帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路的製作方法

2024-03-06 16:12:15

本發明涉及電源電路，具體涉及一種帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路。

背景技術：

現今市場上的咖啡機、電熨鬥之類小家電上，用分立器件電路實現交流電轉直流+5V穩壓輸出，並且用分立器件控制繼電器開關動作。

圖1中為現有技術中以分立器件方式存在的電源電路，雖然該電源電路起到了控制繼電器開關動作的功能，由於該電源電路需要用到1個NPN管、1個PNP管、7個電阻、9個二極體以及3個電容，故該電源電路的缺點有：1)分立器件方案至少需採用2個三極體，5個二極體、3個電容及若干電阻實現對交流電轉直流+5V穩壓，以實現控制繼電器的開關功能，採用分立的D61、D71、D81、D91共四個二極體和電阻R71給主控電路提供的保護埠，其所佔PCB面積很大，而且器件焊點很多導致加工不良率也較高；2)目前市場上採用的分離件控制電路，對於繼電器開通的電壓並沒有一個明確的限值，如VCCA1達到13V左右時繼電器就導通，此時繼電器會處於弱導通狀態，繼電器彈簧片接觸不良；3)其中，HI1為繼電器控制信號輸入端，NPN管N11的發射極需要接地才會導通，繼電器也在此時才會工作，因此在繼電器工作時電阻R21、電阻R31以及電阻R41的功率較大，消耗的能量較多，增加了使用成本，也不利於節能。

技術實現要素：

本發明提供了一種帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路，對於繼電器開通的電壓實現了明顯的限制，提高了繼電器開啟的可靠性。

為實現上述目的，本發明採用了如下的技術方案：

一種帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路，包括：

降壓整流電路，其設置有用於連通市電火線的火線接入端、用於連通市電零線的零線接入端以及輸出端；以及

穩壓驅動電路，其包括：第一開關電路、第一邏輯驅動電路、比較電路以及基準電壓發生器，比較電路的比較電壓輸入端為穩壓驅動電路的VCCA端，比較電路的基準電壓輸入端連接基準電壓發生器的輸出端，第一邏輯驅動電路的第一輸入端為穩壓驅動電路的HI端，第一邏輯驅動電路的第二輸入端與比較電路的輸出端相連，第一邏輯驅動電路的輸出端與第一開關電路的觸發端相連，以當HI端和比較電路的輸出端均為高電平時使第一開關電路處於閉合狀態，第一開關電路的輸入端為穩壓驅動電路的RLY端，第一開關電路的輸出端為穩壓驅動電路的VCC端；

其中，降壓整流電路的輸出端以及待驅動繼電器的第一觸發端均連接至穩壓驅動電路的VCCA端，穩壓驅動電路的HI端用於接入待驅動繼電器的主控電路發出的繼電器控制信號，穩壓驅動電路的RLY端連接待驅動繼電器的第二觸發端，穩壓驅動電路的VCC端連接低壓穩壓電源。

優選的是，第一開關電路包括：第二NPN三極體，第二NPN三極體的基極為第一開關電路的觸發端，第二NPN三極體的發射極為第一開關電路的輸出端，第二NPN三極體的集電極為第一開關電路的輸入端。

優選的是，第一開關電路還包括：穩壓器，穩壓器的輸出端與第二NPN三極體的發射極連接。

優選的是，比較電路包括：降壓電路以及比較器，降壓電路的輸入端為比較電路的比較電壓輸入端，降壓電路的輸出端與比較器的模擬輸入端相連，比較器的基準電壓端為比較電路的基準電壓輸入端，比較器的輸出端為比較電路的輸出端。

優選的是，降壓電路包括：第一電阻以及第二電阻，第一電阻的一端為降壓電路的輸入端，第一電阻的另一端與第二電阻的一端相連，第二電阻的另一端接地，第一電阻與第二電阻連接的節點為降壓電路的輸出端。

優選的是，第一邏輯驅動電路包括：與門以及第一驅動電路，與門的第一輸入端為第一邏輯驅動電路的第一輸入端，與門的第二輸入端為第一邏輯驅動電路的第二輸入端，與門的輸出端連接第一驅動電路的輸入端，第一驅動電路的輸出端為第一邏輯驅動電路的輸出端。

優選的是，所述穩壓驅動電路還包括：用於提供低壓穩壓電源的供電電路，供電電路包括：第二開關電路、第四電阻、穩壓二極體以及第二邏輯驅動電路，第二邏輯驅動電路的輸入端與第一邏輯驅動電路的第一輸入端相連，第二邏輯驅動電路的輸出端與第二開關電路的觸發端相連，第二開關電路的輸入端與降壓整流電路的輸出端相連，第二開關電路的輸出端通過第四電阻連接至第一開關電路的輸出端，第二邏輯驅動電路用於在待驅動繼電器所在電器的主控晶片未發出繼電器控制信號時控制第二開關電路閉合；第二邏輯驅動電路用於在待驅動繼電器所在電器的主控晶片發出繼電器控制信號時控制第二開關電路斷開。

