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引言
通過廣東佛山創(chuàng)思特電器有限公司生產(chǎn)的MTC-02智能廣播系統(tǒng)，可使一個(gè)單位員工的起床、開飯、上下班、操課、洗漱、就寢等號(hào)聲均
由該系統(tǒng)定時(shí)播放。其中打鈴的區(qū)域?yàn)檗k公樓和公寓樓，共配備揚(yáng)聲器20只，其中辦公樓揚(yáng)聲器10只，公寓樓公樓揚(yáng)聲器10只。所用揚(yáng)聲器為菲利浦吸頂式揚(yáng)聲器，此揚(yáng)聲器帶100V變壓器，可輸出3W、6W的功率。這些揚(yáng)聲器按樓層分區(qū)進(jìn)行控制，為此又配備了兩臺(tái)功放。2009年，由于各分區(qū)音量只能統(tǒng)調(diào)，公共廣播系統(tǒng)功放改用合并式定壓功放，它具有六分區(qū)，每分區(qū)音量可獨(dú)自調(diào)整。
從使用情況來看，公共廣播系統(tǒng)功放故障頻繁，維修成本較高。新更換的功放工作一個(gè)月就可能出現(xiàn)故障，而不得不以原功放代用。當(dāng)時(shí)以為是設(shè)備質(zhì)量問題，與廠商聯(lián)系，答復(fù)功放不能連續(xù)工作，當(dāng)時(shí)筆者還很不以為然。一個(gè)多月后，原功放也發(fā)生故障，還好功放已修好返回，同時(shí)還有一個(gè)備用功放。那么，是什么原因使得功放頻繁故障？通過現(xiàn)場(chǎng)查看線路情況，發(fā)現(xiàn)功放設(shè)備直接接入220V交流電源并全天24小時(shí)工作，長(zhǎng)年如此，功放故障率自然很高，同時(shí)電能浪費(fèi)也非常嚴(yán)重。
1 、功放電源控制器的設(shè)計(jì)思想
如何才能有效地解決上述問題呢？其實(shí)，MTC-02智能廣播系統(tǒng)雖然是廣東佛山創(chuàng)思特電器有限公司的早期產(chǎn)品，但還是具有一定的節(jié)電
功能，它可以通過編制程序控制后續(xù)的功放何時(shí)工作何時(shí)關(guān)閉，當(dāng)然，還需要在其公司產(chǎn)品時(shí)序電源控制器支持下才能實(shí)現(xiàn)。單位在公共廣播系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，不知何原因未考慮時(shí)序電源控制器，而是讓MTC-02后續(xù)功放設(shè)備各自直接接入220V交流電源，全天24小時(shí)加電工作，這就是造成設(shè)備故障率高、電源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重等問題之所在。
由于沒有配套時(shí)序電源控制器的支持，單位公共廣播系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)功放電源的定時(shí)開關(guān)。系統(tǒng)設(shè)備只能全天開著，這對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行和節(jié)約能源都極為不利。按功放耗電功率為320瓦，每天播音2小時(shí)，待機(jī)20小時(shí)計(jì)，每天待機(jī)耗電6．4度，以每度0．5元計(jì)，每天待機(jī)費(fèi)用3．2元，一年下來只待機(jī)耗電費(fèi)用就達(dá)1000多元。特別是在夏秋季氣溫較高，這些設(shè)備整天開著會(huì)造成機(jī)器溫度升高，加速元器件的老化，因此，夏季經(jīng)常有設(shè)備損壞，維修成本更高。另外，由于號(hào)聲是按作息時(shí)間表定時(shí)響起的，每次持續(xù)時(shí)間不過幾十秒鐘，因此，設(shè)計(jì)一套功放電源控制器實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制功放電源開關(guān)，在降低設(shè)備的運(yùn)行成本和節(jié)約能源等方面都是十分必要的。
經(jīng)查閱MTC-02相關(guān)技術(shù)資料，MTC廣播系統(tǒng)有兩個(gè)接口提供給時(shí)序電源控制器使用。1路是系統(tǒng)供電（SYS．P AC220V）；1路是SYS．P同步電平外控口。SYS．P系統(tǒng)供電作為時(shí)序電源控制器的電源，SYS．P同步電平送給時(shí)序電源控制器作為控制信號(hào)以控制時(shí)序電源控制器的電源輸出。SYS．P同步信號(hào)為5V直流電平（TTL電平）。經(jīng)實(shí)地檢測(cè)，編制程序設(shè)定“電源開”時(shí)，此信號(hào)為4．5V（DC）；設(shè)定“電源關(guān)”時(shí)，此信號(hào)為0V。
