自动断电电源插座研究

刘杨 阳瑞霖 刘汉城

摘要：针对日常生活中家用电器产品长期处于待机状态造成耗电大的现象，研究并开发一种自动断电电源插座是有必要的。该插座可根据用电设备电流大小的不同来判断用电设备为工作状态还是待机状态。如果检测为工作状态转为待机状态时，主控电路控制插座电源停止输出，实现自动断电。实践证明，该插座能在用电设备工作中实现自动断电，既保证了用电安全，又可以降低日常电器静态功耗造成的用电损耗。

关键词：自动断电；电源插座；安全用电；节能

随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，家用电器成了.人们生活的重要组成部分。调查结果表明，目前我国有近70%的家庭使用家用电器后电器处于待机状态，而且还有30%。的市民不知待机会耗电。节能环保中心的专家们指出电器长期待机不仅耗电惊人，而且还让意外事故频频发生、同时还会降低电器使用寿命。中国电子商会电源专业委员会、北京电源行业委员会专家指出，降低家用电器待机能耗有手动方式和自动两种方式。手动方式是最简单最直接的切断电源的方式，但实际使用过程中，如台式计算机在关机时，系统关闭需要一定的时间，需等系统关闭后，才可关断总电源，由于系统关闭需要等待一段时间，大多数使用者都会选择系统还未关闭人就离开了计算机，计算机在系统关闭后一直处于待机状态。为解决家用电器待机危害和耗能问题，利用数字集成电路设计一种根据用电设备电流大小不同进行自动关断电源的自动断电电源插座。

1 自动断电电源插座总体方案设计

1.1 总体结构设计

自动断电电源插座主要由手动启动按钮、交流电源输入、启动延时电路、主控电路、主设备电流检测电路、驱动控制电路、直流供电电路、主设备插座以及外部设备插座。采用NE555时基电路作为主控电路，由一个主设备插座和一个或一个以上外部设备插座为设备提供输出电源。交流电源输入的其中一路直接通过驱动控制电路与外部设备插座、主机插座单元相连，另一路通过手动启动按钮经直流供电电路后再与主设备电流检测电路、启动延时电路和主控电路相连。另外主设备电流检测电路和启动延时电路均与主控电路的输入端相连，而主控电路的输出端通过驱动控制电路与外部设备插座、主机插座单元相连，其总体结构如图1所示。

1.2 主要功能电路分析

1.2.1 直流供电电路

直流供电电路采用阻容降压结构电路，阻容降压的核心部分为电阻和电容并联电路，其工作原理是利用容抗限流，其电容器为限制电流和动态分配电容器及负载两端电压的角色，由于阻容降压电路空载时市电220V电压大部分都加到电容C上。故电路设计过程中其限流（降压）电容器C-定要选择高耐压值且大于两倍电源电压值。实际上此电路中的电容仅起到限流作用， 它类似于电阻有自身的容抗抑制电流，因此阻容降压电路类似于市电串接电阻后输出，实际的输出电压取决于负载电抗，极不稳定。一般都采用稳压管进行稳压，在输出电流小于最大电流情况下，输出电压值等于稳压管电压。

1.2.2 主控电路

主控电路采用555时基电路，外部另配上适当阻容元件即可以构成单稳态触发器，单稳态触发器存在稳态和暂稳态两种状态。当有触发脉冲信号输入时，单稳态触发器将由稳态变为暂稳态，其暂稳态保持一定时间后，能自动返回到稳定状态。当没有触发脉冲信号时，其单稳态触发器处于稳态。为确保电路能够实现单稳态触发，其触发脉冲信号必须是窄脉冲信号，且比暂稳态的时间还要短，否则触发作用将始终存在，输出信号将不能返回至低电平。