優選的是，第二開關電路包括：第一NPN三極體，第一NPN三極體的基極為第二開關電路的觸發端，第一NPN三極體的集電極為第二開關電路的輸入端，第一NPN三極體的發射極為第二開關電路的輸出端。

優選的是，第二邏輯驅動電路包括非門和第二驅動電路，非門的輸入端為第二邏輯驅動電路的輸入端，非門的輸出端與第二驅動電路的輸入端相連，第二驅動電路的輸出端為第二邏輯驅動電路的輸出端。

優選的是，所述穩壓驅動電路還包括：第三電阻、第一二極體以及保護埠短路；

為了消除非門和與門被輸入雜波，第三電阻的一端接地，第三電阻的另一端連接第二邏輯驅動電路的輸入端；

為了防止有反電流流過第一開關電路，第一二極體的陽極連接第一開關電路的輸入端，第一二極體的陰極連接降壓整流電路的輸出端；

為了為待驅動繼電器所在電器內提供鉗位點，保護埠短路包括：第五電阻、第四二極體、第五二極體、第六二極體以及第七二極體，第五電阻一端連接至第四電阻與第一開關電路的節點，第五電阻另一端連接第四二極體的陽極，且第四二極體的陽極為穩壓驅動電路的WENO端，第四二極體的陰極接第五二極體的陰極，且第四二極體的陰極為穩壓驅動電路的WENI端，第五二極體的陽極接地，第六二極體的陰極連接至第四電阻與第一開關電路的節點，第六二極體的陽極與第七二極體連接且為穩壓驅動電路的INT端，第七二極體陽極接地；

為了消除繼電器有脈衝電壓輸入，所述穩壓驅動電路還連接有濾波電路，濾波電路包括：第一電容以及第二電容，第一電容一端接地，第一電容另一端和第二電容一端均連接至穩壓驅動電路的VCC端，第二電容另一端連接至穩壓驅動電路的VCCA端。

相比於現有技術，本發明具有如下有益效果：

1)通過設置降壓整流電路，實現了對繼電器的第一觸發端輸入電壓的降壓，同時將出入電壓整流為半波或全波，以滿足需要；

2)通過設置穩壓驅動電路的比較電路，實現了將繼電器的第一觸發端輸入電壓與基準電壓比較，為在市電輸出到達17v左右時啟動繼電器提供了硬體條件；通過設置第一邏輯驅動電路，實現在繼電器控制信號和比較電路共同輸出為高電平時發出啟動信號；進而設置第一開關電路，實現在第一邏輯驅動電路發出啟動信號後，使得繼電器內線圈接通電源，最終對於繼電器開通的電壓實現了明顯的限制，提高了繼電器開啟的可靠性；

3)將比較電路、第一開關電路、基準電壓發生器以及第一邏輯驅動短路集成在穩壓驅動電路的一塊晶片上，節省了大量PCB版面積，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高；

4)且第一開關電路的驅動需要高電平啟動，與現有技術中開關電路需要低電平啟動相比，該第一開關電路中不需要電阻降壓，耗能更低，利於節能環保。

附圖說明

圖1為現有技術中以分立器件方式存在的電源電路的電路圖；

圖2為帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路的電路圖；

圖3為實施例1中穩壓驅動電路的內部電路圖；

圖4為實施例2中穩壓驅動電路的內部電路圖。

具體實施方式

實施例1：

如圖2以及圖3所示，本實施例提出了一種帶繼電器驅動的穩壓電源集成電路，包括：

降壓整流電路1，其設置有用於連通市電火線的火線接入端L、用於連通市電零線的零線接入端N以及輸出端；以及

穩壓驅動電路200，其包括：第一開關電路21、第一邏輯驅動電路22、比較電路23以及基準電壓發生器24，比較電路23的比較電壓輸入端為穩壓驅動電路200的VCCA端，比較電路23的基準電壓輸入端連接基準電壓發生器24的輸出端，第一邏輯驅動電路22的第一輸入端為穩壓驅動電路200的HI端，第一邏輯驅動電路22的第二輸入端與比較電路23的輸出端相連，第一邏輯驅動電路22的輸出端與第一開關電路21的觸發端相連，以當HI端和比較電路23的輸出端均為高電平時使第一開關電路21處於閉合狀態，第一開關電路21的輸入端為穩壓驅動電路200的RLY端，第一開關電路21的輸出端為穩壓驅動電路200的VCC端；