因此，設(shè)計(jì)功放電源控制器時(shí)，可利用MTC-02系統(tǒng)供電（SYS．P AC220V）輸出接口及SYS．P同步電平外控口，并以固態(tài)繼電器作為主控元件，輔以抗干擾電路和保護(hù)電路。通過功放電源控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)公共廣播系統(tǒng)中所有音頻功率放大器的定時(shí)開關(guān)，使所有音頻功放僅在打鈴點(diǎn)前后較短時(shí)間內(nèi)通電工作，而在其它時(shí)間處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，這樣就可達(dá)到節(jié)約用電、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。
2 、功放電源控制器的設(shè)計(jì)
功放電源控制器的基本原理是實(shí)現(xiàn)以直流控制交流。具體來說就是用MTC-02廣播系統(tǒng)的同步電平信號(hào)SYS．P控制功放電源控制器輸出交流電源。
用直流控制交流，常見的電子器件有電磁式繼電器和固態(tài)繼電器兩種。電磁式繼電器使用簡(jiǎn)便，但安全性差、閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧、通斷時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命短。固態(tài)繼電器有著電磁式繼電器無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，它靈敏度高、轉(zhuǎn)換快速、壽命長(zhǎng)、電磁干擾小。
2．1 功放電源控制器的組成
功放電源控制器主要由主控元件（固態(tài)繼電器）、抗干擾電路及過壓保護(hù)電路組成。其組成框圖如圖1所示。
固態(tài)繼電器是功放電源控制器的核心元件，用于實(shí)現(xiàn)直流控制交流輸出；抗干擾電路用以消除干擾信號(hào)串入SYS．OK，防止誤觸發(fā)固態(tài)繼電器，造成功放電源控制器功能紊亂；過壓保護(hù)電路是防止電源接通與斷開瞬間產(chǎn)生較高浪涌電壓而損壞固態(tài)繼電器內(nèi)部雙向可控硅元件的電路。SYS．OK是MTC廣播系統(tǒng)輸出的同步信號(hào)（5V直流電平），用于控制固態(tài)繼電器動(dòng)作。SYS．P（AC220V）是MTC廣播系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)電源，可作為功放控制器的電源。圖2所示是該功放電源控制器的電原理圖。
2．2 固態(tài)繼電器的選用
固態(tài)繼電器是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件，它利用電子元件（如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可以無觸點(diǎn)、無火花的接通和斷開電路，因此，又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。
圖3所示是固態(tài)繼電器的工作原理圖，其中部件①～④構(gòu)成交流SSR的主體。從整體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端（A和B）及兩個(gè)輸出端（C和D），是一種四端器件。工作時(shí)只要在A、B加上一定的控制信號(hào)，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，從而實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能。其中
耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入、輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的（電）聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入／輸出端之間的絕緣（耐壓）等級(jí)很高。由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，故在使用中可直接與計(jì)算機(jī)的輸出接口相連，即受“1 ”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路④工作，但是，由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等信號(hào)污染電網(wǎng)，為此特設(shè)了“過零控制電路”。所謂“過零”，是指在加入控制信號(hào)且交流電壓過零時(shí)，SSR即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，SSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)（零電位）時(shí)，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌（電壓）對(duì)開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾（甚至誤動(dòng)作）而設(shè)計(jì)的，一般選用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻（壓敏電阻器）。
