STCC05-BD4型空調(diào)器控制電路的功能和工作原理

關(guān)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(dǎo)體（ST）公司于2004年推出的空調(diào)器控制電路，可用于電冰箱、電烘箱、壓縮機(jī)、風(fēng)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(fù)位電路帶觸發(fā)延時(shí)和滯后；

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

3個(gè)輸出都是50mA的繼電器線圈驅(qū)動(dòng)器，分別可驅(qū)動(dòng)3A的繼電器，一個(gè)輸出150mA的繼電器線圈驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)20A的繼電器；

帶使能腳和軟關(guān)斷的30mA峰值電流蜂鳴器驅(qū)動(dòng)器；

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

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(hù)符合IEC61000-4標(biāo)準(zhǔn)；

易于設(shè)計(jì)，易于焊接和裝配；

優(yōu)異的技術(shù)性能和較高的可靠性。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(nèi)集成了4個(gè)帶退磁二極管的繼電器線圈驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)蜂鳴器驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)5V穩(wěn)壓器、MCU復(fù)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(nèi)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(dá)50mA。電壓調(diào)整器設(shè)置有過熱關(guān)閉電路和過流限制器。熱關(guān)閉電路由一個(gè)PN結(jié)溫度傳感器和一個(gè)滯后比較器組成，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到170℃時(shí)能切斷通路元件。過流限制器利用一個(gè)并聯(lián)電阻器Rsense來感測(cè)電流。對(duì)輸出短路和加電時(shí)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(fù)位電路

圖4給出STCC05-BD4的復(fù)位電路，它保證穩(wěn)壓器輸出的低電壓檢測(cè)（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(fù)位比較器用來感測(cè)VDD電壓，當(dāng)VDD大于高門限電壓VH=3.75V時(shí)，RST腳延時(shí)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(shí)TDW之后變?yōu)榈碗娖健Ｑ舆t時(shí)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(dāng)VTH=VH/2=1.875V時(shí)，TUP=400μs；當(dāng)VTH=VL/2=1.7V時(shí)，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(hào)可使整個(gè)信號(hào)與AC電壓為電路提供保護(hù)，其中包括2kV的靜電放電（ESD）保護(hù)和一個(gè)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(qū)動(dòng)器

繼電器線圈驅(qū)動(dòng)器電路如圖7所示。IN1-IN4上的輸入信號(hào)由MCU提供，繼電器晶體管集電極連接一個(gè)退磁二極管。由STCC05-BD4的腳RL1、RL2和RL3驅(qū)動(dòng)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(dāng)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(qū)動(dòng)電流。

圖6

RL4腳輸出電流可達(dá)150mA，能驅(qū)動(dòng)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(dāng)于一個(gè)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(qū)動(dòng)器

MCU可利用一個(gè)50%的PWM信號(hào)激勵(lì)如圖8年示的報(bào)警蜂鳴器。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)由一個(gè)PNP晶體管、一個(gè)NPN晶體管和二個(gè)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(hào)控制，其集電極通過一個(gè)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(nèi)部連接一個(gè)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(dǎo)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(hào)由霍爾效應(yīng)傳感傳器給出的風(fēng)扇速度時(shí)鐘或門開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生，并被發(fā)送到MCU。由于Ins輸入信號(hào)易被干擾，故加入了一個(gè)峰值抑制器和一個(gè)EMI濾波器。

4 應(yīng)用電路

STCC05-BD4的典型應(yīng)用電路如圖10所示。STCC05-BD4腳Vps上的輸入電壓由開關(guān)電源（SMPS）提供。腳SYN上的過零電壓同步輸入信號(hào)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(diǎn)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(hào)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(hào)地分開；二是STCC05-BD4盡可能接近MCU；三是設(shè)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(fù)位腳RST放置退耦電容器（10nF）和Cup（100nF）。

圖10

5 結(jié)束語(yǔ)

STCC05-BD4嵌入了空調(diào)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(qū)動(dòng)一個(gè)20A的繼電器、3個(gè)3A的繼電器和一個(gè)蜂鳴器，并且可向MCU發(fā)送一個(gè)由速度傳感器轉(zhuǎn)化而成的電信號(hào)。為使MCU控制AC負(fù)載并得到定時(shí)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(shè)計(jì)者使用，并且堅(jiān)固可靠。