STCC05-BD4型空调器控制电路的功能和工作原理

    关键词：STCC05-BD4 家用控制电路 MCU接口 零电压同步

STCC05-BD4是意法半导体（ST）公司于2004年推出的空调器控制电路，可用于电冰箱、电烘箱、压缩机、风扇、加热器和阀门等电路的数字控制。

1 主要特性

·较宽的工作电压范围：7V～18V；

·5V±5%稳压器，输出电流为50mA；

·MCU复位电路带触发延时和滞后；

·30μs的数字滤波器，过零电压同步（ZVS）输出信号与输入（VSYN）反相；

·3个输出都是50mA的继电器线圈驱动器，分别可驱动3A的继电器，一个输出150mA的继电器线圈驱动器能驱动20A的继电器；

·带使能脚和软关断的30mA峰值电流蜂鸣器驱动器；

·12V～5V的非反相电平移位器用于速度传感器或门开关接口，为MCU提供电信号；

·工作环境温度：-20～+85℃；

·高集成度大大减少了系统元件数量；

·高瞬变突发抗扰性和静电放电（ESD）保护符合IEC61000-4标准；

·易于设计，易于焊接和装配；

·优异的技术性能和较高的可靠性。

2 内部结构及引脚功能

STCC05-BD4采用DIP-20封装，引脚排列如图1所示，引脚功能如表1所列。

表1 STCC05-DB4的引脚功能

STCC05-BD4内集成了4个带退磁二极管的继电器线圈驱动器、一个蜂鸣器驱动器、一个5V稳压器、MCU复位电路、过零电压同步（ZVS）电路及速度传感器电平移位器，其组成如图2所示。

3 功能与工作原理

3．1 电压供给

微控制器（MCU）电压由图3所示的STCC05-BD4内部稳压器输出脚VDD提供。脚VPS上的DC输入电压范围为7V～18V，脚VDD的输出电压为5V±5%，输出平均电流达50mA。电压调整器设置有过热关闭电路和过流限制器。热关闭电路由一个PN结温度传感器和一个滞后比较器组成，当结温达到170℃时能切断通路元件。过流限制器利用一个并联电阻器Rsense来感测电流。对输出短路和加电时产生的浪涌电流，过流限制器可使电路免受其损害。

    3．2 复位电路

图4给出STCC05-BD4的复位电路，它保证稳压器输出的低电压检测（LVD）。多数MCU的RESET脚是低电平有效的。因此STCC05-BD4的RST脚也是低电平有效。图中的复位比较器用来感测VDD电压，当VDD大于高门限电压VH=3.75V时，RST脚延时TUP后变为高电平，若VDD小于低门限电平VL=3.4V,RST脚则在延时TDW之后变为低电平。延迟时间Tup、TDW取决于RST脚外接电容器Cup的容值及RST脚的触发门限VTH。若CUP为100nF，当VTH=VH/2=1.875V时，TUP=400μs；当VTH=VL/2=1.7V时，TDW=200μs。

图5

    3．3 过零电压同步（ZVS）电路

ZVS电路产生的ZVS信号可使整个信号与AC电压为电路提供保护，其中包括±2kV的静电放电（ESD）保护和一个30μs的数字滤波器，从而使MCU具有高抗扰能力。

3．4 继电器线圈驱动器

继电器线圈驱动器电路如图7所示。IN1-IN4上的输入信号由MCU提供，继电器晶体管集电极连接一个退磁二极管。由STCC05-BD4的脚RL1、RL2和RL3驱动继电器线圈，该线圈的最小电阻为580Ω，VPS=12V的功耗为0.25W。以上特性相当于3A的继电器，如VTR-F3AA-12V或JQ1A-12V系列。RL1-RL3脚能分别输出50mA的驱动电流。

图6

    RL4脚输出电流可达150mA，能驱动电阻至少为130Ω、功耗不超过1.1W的继电器线圈。这样的线圈相当于一个20A的继电器，如G4A-E-DC/2、OM1F-S-112或UKH12S系列。

    3．5 带使能控制的蜂鸣器驱动器

MCU可利用一个50%的PWM信号激励如图8年示的报警蜂鸣器。蜂鸣器驱动器输出级由一个PNP晶体管、一个NPN晶体管和二个1kΩ电阻器组成。其中，NPN晶体管由INB2脚上的输入控制，其集电极连接到BZ1；PNP晶体管由使能输入脚ENBZ上的信号控制，其集电极通过一个1kΩ电阻器连接到BZ2。BZ2脚是蜂鸣器电源端，并且提供9mA的输出电流和10Hz～5kHz的PWM频率。脚BZ2与BZ1之间在内部连接一个1kΩ电阻器，为蜂鸣器周期性放电提供通路。BZ2脚外部的Rs和Cs能使蜂鸣器平滑导通和截止。

    3．6 速度传感器电平移位器

速度传感器电平移位器电路如图9所示。OUTs脚上的输出信号由霍尔效应传感传器给出的风扇速度时钟或门开关信号产生，并被发送到MCU。由于Ins输入信号易被干扰，故加入了一个峰值抑制器和一个EMI滤波器。

4 应用电路

STCC05-BD4的典型应用电路如图10所示。STCC05-BD4脚Vps上的输入电压由开关电源（SMPS）提供。脚SYN上的过零电压同步输入信号由AC供电线路通过光耦合器施加。与图6所示的电路比较，不同点是SYN脚连接光耦晶体管的发射极而不是集电极，故输出信号VZVS是一种高电平脉冲。为提高和改善STCC05-BD4的抗扰性能，采取了以下几方面的措施：一是VPS电源地与VDD信号地分开；二是STCC05-BD4尽可能接近MCU；三是设置电源退耦电容器（C'DD=C'PS=100nF）；四是在STCC05-BD4的Ins脚和MCU的复位脚RST放置退耦电容器（10nF）和Cup（100nF）。

图10

5 结束语

STCC05-BD4嵌入了空调器或电冰箱控制模块的大部分电路，由MCU控制，也可用于其它家用电器。STCC05-BD4通过MCU可以驱动一个20A的继电器、3个3A的继电器和一个蜂鸣器，并且可向MCU发送一个由速度传感器转化而成的电信号。为使MCU控制AC负载并得到定时功能，STCC05-BD4的ZVS电路可使芯片工作与AC线路周期保持同步。这种高度集成化的控制IC有效地减少了系统元件数量，易于设计者使用，并且坚固可靠。