摘要：針對目前電源充電器的安全和能源浪費的問題，提出一種可以應(yīng)用于移動設(shè)備的安全并且節(jié)能的電源控制器的設(shè)計方法，重點設(shè)計了電流繼電器的電路。通過設(shè)計改進(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。實驗結(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

    隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，電子時代的到來，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”的提出，對充電器節(jié)能的要求就更高了。目前，對于充電器安全和節(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。但無論怎樣設(shè)計，當(dāng)充電器結(jié)束充電任務(wù)時，整流電路仍在工作，電能浪費并沒有從根本上解決。對于怎樣讓充電器在結(jié)束充點任務(wù)后斷開電源的方法，國內(nèi)還沒有相關(guān)的深入的研究設(shè)計。
    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)計上。本文設(shè)計出了一種用于移動設(shè)備的安全節(jié)能的電源控制器。利用這個電源控制器，實現(xiàn)了電源充電時更安全、更省電的目的。

1 電流繼電器
    此安全節(jié)能移動設(shè)備電源控制器的基本使用功能是：此設(shè)備上有一個初始化按鈕QA，每次充電時，進(jìn)行初始化，之后開始充電。當(dāng)移動設(shè)備電池充滿電時或者移動設(shè)備從充電器上拔下時，自動切斷主電源。
    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，使其將流過移動設(shè)備電源控制器的微弱電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，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及運算放大器構(gòu)成了典型的反向電壓放大電路，項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算公式，經(jīng)計算知其值放大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是一個正弦信號，其本身就關(guān)于X軸對稱，因此翻轉(zhuǎn)后，信號的波形并沒有改變。2個對接的二極管VD1和VD2起到了對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，二極管VD1和VD2交替導(dǎo)通，使信號電壓小于等于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以及運算放大器組成，因為信號經(jīng)放大后依然很小，為了使其不失真地傳給下一級，所以整流過程沒用常見的橋式整流電路。當(dāng)傳輸?shù)碾妷盒盘栁挥赬軸的正半軸時2個二極管VD3和VD4導(dǎo)通，將信號送給下一級，當(dāng)傳輸?shù)碾妷盒盘栁挥赬軸的負(fù)半軸時2二極管VD3截止，由運算放大器及R13和R15構(gòu)成了一個典型的反向電壓放大電路，由于R13等于R15，所以只使信號翻轉(zhuǎn)而不改變其大小，翻轉(zhuǎn)的信號經(jīng)二極管VD3送給下一級。本部分的功能是將正弦交流信號的X軸以下部分關(guān)于X軸翻轉(zhuǎn)到正半軸，使交流信號變?yōu)橹绷餍盘?，實現(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。其中兩個比較器由電阻R16、R17，R18，穩(wěn)壓管VW3和2個運算放大器組成。當(dāng)電壓值大于限定值時生成一段段電壓為+Uom的信號，并送給微分電路。微分電路由電容C2，電阻R19和運放組成，使信號經(jīng)過它時生成一個個正的脈沖信號。
    觸發(fā)部分由二極管VD5，電容C3，電阻R20、R21和運算放大器組成，使經(jīng)過它的脈沖信號變?yōu)榭捎|發(fā)控制部分的脈沖信號，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生成一段段電壓為-Uom的信號，并送給微分電路，使信號經(jīng)過它時生成一個個負(fù)的脈沖信號。再經(jīng)過觸發(fā)部分使其脈沖信號經(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，三極管V3正向?qū)?，而是繼電器兩端電壓為高電平，繼電器吸合，同時二極管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，三極管截止，繼電器兩端為低電平，繼電器斷開，同時二極管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)上一個手動開關(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需要充12小時的情況?？刂齐娐穲D如圖5所示。

2 結(jié)論
    實驗結(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)電池要充滿的時候，電流開始減小，當(dāng)減小到75 mA的時候，QA斷開，電路停止工作。這樣，充電器就能避免電源浪費和安全隱患等問題。