一种基于光电耦合开关电路的空调控制器单片开关电源

本发明涉及电子领域，具体的说，是一种基于光电耦合开关电路的空调控 制器单片开关电源。

目前，家用空调控制器的电源绝大部分仍是使用低频铁芯变压器经二极管 整流，并经电容滤波后直接输出12伏电压的低频线性电源。低频线性电源输出 的12伏电压为空调控制器中的继电器的线包供电。然而，这种低频线性电源输 出的电压没有通过稳压处理，因此会因输入市电电压的波动而出现输出电压和 电流不稳定的问题，从而导致空调控制器中的继电器吸合不稳定，影响了空调 的可靠性，并且还严重影响了空调的使用寿命。

因此，提供一种能确保输出稳定电压的家用空调控制器的电源便是当务之 急。

本发明的目的在于克服现有技术中的家用空调控制器的电源输出电压不稳 定的缺陷，提供的一种基于光电耦合开关电路的空调控制器单片开关电源。

本发明通过以下技术方案来实现：一种基于光电耦合开关电路的空调控制 器单片开关电源，主要由控制芯片U2，二极管整流器U1，变压器T，场效应管 MOS，串接在控制芯片U2的VDD管脚与场效应管MOS之间的电压缓冲电路， P极与控制芯片U2的NC1管脚相连接、N极经电阻R2后与二极管整流器U1 的负极输出端相连接的二极管D1，一端与场效应管MOS的漏极相连接、另一 端与控制芯片U2的NC2管脚相连接的电阻R7，负极与场效应管MOS的漏极 相连接、正极与控制芯片U2的NC3管脚相连接的极性电容C5，分别与变压器 T原边电感线圈和控制芯片U2以及二极管整流器U1相连接的有源带通滤波电 路，串接在控制芯片U2与变压器T副边电感线圈之间的光电耦合开关电路，以 及分别与控制芯片U2的F管脚和光电耦合开关电路相连接的脉宽调制电路组 成；所述二极管整流器U1的负极输出端与控制芯片U2的GND管脚相连接后 接地。

所述脉宽调制电路由放大器P，三极管VT6，正极经可调电阻R23后与放 大器P的正极相连接、负极作为脉宽调制电路的输入端并与控制芯片U2的FB 管脚相连接的极性电容C15，正极经电阻R20后与极性电容C15的负极相连接、 负极接地的极性电容C14，N极经电阻R24后与三极管VT6的基极相连接、P 极顺次经电阻R22和电阻R21后与极性电容C15的正极相连接的二极管D9， 负极经电阻R26后与三极管VT6的集电极相连接、正极与放大器P的正极相连 接的极性电容C16，P极经电阻R25后与放大器P的正极相连接、N极经电阻 R29后与放大器P的输出端相连接的二极管D10，负极经电阻R30后与放大器P 的输出端相连接、正极经电阻R28后与放大器P的正极相连接的极性电容C17， 以及N极与极性电容C17的正极相连接、P极经电阻R27后与三极管VT6的发 射极相连接的二极管D11组成；所述放大器P的负极接地、其输出端作为脉宽 调制电路的输出端并与光电耦合开关电路相连接。

所述电压缓冲电路由三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5，P极与三极 管VT3的基极相连接、N极作为电压缓冲电路的输入端并与控制芯片U2的VDD 管脚相连接的二极管D6，正极与三极管VT3的集电极相连接、负极接地的极性 电容C10，负极经电阻R13后与三极管VT3的集电极相连接、正极经电阻R19 后与三极管VT5的发射极相连接的极性电容C11，N极与三极管VT4的基极相 连接、P极经电阻R14后与三极管VT3的集电极相连接的二极管D7，P极顺次 经电阻R16和可调电阻R15后与三极管VT3的集电极相连接、N极与作为电压 缓冲电路的输出端并与场效应管MOS的栅极相连接的稳压二极管D8，一端与 可调电阻R15的可调端相连接、另一端与三极管VT3的发射极相连接的电阻 R12，正极与稳压二极管D8的N极相连接、负极经电阻R17后与三极管VT4 的集电极相连接的极性电容C12，以及负极经可调电阻R18后与极性电容C12 的正极相连接、正极与三极管VT5的集电极相连接的极性电容C13组成；所述 三极管VT5的发射极接地、其基极与三极管VT4的发射极相连接。

所述有源带通滤波电路由三极管VT1，正极与二极管整流器U1的正极输出 端相连接、负极与二极管整流器U1的负极输出端相连接的极性电容C2，P极 经电感L后与二极管整流器U1的正极输出端相连接、N极与三极管VT1的发 射极相连接的二极管D2，正极经电阻R6后与变压器T原边电感线圈的非同名 端相连接、负极与三极管VT1的集电极相连接的极性电容C3，一端与变压器T 原边电感线圈的非同名端相连接、另一端与三极管VT1的基极相连接的可调电 阻R5，负极与变压器T原边电感线圈的同名端相连接、正极经电阻R4后与三 极管VT1的发射极相连接的极性电容C4，以及正极经电阻R1后与三极管VT1 的发射极相连接、负极经电阻R3后与控制芯片U2的DRAIN管脚相连接的极 性电容C1组成；所述二极管D2的P极与极性电容C3的正极相连接、其N极 与二极管整流器U1的负极输出端相连接。

