅外線遙控接收頭，采用的是塑料封裝，有3只引腳，即電源正（VDD）、電源負（GND）和數(shù)據(jù)輸出（VOUT）。一體化紅外線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(wěn)定、可靠，使用非常方便。圖中紅外線遙控接收頭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。未接收到紅外線信號時，3腳輸出4.5V左右高電平。接收到紅外線信號時，3腳輸出一連串低電平脈沖。實測，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(zhuǎn)換觸點，觸點負荷 10A，繞組工作電壓5V，實測電阻值為40Ω。只要繼電器觸點負荷選取不要太小，就可以勝任各種彩電的開關(guān)需求。由于是通過繼電器兩個常開觸點進行彩電電源控制，彩電遙控關(guān)機后包括整個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。

常開按鈕SB采用彩電中的電源開關(guān)，通過簡單改動而成。只要把開關(guān)中原有的自鎖功能去掉即可，這樣既實現(xiàn)兩組常開功能又保證有足夠的觸點負荷。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(wěn)壓值為3.2V或3.3V的小功率穩(wěn)壓二極管。剛開始通電工作時，由于超級電容C8上電壓較低，VD10不發(fā)光；C8充電快結(jié)束時，VD10發(fā)光指示。VD15為3.5?4.5V小功率穩(wěn)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470nF，C6為10μF/16V電解電容，C7為220μF/16V電解電容，C9為0.1μF。L采用47μH色環(huán)電感。

改進后的零靜耗彩電待機控制器電路?圖3

電路改進

為了讓這個電路體積更小、取材更易，筆者又對此控制器進行了改進。去掉了電流互感器T2，采用一個0.1Ω的小阻值電阻串聯(lián)在電器插座中進行負載電流檢測，再通過LM324運算放大器進行電壓放大、電壓比較，去控制反相器CD4069的動作。彩電正常收看時，此0.1Ω電阻上的電壓只有零點零幾伏。由于彩電每次開機時，消磁電路工作需要較大的電流，因此這個0.1Ω電流檢測電阻功率要選擇2～3W。改進后的零靜耗彩電待機控制器電路見圖3所示。R2、 R3、R4與LM324中的一個運放組成電壓放大倍數(shù)約為150倍的電壓放大電路，R13、R14與LM324中的另一個運放組成電壓比較電路。另外，只要把運算放大器的電壓放大倍數(shù)設(shè)計成2000多倍，即R3阻值增為820kΩ、R4阻值減為300Ω，同時R13阻值增為30kΩ，這樣就可以用一段 12cm長、截面積1mm2的銅導(dǎo)線（阻值只有幾毫歐）代替這個0.1Ω電阻進行電流檢測，從而實現(xiàn)遙控待機控制。注意LM324的供電電源是取自于三端穩(wěn)壓器78M05的輸出端3腳，不要取自于反相器CD4069的電源端。這樣，當整個控制器處于遙控待機狀態(tài)時，由超級電容提供的電源不會加給運算放大器。