摘要：針對(duì)目前電源充電器的安全和能源浪費(fèi)的問題，提出一種可以應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的安全并且節(jié)能的電源控制器的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了電流繼電器的電路。通過設(shè)計(jì)改進(jìn)電流繼電器的電流取樣電路、電壓放大電路、精密整流電路、比較和觸發(fā)電路、繼電氣控制電路等部分電路，使電源在充電完成后斷開，從而達(dá)到節(jié)能安全的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，電源控制器在電源充電結(jié)束后，電流減小到75 mA后斷開充電電源，比現(xiàn)有充電器的安全性和節(jié)能性都有較大提高。
關(guān)鍵詞：安全；節(jié)能；繼電器；電路

    隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，電子時(shí)代的到來，電器在人們的生活中的作用日漸重要，充電器也成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?。充電器帶來方便的同時(shí)伴隨而來的是因充電器使用不當(dāng)而引起的事故：電器損壞、火災(zāi)甚至爆炸。不僅如此，“低碳社會(huì)”的提出，對(duì)充電器節(jié)能的要求就更高了。目前，對(duì)于充電器安全和節(jié)能的要求，工程師們致力于研究怎樣提高電源的轉(zhuǎn)換效率、怎樣實(shí)現(xiàn)低電流充電減少發(fā)熱等方法，來達(dá)到節(jié)能的目的。但無(wú)論怎樣設(shè)計(jì)，當(dāng)充電器結(jié)束充電任務(wù)時(shí)，整流電路仍在工作，電能浪費(fèi)并沒有從根本上解決。對(duì)于怎樣讓充電器在結(jié)束充點(diǎn)任務(wù)后斷開電源的方法，國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)的深入的研究設(shè)計(jì)。
    為了解決上面提出的問題，筆者研究了電源充電器的工作原理。充電器主要是由電流繼電器和電源兩部分構(gòu)成，市場(chǎng)上的電源的制作已經(jīng)很成熟，所以研究的重心在于電流繼電器的設(shè)計(jì)上。本文設(shè)計(jì)出了一種用于移動(dòng)設(shè)備的安全節(jié)能的電源控制器。利用這個(gè)電源控制器，實(shí)現(xiàn)了電源充電時(shí)更安全、更省電的目的。

1 電流繼電器
    此安全節(jié)能移動(dòng)設(shè)備電源控制器的基本使用功能是：此設(shè)備上有一個(gè)初始化按鈕QA，每次充電時(shí)，進(jìn)行初始化，之后開始充電。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備電池充滿電時(shí)或者移動(dòng)設(shè)備從充電器上拔下時(shí)，自動(dòng)切斷主電源。
    電流繼電器有取樣回路、調(diào)整、理想整流、電壓放大、電壓放大調(diào)整、兩次電壓比較、微分電路、觸發(fā)三極管等8部分構(gòu)成。
1．1 電流取樣電路
    電流取樣部分選用一種特殊的變壓器T1，使其將流過移動(dòng)設(shè)備電源控制器的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后經(jīng)穩(wěn)壓管VW1，VW2穩(wěn)壓后，再經(jīng)電位器RP1調(diào)整，得到想要的電壓值，并將其送給由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓放大部分。電流采樣電流圖如圖1所示。

