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远程电源控制器

原文刊登在《QST》杂志2007年第9月刊
远程电源控制器
使用这个简单的装置,免去每次插拔电池插头的麻烦。
作者 / 麦克·布莱斯(Mike Bryce, WB8VGE)
编译 / 冯田雨
翻译:LifeWieller
本文已发表于《电子制作》2015年11月刊

我一直很喜欢修理旧电台,同时希望即便在停电时候也能使用电池继续通联,这是推动我进行这个小制作的两个主要原因。
我使用的电台之一是Ten-Tec Triton IV电台,这个电台是全固态电台,可以使用电池供电,它的接收部分效果很好,并且足够省电;在使用电池供电进行发射时能够输出足够功率,最使我满意的是这个电台没有使用单片机,不用担心程序丢失。
但是这个电台最大的问题是电源——电台前面板没有电源开关,如果你要关闭电台,只能拔掉电源连接线。并且,由于电台本身没有电源开关,即便使用交流电源供电,也只有在配合Ten-Tec 262电源适配器使用时才能通过关闭电源开关的方式关闭电台[注释1:Triton IV电源适配器型号是Ten-Tec 262]。
Triton IV电源适配器电源开关通过控制交流输入端开关来控制电台开关,在当时,电源开关的设计无法承受13.8V,超过20A的电流。Triton IV不是唯一有这个问题的电台,其他Ten-Tec电台,如Omni系列,Corsair系列和Argosy系列同样具有这个问题。另外,我的Heathkit SB-104电台同样有这个问题。事实上,很多老型号的全固态电台都有这个问题。

解决问题
我的解决方法如图1所示,使用一个电源控制器控制电台电源开关。控制电台电源的开关安装在电台前面板上,通过导线连接到控制器上,控制内部继电器吸合,由继电器控制电台电源通断。但是,像这种大电流继电器在吸合时需要的电流也很可观,在使用电池供电时,为保持继电器吸合消耗的电能是一笔不小的浪费。

——一种巧妙的改进
在电路中,我使用功率MOSFET Q1来控制继电器电源。Q1通过电台电源开关控制,控制电压经限流电阻R3连接到Q1的栅极。在开关断开瞬间R2用来对 Q1栅极放电,在开关断开后电阻R4将Q1栅极接地,防止Q1受干扰导通。同时R4还有一个作用。由于R4,在电源开关上会流过约2mA电流,这样可以确保电源开关接触良好。
电容C1在继电器线圈上电瞬间呈短路状态,确保继电器能够正常吸合。在吸合之后,电容C1通过继电器线圈放电,恢复为断路状态,此后电流通过R1限流后提供给继电器线圈,电流足够保持继电器吸合状态。继电器维持吸合状态需要的电流大大小于吸合瞬间需要的电流,大约只有吸合瞬间电流的一半,通过这种方式可以降低继电器正常工作时的电流消耗。对于我使用的继电器,正常吸合电流为90mA,使用上述电路,吸合后工作电流只有40mA。虽然听起来不是很多,但在几个小时或几天的通联中能够为你省下若干瓦时的电量。
除此之外,电路中还包括一个指示灯DS1,指示电源控制器工作状态。有人会说,这个指示灯也会增加功耗,所以如果你想尽可能降低电源控制器自身功耗,也可以省掉指示灯。二极管D1用来吸收继电器断开瞬间的反向电动势。
为减小射频干扰和其它噪声,我在电路中增加了电容C2,C3和C4。出于安全考虑,我在电路中增加了20A ATC刀形保险丝。对于Triton IV电台,还需增加额外的磁断路器[注释2:老型号的Ten-Tec电台没有驻波保护电路,依靠电源适配器防止电台损坏。在驻波比高时,电台输入电流增加,超过正常输入电流,触发电源适配器过流保护,使电台断电。你需要将电源断开,重新上电才能继续使用。在使用电池供电时,Ten-Tec建议使用磁断路器作为保护措施。Ten-Tec推荐的型号是AIRPAK T11-1-20.0A快响应磁断路器]。