本系統(tǒng)所用功放的功率為320W，以兩臺(tái)計(jì)，負(fù)載總功率為640W，考慮到余量，可選用負(fù)載電流5A的SSR-5DA固態(tài)繼電器。SSR-5DA固態(tài)繼電器采用雙向可控硅輸出，零電壓開啟，零電流關(guān)閉；輸入回路與輸出回路用光隔離；輸入輸出端的隔離耐壓為2500V。
2．3 抗干擾電路的設(shè)計(jì)
為了防止串入干擾信號(hào)而造成固態(tài)繼電器的誤動(dòng)作，本設(shè)計(jì)加入了抗干擾電路?？垢蓴_電路主要由電感元件組成，因?yàn)殡姼性型ㄖ绷餍盘?hào)而阻交流信號(hào)的作用，其作用主要是濾除高頻及交流電的干擾。
2．4 過壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
快速熔斷器和空氣開關(guān)是一種通用的過電流保護(hù)方法?？焖偃蹟嗥骺砂搭~定工作電流的1．2倍來選擇，一般小容量可選用保險(xiǎn)絲。特別要注意負(fù)載短路，這是造成SSR產(chǎn)品損壞的主要原因。除用RC電路保護(hù)外，建議采用壓敏電阻并聯(lián)在輸出端以作為組合保護(hù)。金屬氧化鋅壓敏電阻（MOV）面積的大小可決定吸收功率，厚度則決定保護(hù)電壓值。交流220V的SSR可選用MYH12／430V的壓敏電阻。
設(shè)計(jì)時(shí)，在輸出回路中還應(yīng)附加一個(gè)瞬態(tài)抑制電路，其目的是保護(hù)固態(tài)繼電器。通常的措施是在繼電器輸出端加裝RC吸收回路（例如：R=150 Ω，C=0．5μF或R=39Ω，C=0．1μF），以有效抑制加至繼電器的瞬態(tài)電壓和電壓指數(shù)上升率dV／dt。另一個(gè)措施是在繼電器輸出端接入具有特定鉗位電壓的電壓控制器件，如雙向穩(wěn)壓二極管或壓敏電阻（MOV）。壓敏電阻的電流值應(yīng)按下式計(jì)算：
其中Zs為負(fù)載阻抗、電源阻抗以及線路阻抗之和，Vmax、Vmov分別為最高瞬態(tài)電壓和壓敏電阻的標(biāo)稱電壓，對(duì)于常規(guī)的220V和380V的交流電源，推薦的壓敏電阻的標(biāo)稱電壓值分別為440～470V和760～810V。
3 、實(shí)際應(yīng)用
在MTC-02廣播系統(tǒng)加入功放電源控制器后，通過人工編制程序，可使此系統(tǒng)具有自動(dòng)關(guān)閉后續(xù)功放設(shè)備電源的功能。人工對(duì)MTC-02編制程序，每一打鈴前1分鐘啟動(dòng)功放電源，使功放提前進(jìn)入工作狀態(tài)，打鈴結(jié)束后2分鐘關(guān)閉功放電源，以使功放有時(shí)間盡可能散熱。而在其他時(shí)間，功放處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，這樣便可達(dá)到節(jié)約用電、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低運(yùn)行費(fèi)用之目的。如系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)偏差，只需校準(zhǔn)MTC-02時(shí)鐘即可，因而操作非常簡(jiǎn)單方便。
4、 結(jié)束語(yǔ)
使用功放電源控制器可對(duì)單位公共廣播系統(tǒng)的音頻功放進(jìn)行定時(shí)控制。經(jīng)過測(cè)算，每天至少可以節(jié)約3度電。本設(shè)計(jì)的整套功放電源控制器所用的器件數(shù)量相當(dāng)少，控制流程也相當(dāng)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是創(chuàng)新地利用了MTC-02廣播系統(tǒng)的接口，并借助SSR-10DA固態(tài)繼電器來實(shí)現(xiàn)功放電源控制的設(shè)計(jì)與制作。該控制器無須進(jìn)行任何相關(guān)操作，只要對(duì)MTC-02編制程序即可。另外，該方案稍加補(bǔ)充修改，也可實(shí)現(xiàn)單位熱水器的電源定時(shí)控制，同樣也可達(dá)到降低故障率、節(jié)約能源之目的。
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