其中，降壓整流電路1的輸出端以及待驅動繼電器100的第一觸發端均連接至穩壓驅動電路200的VCCA端，穩壓驅動電路200的HI端用於接入待驅動繼電器100的主控電路發出的繼電器100控制信號，穩壓驅動電路200的RLY端連接待驅動繼電器100的第二觸發端，穩壓驅動電路200的VCC端連接低壓穩壓電源。市電電源經過降壓整流電路1的降壓、整流作用後，為繼電器100的第一觸發端和穩壓驅動電路200的VCC端提供電源；然後，當穩壓驅動電路200的HI端接受到所處電器的主控晶片發出的繼電器100控制信號時，第一邏輯驅動電路22的第一輸入端為高電平；同時，經過比較電路23的將穩壓驅動電路200的VCC端接受到的電壓與基準電壓發生器24的基準電壓比較，當穩壓驅動電路200的VCC端的電壓達到17v左右時，比較電路23發出啟動信號，第一邏輯驅動電路22的第一輸入端和第二輸入端均為高電平，此時第一邏輯驅動電路22輸出高電平，發出閉合第一開關電路21的信號；此時，第一開關電路21閉合，使得繼電器100的第一觸發端和第二觸發端之間的線圈接通電源，繼電器100啟動。

為了設計結構簡單、使用方便的第一開關電路21，第一開關電路21包括：第二NPN三極體N2』，第二NPN三極體N2』的基極為第一開關電路21的觸發端，第二NPN三極體N2』的發射極為第一開關電路21的輸出端，第二NPN三極體N2』的集電極為第一開關電路21的輸入端。第二NPN三極體N2』為開關型NPN三極體，當基極為高電平時，發射極及集電極接通相當於短路，此時相當於繼電器100的第二觸發端直接連接低壓穩壓電源。

為了使得第二NPN三極體N2』的發射極的電壓更加穩定，第一開關電路21還包括：穩壓器207』，穩壓器207』的輸出端與第二NPN三極體N2』的發射極連接。

為了設計結構簡單使用方便的比較電路23，比較電路23包括：降壓電路231以及比較器205』，降壓電路231的輸入端為比較電路23的比較電壓輸入端，降壓電路231的輸出端與比較器205』的模擬輸入端相連，比較器205』的基準電壓端為比較電路23的基準電壓輸入端，比較器205』的輸出端為比較電路23的輸出端。降壓電路231的設計是為了配合比較器205』，使得當VCCA電壓升高到17V左右時發出啟動繼電器100的信號。該比較器205』採用遲滯比較器205』，大大提高了抗幹擾能力。

為了設計結構簡單、使用方便的降壓電路231，降壓電路231包括：第一電阻R1』以及第二電阻R2』，第一電阻R1』的一端為降壓電路231的輸入端，第一電阻R1』的另一端與第二電阻R2』的一端相連，第二電阻R2』的另一端接地，第一電阻R1』與第二電阻R2』連接的節點為降壓電路231的輸出端。一般基準電壓發生器24產生的基準電壓較小，因而需要將VCCA端輸入的電壓變小，而第一電阻R1』和第二電阻R2』的連接實現了此目的。

為了設計結構簡單、使用方便的第一邏輯驅動電路22，且第一邏輯驅動電路22能夠為第一開關電路21提供足夠大的驅動電流，第一邏輯驅動電路22包括：與門204』以及第一驅動電路203』，與門204』的第一輸入端為第一邏輯驅動電路22的第一輸入端，與門204』的第二輸入端為第一邏輯驅動電路22的第二輸入端，與門204』的輸出端連接第一驅動電路203』的輸入端，第一驅動電路203』的輸出端為第一邏輯驅動電路22的輸出端。當HI端輸入為高電平且比較器205』輸出為高電平時，與門204』的第一輸入端和第二輸入端均為高電平，與門204』的輸出端輸出高電平，第一驅動電路203』接收來自與門204』輸出的高電平並輸出閉合第一開關電路21信號(即：高電平)，第一開關電路21接通，使得發射極和集電極相當於短路，繼電器100的第二觸發端接入低壓穩壓電源，繼電器100的第一觸發端和第二觸發端之間的線圈接通電源，繼電器100啟動。

實施例2：

本實施例與實施例1的區別在於：為了利用市電電源為待驅動繼電器100所在電器內的主控晶片等提供低壓穩壓電源(例如：直流5V電源)，本實施例還在穩壓驅動電路200中增加了供電電路。