1.2.3 驱动控制电路

继电器控制电路包括继电器和二极管，驱动控制电路继电器线圈一端与主控电路输出端相接，另一端与直流供电电源接地端相连，当主控电路输出为高电平时继电器的线圈通电，此时继电器触点闭合，从而实现了主控电路对继电器的控制。当主控电路输出为低电平时继电器绕组会感应出一个较大的自感电压，为了消除这个感生电动势对电路造成的有害影响，继电器线圈两端反向并联一个二极管吸收反向感生电动势，确保产生的感生电动势叠加后加到控制继电器线圈的主控电路输出端跟地之间不会被击穿。

2 电路设计

2.1 电路结构

自动断电电源插座电路图如图2所示。

其主控电路采用由555时基电路。直流供电电路采用阻容降压结构电路，由电容CI、C2、C3、电阻Rl、R2以及二极管Dl、D2、D5组成。电容C4和电阻R4构成启动延时电路，相线L和零线N实现交流电源输入。主设备电流检测电路包括电容C5，电阻R3R5，三极管Q1和二极管D3。驱动控制电路由继电器Kl以及二极管D4构成。主设备电源插座单元为Jl，外部设备插座为J2。交流电源输入的相线L通过启动按钮SI与直流供电电路并联的电阻R1电容CI相接，主设备电流检测电路的电阻R8和主控电路的4、8脚与直流供电电路的输出端相接，启动延时电路的电阻R4和电容C4相连再与主设备电流检测电路的三极管oi集电极、主控电路的2、6脚相连，驱动控制电路的Kl、D4与主控电路的输出端相接，交流电源输入相线L和外部设备插座J2、主设备插座单元Jl均与驱动控制电路中继电器Kl的被控端1、2端和启动按钮的公共端相连，主设备插座的另一端通电流检测电路中的取样电阻R5再与220V交流电源输入零线N相连。

2.2 断电工作原理

当启动按钮SI按下时，220V交流电源经SI后由R1、CI完成降压，Dl、D2实现整流，R2起限流作用，C2、C3滤波，再由12V稳压管D5稳压输出12V直流电源，该直流稳压电源由启动延时电路中的电阻R4向电容C4充电时，主控电路中555集成电路2、6脚电压低于8V，主控电路的输出端输出电压为直流电源电压，驱动控制电路K1的控制端3、4得电，被控端1、2闭合，主设备插座Jl、外部插座J2和直流供电电路得电，当启动按钮按下后30秒内主设备仍未工作，电流取样电阻R5上检测到通过主设备插座的电流较少，三极管oi截止，集电极为直流电源电压。此时启动延电路中电容C4没有发生突变，电源由电阻R4向电容C4充电，当充电至主控电路555集成电路2、6脚电压高于8V时，其输出端输出为零，此时驱动控制电路中K1的被控1、2端断开，直流供电电路、主设备插座J1和外部设备插座J2的交流电源被自动断开。当30秒以内开启主设备的电源开关，主设备插座中的取样电阻R5上产生压降经D3整流C5滤波后，再由R3与三极管oi的基极相连，三极管01导通，三极管的集电极电压为零，主控电路的输出端输出直流电源电压，驱动控制电路Kl继续维持闭合状态，主设备插座Jl、外部设备插座J2和直流供电电路得电。当主设备关机后处于待机状态，主设备插座电路中的电流取样R5检测到流过主机插座的电流减少，三极管oi截止，三极管oi的集电极为直流电源电压，由于启动延时电路中电容C4没有突变，电源通过电阻R4向电容C4充电，当充电至主控电路555集成电路的2、6脚电压高于8V电压时，主控电路输出端输出为零，驱动控制电路中K1的被控1、2端断开，直流供电电路电路、主设备插座Jl和外部设备插座J2的220V交流电源被切断，达到了电源插座自动断电功能。

3 结语

基于用电设备关机后转待机情况电流变化的不同设计了一种自动断电电源插座，能够实时响应、方便使用、节能环保，其稳定性和可靠性完全满足人们使用需要，真正实现了待机自动断电的功能。