STCC05-BD4型空調器控制電路的功能和工作原理

關鍵詞：STCC05-BD4 家用控制電路 MCU接口 零電壓同步

STCC05-BD4是意法半導體（ST）公司于2004年推出的空調器控制電路，可用于電冰箱、電烘箱、壓縮機、風扇、加熱器和閥門等電路的數(shù)字控制。

1 主要特性

較寬的工作電壓范圍：7V～18V；

5V5%穩(wěn)壓器，輸出電流為50mA；

MCU復位電路帶觸發(fā)延時和滯后；

30μs的數(shù)字濾波器，過零電壓同步（ZVS）輸出信號與輸入（VSYN）反相；

3個輸出都是50mA的繼電器線圈驅動器，分別可驅動3A的繼電器，一個輸出150mA的繼電器線圈驅動器能驅動20A的繼電器；

帶使能腳和軟關斷的30mA峰值電流蜂鳴器驅動器；

12V～5V的非反相電平移位器用于速度傳感器或門開關接口，為MCU提供電信號；

工作環(huán)境溫度：-20～+85℃；

高集成度大大減少了系統(tǒng)元件數(shù)量；

高瞬變突發(fā)抗擾性和靜電放電（ESD）保護符合IEC61000-4標準；

易于設計，易于焊接和裝配；

優(yōu)異的技術性能和較高的可靠性。

2 內部結構及引腳功能

STCC05-BD4采用DIP-20封裝，引腳排列如圖1所示，引腳功能如表1所列。

表1 STCC05-DB4的引腳功能

STCC05-BD4內集成了4個帶退磁二極管的繼電器線圈驅動器、一個蜂鳴器驅動器、一個5V穩(wěn)壓器、MCU復位電路、過零電壓同步（ZVS）電路及速度傳感器電平移位器，其組成如圖2所示。

3 功能與工作原理

3．1 電壓供給

微控制器（MCU）電壓由圖3所示的STCC05-BD4內部穩(wěn)壓器輸出腳VDD提供。腳VPS上的DC輸入電壓范圍為7V～18V，腳VDD的輸出電壓為5V5%，輸出平均電流達50mA。電壓調整器設置有過熱關閉電路和過流限制器。熱關閉電路由一個PN結溫度傳感器和一個滯后比較器組成，當結溫達到170℃時能切斷通路元件。過流限制器利用一個并聯(lián)電阻器Rsense來感測電流。對輸出短路和加電時產(chǎn)生的浪涌電流，過流限制器可使電路免受其損害。

3．2 復位電路

圖4給出STCC05-BD4的復位電路，它保證穩(wěn)壓器輸出的低電壓檢測（LVD）。多數(shù)MCU的RESET腳是低電平有效的。因此STCC05-BD4的RST腳也是低電平有效。圖中的復位比較器用來感測VDD電壓，當VDD大于高門限電壓VH=3.75V時，RST腳延時TUP后變?yōu)楦唠娖?，若VDD小于低門限電平VL=3.4V,RST腳則在延時TDW之后變?yōu)榈碗娖?。延遲時間Tup、TDW取決于RST腳外接電容器Cup的容值及RST腳的觸發(fā)門限VTH。若CUP為100nF，當VTH=VH/2=1.875V時，TUP=400μs；當VTH=VL/2=1.7V時，TDW=200μs。

圖5

3．3 過零電壓同步（ZVS）電路

ZVS電路產(chǎn)生的ZVS信號可使整個信號與AC電壓為電路提供保護，其中包括2kV的靜電放電（ESD）保護和一個30μs的數(shù)字濾波器，從而使MCU具有高抗擾能力。

3．4 繼電器線圈驅動器

繼電器線圈驅動器電路如圖7所示。IN1-IN4上的輸入信號由MCU提供，繼電器晶體管集電極連接一個退磁二極管。由STCC05-BD4的腳RL1、RL2和RL3驅動繼電器線圈，該線圈的最小電阻為580Ω，VPS=12V的功耗為0.25W。以上特性相當于3A的繼電器，如VTR-F3AA-12V或JQ1A-12V系列。RL1-RL3腳能分別輸出50mA的驅動電流。

圖6

RL4腳輸出電流可達150mA，能驅動電阻至少為130Ω、功耗不超過1.1W的繼電器線圈。這樣的線圈相當于一個20A的繼電器，如G4A-E-DC/2、OM1F-S-112或UKH12S系列。

3．5 帶使能控制的蜂鳴器驅動器

MCU可利用一個50%的PWM信號激勵如圖8年示的報警蜂鳴器。蜂鳴器驅動器輸出級由一個PNP晶體管、一個NPN晶體管和二個1kΩ電阻器組成。其中，NPN晶體管由INB2腳上的輸入控制，其集電極連接到BZ1；PNP晶體管由使能輸入腳ENBZ上的信號控制，其集電極通過一個1kΩ電阻器連接到BZ2。BZ2腳是蜂鳴器電源端，并且提供9mA的輸出電流和10Hz～5kHz的PWM頻率。腳BZ2與BZ1之間在內部連接一個1kΩ電阻器，為蜂鳴器周期性放電提供通路。BZ2腳外部的Rs和Cs能使蜂鳴器平滑導通和截止。

3．6 速度傳感器電平移位器

速度傳感器電平移位器電路如圖9所示。OUTs腳上的輸出信號由霍爾效應傳感傳器給出的風扇速度時鐘或門開關信號產(chǎn)生，并被發(fā)送到MCU。由于Ins輸入信號易被干擾，故加入了一個峰值抑制器和一個EMI濾波器。

4 應用電路

STCC05-BD4的典型應用電路如圖10所示。STCC05-BD4腳Vps上的輸入電壓由開關電源（SMPS）提供。腳SYN上的過零電壓同步輸入信號由AC供電線路通過光耦合器施加。與圖6所示的電路比較，不同點是SYN腳連接光耦晶體管的發(fā)射極而不是集電極，故輸出信號VZVS是一種高電平脈沖。為提高和改善STCC05-BD4的抗擾性能，采取了以下幾方面的措施：一是VPS電源地與VDD信號地分開；二是STCC05-BD4盡可能接近MCU；三是設置電源退耦電容器（C'DD=C'PS=100nF）；四是在STCC05-BD4的Ins腳和MCU的復位腳RST放置退耦電容器（10nF）和Cup（100nF）。

圖10

5 結束語

STCC05-BD4嵌入了空調器或電冰箱控制模塊的大部分電路，由MCU控制，也可用于其它家用電器。STCC05-BD4通過MCU可以驅動一個20A的繼電器、3個3A的繼電器和一個蜂鳴器，并且可向MCU發(fā)送一個由速度傳感器轉化而成的電信號。為使MCU控制AC負載并得到定時功能，STCC05-BD4的ZVS電路可使芯片工作與AC線路周期保持同步。這種高度集成化的控制IC有效地減少了系統(tǒng)元件數(shù)量，易于設計者使用，并且堅固可靠。