1．2 電壓放大電路
    電壓放大電路圖如圖2所示。
    電壓放大部分是由電位器RP1，電阻R11，電阻R12及運(yùn)算放大器構(gòu)成了典型的反向電壓放大電路，項(xiàng)目中選用的電阻分別為RP1=400 kΩ和R11=10 kΩ，由電壓放大電路的計(jì)算公式，經(jīng)計(jì)算知其值放大40倍，且電壓正半軸和負(fù)半軸關(guān)于X軸翻轉(zhuǎn)，由于初始的電壓信號(hào)是一個(gè)正弦信號(hào)，其本身就關(guān)于X軸對(duì)稱，因此翻轉(zhuǎn)后，信號(hào)的波形并沒有改變。2個(gè)對(duì)接的二極管VD1和VD2起到了對(duì)后面放大電路的保護(hù)作用，當(dāng)流過電源控制器的電流過大時(shí)，二極管VD1和VD2交替導(dǎo)通，使信號(hào)電壓小于等于0．7 V，從而保護(hù)后面的電路。
1．3 精密整流部分電路
    電壓放大調(diào)整部分(也叫做精密整流)是由電阻R13、R15，二極管VD3、VD4以及運(yùn)算放大器組成，因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)放大后依然很小，為了使其不失真地傳給下一級(jí)，所以整流過程沒用常見的橋式整流電路。當(dāng)傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)位于X軸的正半軸時(shí)2個(gè)二極管VD3和VD4導(dǎo)通，將信號(hào)送給下一級(jí)，當(dāng)傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)位于X軸的負(fù)半軸時(shí)2二極管VD3截止，由運(yùn)算放大器及R13和R15構(gòu)成了一個(gè)典型的反向電壓放大電路，由于R13等于R15，所以只使信號(hào)翻轉(zhuǎn)而不改變其大小，翻轉(zhuǎn)的信號(hào)經(jīng)二極管VD3送給下一級(jí)。本部分的功能是將正弦交流信號(hào)的X軸以下部分關(guān)于X軸翻轉(zhuǎn)到正半軸，使交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，實(shí)現(xiàn)了全波整流。精密整流電路圖如圖3所示。

1．4 比較和觸發(fā)部分電路
    比較和觸發(fā)部分主要有比較器電路、微分電路、觸發(fā)電路構(gòu)成。其中兩個(gè)比較器由電阻R16、R17，R18，穩(wěn)壓管VW3和2個(gè)運(yùn)算放大器組成。當(dāng)電壓值大于限定值時(shí)生成一段段電壓為+Uom的信號(hào)，并送給微分電路。微分電路由電容C2，電阻R19和運(yùn)放組成，使信號(hào)經(jīng)過它時(shí)生成一個(gè)個(gè)正的脈沖信號(hào)。
    觸發(fā)部分由二極管VD5，電容C3，電阻R20、R21和運(yùn)算放大器組成，使經(jīng)過它的脈沖信號(hào)變?yōu)榭捎|發(fā)控制部分的脈沖信號(hào)，經(jīng)電容C9濾波后使控制端保持高電平，再經(jīng)二極管VD9和電阻R35正反饋給比較器部分，使其脈沖能夠保持。當(dāng)電壓值小于限定值時(shí)生成一段段電壓為-Uom的信號(hào)，并送給微分電路，使信號(hào)經(jīng)過它時(shí)生成一個(gè)個(gè)負(fù)的脈沖信號(hào)。再經(jīng)過觸發(fā)部分使其脈沖信號(hào)經(jīng)電容C9濾波后使控制端保持低電平。觸發(fā)電路圖如圖4所示。

1．5 繼電器控制部分電路
    繼電器控制部分由二極管VD7、VD8，穩(wěn)壓管VW7，三極管V3和繼電器K組成，當(dāng)其端口為高電平時(shí)，三極管V3正向?qū)ǎ抢^電器兩端電壓為高電平，繼電器吸合，同時(shí)二極管V1和電阻R34兩端為高電平，發(fā)光二極管紅燈亮。當(dāng)其端口電壓為低電平時(shí)，三極管截止，繼電器兩端為低電平，繼電器斷開，同時(shí)二極管V1和電阻R34兩端為低電平，發(fā)光二極管紅燈滅。二極管VD7和VD8是為了保護(hù)三極管，以免使其反向擊穿。其中繼電器為雙開關(guān)結(jié)構(gòu)，當(dāng)其斷開時(shí)不但控制外面適配器電源的開關(guān)斷開了，而且連取樣電路的開關(guān)也斷開了，控制器停止取樣，這樣使后面的電路不至于一直工作，而使電路的耗電量明顯下降，從而也符合節(jié)能的理念。不僅如此，只需在控制外面適配器電源的開關(guān)兩邊并聯(lián)上一個(gè)手動(dòng)開關(guān)，則又可將其設(shè)定為安全和普通兩種模式，方便一些用電器在初次使用時(shí)需要充12小時(shí)的情況?？刂齐娐穲D如圖5所示。

2 結(jié)論
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在開始端輸入大于75 mA的交流電，然后初始化QA按鈕，電路開始充電，當(dāng)電池要充滿的時(shí)候，電流開始減小，當(dāng)減小到75 mA的時(shí)候，QA斷開，電路停止工作。這樣，充電器就能避免電源浪費(fèi)和安全隱患等問題。