具體地，如圖2以及圖4所示，所述穩壓驅動電路200還包括：用於提供低壓穩壓電源的供電電路，供電電路包括：第二開關電路31、第四電阻R4、穩壓二極體D2以及第二邏輯驅動電路32，第二邏輯驅動電路32的輸入端與第一邏輯驅動電路22的第一輸入端相連，第二邏輯驅動電路32的輸出端與第二開關電路31的觸發端相連，第二開關電路31的輸入端與降壓整流電路1的輸出端相連，第二開關電路31的輸出端通過第四電阻R4連接至第一開關電路21的輸出端，第二邏輯驅動電路32用於在待驅動繼電器100所在電器的主控晶片未發出繼電器100控制信號時控制第二開關電路31閉合；第二邏輯驅動電路32用於在待驅動繼電器100所在電器的主控晶片發出繼電器100控制信號時控制第二開關電路31斷開。穩壓二極體D2的設置，為第二開關電路31和第四電阻R4所在支路接入的電壓進行了限制，對第二開關電路31和第四電阻R4起到了保護作用。當所在電器的主控晶片未發出繼電器100控制信號時(即是：HI端輸入為0)，此時第二邏輯驅動電路32發出閉合第二開關電路31信號(即：高電平)，第二開關電路31閉合，VCCA端輸入的電壓經過第四電阻R4降壓後，在第一開關電路21和第二開關電路31的節點處提供低壓穩壓電源，為所在電器的主控晶片等電路實時低壓穩壓電源(例如：5v直流電源)；當所在電器的主控晶片發出繼電器100控制信號時(即是：HI端輸入為0)，此時第二邏輯驅動電路32發出斷開第二開關電路31信號(即：低電平)，第二開關電路31斷開，VCCA端連接至第四電阻R4的支路斷開，此時待驅動繼電器100的第一觸發端和第二觸發端直徑線圈接通，相當於：VCCA端至待驅動繼電器100至第一開關電路21所在支路連通，從而在第一開關電路21和第二開關電路31的節點處提供低壓穩壓電源，為所在電器的主控晶片等電路實時低壓穩壓電源(例如：5v直流電源)。綜上所述，該穩壓驅動電路200又實現了一直為外部電器元件提供5v直流電源，方便所在電器內各個電器元件的使用，避免再使用其他的低壓穩壓電源發生器，減少電路在所在電器內的佔用空間。

為了設計結構簡單、使用方便的第二開關電路31，第二開關電路31包括：第一NPN三極體N1，第一NPN三極體N1的基極為第二開關電路31的觸發端，第一NPN三極體N1的集電極為第二開關電路31的輸入端，第一NPN三極體N1的發射極為第二開關電路31的輸出端。

為了設計結構簡單、使用方便的第二邏輯驅動電路32，且第二邏輯驅動電路32能夠為第二開關電路31提供足夠大的驅動電流，第二邏輯驅動電路32包括非門201和第二驅動電路202，非門201的輸入端為第二邏輯驅動電路32的輸入端，非門201的輸出端與第二驅動電路202的輸入端相連，第二驅動電路202的輸出端為第二邏輯驅動電路32的輸出端。非門201的設置主要用於對所在電器的主控晶片是否發出繼電器100控制信號進行判斷，第二驅動電路202的目的在於由於非門201發出啟動信號時電流較小，第二驅動電路202的設計則使得非門201發出的低電流能閉合第一NPN三極體N1，滿足實時需要。

所述穩壓驅動電路200還包括：第三電阻R3、第一二極體D1以及保護埠短路4；

為了消除非門201和與門204』被輸入雜波，第三電阻R3的一端接地，第三電阻R3的另一端連接第二邏輯驅動電路32的輸入端；

為了防止有反電流流過第一開關電路21，第一二極體D1的陽極連接第一開關電路21的輸入端，第一二極體D1的陰極連接降壓整流電路1的輸出端；

為了為待驅動繼電器100所在電器內提供鉗位點，保護埠短路4包括：第五電阻R5、第四二極體D4、第五二極體D5、第六二極體D6以及第七二極體D7，第五電阻R5一端連接至第四電阻R4與第一開關電路21的節點，第五電阻R5另一端連接第四二極體D4的陽極，且第四二極體D4的陽極為穩壓驅動電路200的WENO端，第四二極體D4的陰極接第五二極體D5的陰極，且第四二極體D4的陰極為穩壓驅動電路200的WENI端，第五二極體D5的陽極接地，第六二極體D6的陰極連接至第四電阻R4與第一開關電路21的節點，第六二極體D6的陽極與第七二極體D7連接且為穩壓驅動電路200的INT端，第七二極體D7陽極接地；

為了消除繼電器100有脈衝電壓輸入，所述穩壓驅動電路200還連接有濾波電路2，濾波電路2包括：第一電容C1以及第二電容C2，第一電容C1一端接地，第一電容C1另一端和第二電容C2一端均連接至穩壓驅動電路200的VCC端，第二電容C2另一端連接至穩壓驅動電路200的VCCA端。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。