智能電熨斗控制器PT8A351X晶元特性及應用設計

智能電熨斗控制器PT8A351X晶元特性及應用設計

    百利通(Pericom)電子公司研發的智能安全電熨斗控制器系列PT8A351XPE晶元，利用位置感測器來感知電熨斗的狀態(水平、豎放或熨燙)，當超過預定時間時，採用直觀聲光方式給予指示並同時斷電，以實現節能和安全保護。這款針對智能安全電熨斗而設計的控制器還具有快速測試模式，可有效縮短製造廠商的測試時間，提高生產效率。

    PT8A351XPE晶元的主要特性如下：低功耗；內置穩壓器；工頻高精度定時器：精度為±1%；電熨斗靜止水平放置時，30秒鐘后停止工作；電熨斗靜止垂直放置時，8/10/15分鐘后停止工作；LED和蜂鳴器共同指示工作狀態；快速檢測模式；外圍元件少。

表1：產品型號對照表

圖1：引腳圖

       表1為產品型號對照表。圖1為引腳圖。表2給出了引腳說明。

表2：引腳說明

       PT8A351XPE晶元是一款專用電熨斗處理器，利用該晶元能實現以下功能：

 

       1. 當電熨斗水平放置超過30秒，將斷開繼電器，停止加熱，以免將布料燙壞或造成火災，從而實現安全節電功能；

       2. 當電熨斗豎直放置超過8分/10分/15分(不同型號的產品不一樣)，即認為客戶不再使用電熨斗，停止加熱，實現安全節電功能；

       3. 當電熨斗正常熨燙時，感測器能夠感知該狀態，不停止加熱；

       4. 當電熨斗從豎直放置轉為水平或相反時，內部定時重新計時。

       該晶元由以下幾部分組成：內置並聯穩壓器、感測器信號處理、系統振蕩器、30秒鐘/8分鐘/10分鐘/15分鐘定時器、邏輯控制電路、上電複位電路和輸出驅動模塊等。

       1．上電複位電路

       由於需要很多邏輯處理，所以晶元內部設計了很多寄存器。上電複位電路要保證晶元在上電時，內部邏輯電路可靠複位。

       2．系統振蕩器

       這款智能電熨斗設計的突出特點在於它成功地簡化了繼電器的驅動，外圍元件非常少，而且尺寸也很小。這一切都得益於內部系統振蕩器。該系統振蕩器專門用來實現繼電器的高頻脈衝驅動，內置的RC振蕩器產生一個約128kHz的振蕩信號，經4分頻後作為繼電器的驅動信號，占空比為25％。

       3．感測器信號處理

       智能安全電熨斗系統的關鍵任務是正確檢測電熨斗的各種狀態，包括水平靜止、豎放靜止及來回熨燙等狀態。從而採取相應的定時來保證電熨斗始終處於安全狀態。因此，晶元必須精確的檢測和處理不同位置的信號以及排除感測器抖動產生的干擾。該晶元充分考慮在熨燙動作和感測器的配合，採用數字濾波器實現精確的信號處理，既保證高的靈敏度又避免干擾造成誤動作。在實際應用中，感測器必須按照特定的要求進行安裝(如滿足傾斜度的要求)。

       4．邏輯控制電路

       邏輯控制電路綜合處理感測器的信息、定時信號和繼電器的驅動。它利用128kHz的振蕩信號、交流50/60Hz信號、感測器信號來啟動關閉定時器，併產生各種驅動信號，包括RELAY 和DISC。定時結束后，LED將以1Hz的頻率閃爍，同時蜂鳴器將以4Hz的頻率產生6次每次0.5s的蜂鳴音，或者連續發出蜂鳴音。RELAY信號控制外部繼電器從而控制電熨斗的加熱。

                圖2：智能安全電熨斗控制器系列PT8A351XPE晶元的功能方框圖

       5．定時器

        定時器採樣交流信號，以50/60Hz的工頻信號為時鐘源，因此對於50/60Hz的工頻採用不同的晶元來支持。模塊根據電熨斗的位置產生不同的時鐘信號。使用工頻信號可獲得精確的定時(30秒/8分/10分/15分)。如前所述，電熨斗處於水平位置超過30秒將停止加熱，在垂直位置則超過8分/10分/15分便停止加熱。

       6．蜂鳴器和LED

       設備的工作狀態一般都需要給出聲光指示，此款電熨斗控制器也不例外。定時結束后，蜂鳴器將以4Hz的頻率產生6次每次0.5s的蜂鳴音或者連續發出蜂鳴音。LED管腳輸出脈衝信號，外部LED將以1Hz 的頻率閃爍。在定時過程中，也就是繼電器吸合加熱時，LED管腳輸出為高阻狀態，外部LED常亮。

        任何電子系統都離不開生產測試。由於系統需要十幾分鐘的定時時間，為方便生產測試，PT8A351X晶元內部設計了快速測試模式，只要將晶元的第5腳測試腳接地，無需改變工頻就能使得原本需要8分/10分/15分種的測試時間縮短為10秒和12秒，大大提高了生產效率。

        圖3 PT8A351X晶元在智能電熨斗中的應用電路圖。在元件選型上，應該選用24V的繼電器，線圈直流電阻應為1.6kΩ。感測器可以用滾珠接觸型或者紅外對管的非接觸式感測器。電容C1必須是100V高壓電容。Q1、Q2採用高壓三極體，從性價比考慮這裡用選用2N5551。

                            圖3：PT8A351X晶元在智能電熨斗中的應用電路圖

      下面以240V輸入電壓為例進行討論。240V交流電壓通過R1、R2(27kΩ)限流、D1整流和C1濾波后形成大約70V的直流電壓，然後通過R4給晶元PT8A351X供電。由於晶元的耗電非常低，所以這裡電阻R4採用100 kΩ。因為晶元內置穩壓器，所以電容C2上的電壓為5V左右，C3主要用來濾除高頻干擾。

      R6、R7、C4組成工頻採樣信號發生電路，在晶元的第7腳形成工頻方波，用作為計時時鐘源。C4用來濾除高頻干擾。R5配合感測器來設置合適的電平，R5可以在感測器觸點不接觸時提供高電平。當電熨斗水平放置時，感測器的觸點斷開，晶元的SW腳輸入高電平。當電熨斗垂直放置時，感測器的觸點閉合，晶元的SW腳輸入低電平。當電熨斗往複熨燙時，感測器的觸點反覆接觸，晶元的SW腳輸入電平不停的變化，從而不斷複位內部定時。

      PT8A351X系列智能電熨斗控制器還有一個重要功能，即脈衝驅動繼電器。繼電器可以看作一個大電感和電阻串連，電感有很強的儲能功能，本晶元採用先強行注入一定能量，然後用脈衝來維持其中的能量，這樣就能做到系統只需消耗很小的電流就能驅動繼電器，對傳統的驅動方式是一個極大的改進。晶元的第2腳和第1腳分階段輸出約32KHz的高頻脈衝，2腳用來維持繼電器的吸合，當定時到了，2腳釋放輸出低電平，1腳輸出高頻脈衝，從R1、R2來的電流就由R3來瀉放，這樣電容C1上的電壓維持在70V左右。

       在小家電產品功能與安全並重已成為趨勢的今天，PT8A351X系列智能電熨斗控制器只需很少的外圍電路，即能在節約成本的前提下，使現有普通電熨斗升級為智能安全型電熨斗。