制作远程电源控制器
我使用双面印刷电路板制作的电源控制器。你也可以购买套件制作[注释3:套件价格为20美元,外加5美元运费。单独PCB为10美元外加5美元运费。购买请联系SunLight Energy System,995 Manchester Ave SW, North Lawrence, OH, 44666,可通过Mastercard,Visa或PayPal付款,电子邮箱是[email protected]]。套件安装很简单,除R1外,多数元件参数要求都不严格。你可以用你能找到的参数相近的元件代替。对于R1,如果阻值太大,继电器RY1不能保持吸合,太小会增加控制器自身功耗。经过测试,对于我使用的继电器150Ω电阻比较合适。你也可以使用Potter&Brumfield T90继电器,Mouser的元件编号是655-T90S1D12-12。另外一种比较便宜的继电器的Mouser编号是655-T90N1D12-12。
控制继电器的功率MOSFET对静电敏感,所以在安装到电路板之前需要注意防止静电,特别是在家中铺有地毯的情况下。在安装之后就不用太担心静电问题了。
如果你对自己有信心,也可以采用洞洞板或搭棚方式制作,这都没问题。但对于初学者,在PCB上进行制作仍然是最简单的方式。实际上,我发现这个小装置很好用,到目前为止我已经制作了超过十个电源控制器。

功能测试
将PCB上的元件安装好之后,进行简单测试确保元件安装正确。你需要一台13V带限流的电源适配器。不要直接接上电池测试。如果元件有问题或连错线,电池提供的电流足以把PCB板铜箔烧断。
在连上电源后,电源控制器应该没有反应。短接PSW1和PSW2两端,你能听到继电器“咔嗒”一声,同时指示灯亮。用电压表测量“TO RADIO”点和地之间的的电压应为+13V左右,断开PSW1和PSW2,继电器触点断开,LED指示灯熄灭。
为验证C1和R1构成的改进电路的效果,你可以先将R1断开,然后短接PSW1和PSW2,继电器会短暂吸合然后松开,这是由于C1在吸合瞬间呈短路状态,提供了继电器吸合需要的电流,但在吸合后不能保持电流流过。将R1接回电路中,这时继电器可通过R1得到维持吸合状态需要的电流。
元件焊好之后,我用从RadioShack买到的塑料盒安装PCB,然后使用Anderson Powerpoles连接器连接到电池。在电台一端使用相应的连接器连接到电台。较老型号的电台,如Triton IV,使用的是Jones连接器,较新型号的电台使用的是4脚Molex连接器。

不仅仅为电台设计
这个控制器不仅可用于控制电台电源,在其他需要控制低压大电流的场合同样可以使用。现在我的温室通风风扇,操作台照明灯已经改用电源控制器控制开关,并且我还计划使用电源控制器控制车载VHF功放电源。
现在,我可以在电台前面板控制电台电源开关,就和新型电台一样,再也不用每次插拔电池插头了!

麦克·布莱斯(Mike Bryce, WB8VGE)在1975年首次获得业余无线电执照,目前持有业余无线电高级执照。作为马西隆业余无线电俱乐部会长,QRP名人堂成员,QST和ARRL图书作者,麦克经常在40米波段进行CW通联,或在18.1575MHz频率与其他HFPack成员通联。麦克喜欢钻研太阳能相关技术,并成功利用太阳能为家中和电台室供电。除此之外,麦克还喜欢收集和维修旧的Heathkit和Drake电台。在空闲时间,麦克还经常开车外出进行通联。

图1 远程电源控制器电路原理图。
C1——1000μF,16V电解电容
C2——0.01μF
C3——0.1μF
C4——220μF,16V电解电容
D1——1N4002
DS1——发光二极管
F1——20A汽车用刀形保险丝
Q1——IRF510功率MOSFET
R1——150Ω,1W
R2——15KΩ,1/4W
R3——10KΩ,1/4W
R4,R5——1KΩ,1/4W
RY1——T-90 Omron继电器,Mouser编号653-G8P1A4TP-DC12
图中:小数标注的电容容量以微法(μF)表示,其他电容容量以皮法(pF)表示,电阻单位为欧姆(Ω),K=1,000,M=1,000,000。

图2 远程电源控制器成品PCB照片。

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