節(jié)能斷電保護(hù)電路設(shè)計(jì)集錦—電路圖天天讀（259）

　　一、單片機(jī)的節(jié)能斷電保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　電能為人類帶來了經(jīng)濟(jì)效益，且方便環(huán)保，但應(yīng)節(jié)約用電，注意安全，防止火災(zāi)發(fā)生。節(jié)能是降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的重大課題，用電注意安全，防止火災(zāi)是我們時(shí)刻需要注意的問題。根據(jù)一些引起火災(zāi)的社會(huì)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的節(jié)能斷電保護(hù)電路。

　　1、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　硬件電路如圖1所示。

　　S1為手動(dòng)電源開關(guān);S2按下閉合，放手?jǐn)嚅_;按下S2，單片機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，經(jīng)過2s左右，KM閉合，交流220V可為電器設(shè)備持續(xù)供電，供電 5min后，單片機(jī)根據(jù)傳感器檢測到的信息控制電源的供電;當(dāng)某一路傳感器檢測到信息使P1.1為高電平時(shí)，P1.0輸出5V高電平至U4的3腳，而U4 的2腳只有1.5V，這樣U4的1腳輸出高電平使VT1導(dǎo)通，VT2導(dǎo)通，使12V的直流電源可以為繼電器JZC-36F的線圈供電，KM閉合，使交流 220V可為電器設(shè)備正常供電。當(dāng)傳感器檢測到信息使P1.1為低電平時(shí)，延時(shí)1min后，再次檢測P1.1，若連續(xù)5minP1.1為低電平，使 P1.0輸出低電平至U4的3腳，使U4的1腳輸出低電平至VT1的基極，VT1截止，VT2截止，繼電器JZC-36F線圈斷電，KM斷開，切斷交流 220V供電。

　　VD3，VD4為實(shí)現(xiàn)線或而接的隔離二極管，VD2為保護(hù)二極管，VD1是為了抬高VT1的發(fā)射極電位，VT2必須采用功率較大的三極管，如JE9051硅中功率晶體管。為了使繼電器可靠地動(dòng)作，電路中設(shè)計(jì)了+5V和+12V兩種電源，元器件的型號(hào)或參數(shù)見表1。

　　2、傳感器信號(hào)處理電路

　　傳感器信號(hào)處理電路如圖2所示。人體紅外傳感器用于檢測人體發(fā)出的特定波長的紅外線，進(jìn)行非接觸式距離較遠(yuǎn)的檢測，其工作電壓為3～15V;當(dāng)人體進(jìn)入傳感器感測區(qū)域時(shí)，傳感器接收到頻率為0.1～8Hz的人體紅外信號(hào)，2腳即輸出微弱的交流信號(hào)。

　　傳感器2 腳的輸出信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大后，從U6的1腳輸出，信號(hào)幅度為0.5～5V，直流分量為3V。U7，D5，D6，R14，R15，R16，R17，組成雙門電壓比較器，若U6的1腳無信號(hào)輸出，則U7的2腳為3.3V，U7的3腳為2.7V，U7的1腳輸出低電平;當(dāng)U6的1腳輸出大于4V或小于2V時(shí)，U7 的1腳輸出高電平至CPU。

　　二、用于信息發(fā)布系統(tǒng)的斷電保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　1、斷電保護(hù)模塊設(shè)計(jì)

　　斷電保護(hù)模塊輸入為直流12 V（12VIN）電壓，輸出為可控的12 V（12VOUT）電壓。它主要由斷電檢測模塊、鋰電池模塊、電源切換控制模塊和主控制器MCU 四個(gè)部分組成，功能框圖如圖2所示。由于鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，選擇鋰電池為斷電保護(hù)備用電源。系統(tǒng)正常供電時(shí)，12VOUT=12VIN;系統(tǒng)斷電時(shí)，斷電檢測模塊產(chǎn)生檢測信號(hào)DET1和DET2，主控制器MCU及時(shí)將電源切換到鋰電池模塊輸出，即 12VOUT=VBAT，然后發(fā)出關(guān)機(jī)命令ON/OFF.PC完成當(dāng)前處理后關(guān)機(jī)，主控制器MCU會(huì)檢測到DETECT狀態(tài)跳變，進(jìn)而切斷負(fù)載，保護(hù)電池輸出。

　　圖3 斷電保護(hù)模塊功能框圖

　　2、 鋰電池模塊

　　鋰電池在使用過程中需要嚴(yán)格控制其電壓、電流和溫度，過充、過放、過流和過溫都會(huì)引起電池?fù)p壞，影響電池使用的安全性。本設(shè)計(jì)采用 CONSONANCE公司的CN3705鋰電池充電管理集成電路對鋰電池實(shí)現(xiàn)充電管理，為使電池充電到VBAT=12 V，輸入VCC要滿足VCC-VBAT》2 V，因此需要先升壓使VCC=15 V，具體通過升壓電路實(shí)現(xiàn)。

　　本設(shè)計(jì)中PC電源要求為直流12 V/1.5 A，PC的最低工作電壓VMIN（PC）為8 V，選擇的鋰電池規(guī)格為ICR18650?2200mA?11.1V.其組合方式為ICR18650?3S1P;標(biāo)稱電壓為11.1 V;標(biāo)稱容量為2200 mAh;尺寸為19 mm&TImes;56 mm&TImes;70.5 mm.電池充電管理電路的原理圖如圖5所示。

　　圖4 電池充電管理電路原理圖

　　設(shè)置充電電壓：VBAT=VREG=12 V;充電電流：ICH=0.2C=0.2&TImes;2200 mA=440 mA.根據(jù)其規(guī)格書計(jì)算得到：RCS=0.2 V/ICH=0.45 Ω，VBAT=2.416 V&TImes;（1+R7/R6）=12 V;取R6=68 kΩ，得到R7=270 kΩ;取R3=10 kΩ， 得到IEOC=［1.278 V×（14 350+R3）］/（RCS×106）=0.044 A.

　　2.1 斷電檢測電路設(shè)計(jì)

　　當(dāng)市電斷掉時(shí)，交直流轉(zhuǎn)換電源的輸出電壓12VIN消失。原理圖如圖6所示，12VIN的下降，導(dǎo)致Q3基極電壓跟隨下降，發(fā)射極由于電容C11已經(jīng)儲(chǔ)存了電量，其電壓下降較慢。當(dāng)基極比發(fā)射極低0.7 V時(shí)，Q3導(dǎo)通，從而Q2導(dǎo)通，使DET1由高電平變?yōu)榈碗娖?，直到C11放電結(jié)束，Q3和Q2又變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，DET1恢復(fù)高電平。因此，斷電發(fā)生時(shí)，DET1會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低脈沖信號(hào)給MCU.DET2取自電阻分壓，電源正常時(shí)分壓值為5 V，斷電后為0 V.

　　圖5 斷電檢測電路原理圖

　　編輯點(diǎn)評：本文設(shè)計(jì)了一種成本低，既可有效節(jié)約電能，延長電器設(shè)備的使用壽命，又可防止電火災(zāi)的節(jié)能與斷電保護(hù)電路，該電路設(shè)計(jì)靈活、體積小、方便內(nèi)嵌，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在實(shí)際項(xiàng)目中獲得了成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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