所述光电耦合开关电路由光电耦合器IC，三极管VT2，N极经电阻R8后 与场效应管MOS的漏极相连接、P极与三极管VT2的发射极相连接的稳压二极 管D4，正极与变压器T副边电感线圈的非同名端相连接、负极接地的极性电容 C7，N极与光电耦合器IC的第二输入端相连接、P极接地的二极管D5，N极顺 次经电阻R9和极性电容C6后与光电耦合器IC的第一输入端相连接、P极与变 压器T副边电感线圈的同名端相连接的稳压二极管D3，正极与稳压二极管D3 的N极相连接、负极与变压器T副边电感线圈的非同名端相连接的极性电容C8， 负极与极性电容C7的负极相连接、正极经可调电阻R11后与稳压二极管D3的 N极相连接的极性电容C9，以及一端与可调电阻R11的可调端相连接、另一端 与极性电容C7的负极相连接的电阻R10组成；所述稳压二极管D4的N极与极 性电容C7的正极相连接；所述三极管VT2的基极与场效应管MOS的漏极相连 接、其集电极与光电耦合器IC的第二输出端相连接后接地；所述光电耦合器IC 的第二输出端与放大器P的输出端相连接；所述极性电容C9的正极与稳压二极 管D3的N极共同形成光电耦合开关电路的输出端。

为了本发明的实际使用效果，所述控制芯片U2则优先采用NCP1014集成 芯片来实现。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明能对输入电压的波动进行有效的调整，能使电压保持平稳，并 且本发明能对带通电压进行调整，使输出电压与基准电压一致，从而确保了本 发明输出稳定的电压，有效的确保了继电器吸合的稳定性。

(2)本发明的脉宽调制范围从0～100％都可以实现，线性误差可以达到0.3％ 以下，从而提高了本发明输出的电压和电流的稳定性。

(3)本发明能对开通和关断时刻所承受的电压波形和电流波形进行调节或 抑制，即对电压和电流的上升率进行抑制，从而确保了本发明输出稳定的电压 和电流。

(4)本发明的控制芯片优先采用NCP1014集成芯片来实现，该芯片与外部 电路相结合后具有工作温度范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电 气上完全隔离等特点，从而提高了本发明的输出电压的稳定性。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的电压缓冲电路的电路结构示意图。

图3为本发明的脉宽调制电路的电路结构示意图。

下面结合实施例及其附图对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由控制芯片U2，二极管整流器U1，变压器T，场 效应管MOS，串接在控制芯片U2的VDD管脚与场效应管MOS之间的电压缓 冲电路，P极与控制芯片U2的NC1管脚相连接、N极经电阻R2后与二极管整 流器U1的负极输出端相连接的二极管D1，一端与场效应管MOS的漏极相连接、 另一端与控制芯片U2的NC2管脚相连接的电阻R7，负极与场效应管MOS的 漏极相连接、正极与控制芯片U2的NC3管脚相连接的极性电容C5，分别与变 压器T原边电感线圈和控制芯片U2以及二极管整流器U1相连接的有源带通滤 波电路，串接在控制芯片U2与变压器T副边电感线圈之间的光电耦合开关电路， 以及分别与控制芯片U2的F管脚和光电耦合开关电路相连接的脉宽调制电路组 成。

所述二极管整流器U1的负极输出端与控制芯片U2的GND管脚相连接后 接地。所述变压器T原边电感线圈的同名端和非同名端分别与外部电源相连接。

其中，所述有源带通滤波电路由三极管VT1，电阻R1，电阻R3，电阻R4， 可调电阻R5，电阻R6，极性电容C1，极性电容C2，极性电容C3，极性电容 C4，二极管D2，以及电感L组成。

连接时，极性电容C2的正极与二极管整流器U1的正极输出端相连接、其 负极与二极管整流器U1的负极输出端相连接。二极管D2的P极经电感L后与 二极管整流器U1的正极输出端相连接、其N极与三极管VT1的发射极相连接。 极性电容C3的正极经电阻R6后与变压器T原边电感线圈的非同名端相连接、 其负极与三极管VT1的集电极相连接。

同时，可调电阻R5的一端与变压器T原边电感线圈的非同名端相连接、其 另一端与三极管VT1的基极相连接。极性电容C4的负极与变压器T原边电感 线圈的同名端相连接、其正极经电阻R4后与三极管VT1的发射极相连接。极 性电容C1的正极经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接、其负极经电阻 R3后与控制芯片U2的DRAIN管脚相连接。所述二极管D2的P极与极性电容 C3的正极相连接、其N极与二极管整流器U1的负极输出端相连接。

进一步地，所述光电耦合开关电路由光电耦合器IC，三极管VT2，电阻R8， 电阻R9，电阻R10，电阻R11，极性电容C6，极性电容C7，极性电容C8，极 性电容C9，稳压二极管D3，稳压二极管D4，以及二极管D5组成。

连接时，稳压二极管D4的N极经电阻R8后与场效应管MOS的漏极相连 接、其P极与三极管VT2的发射极相连接。极性电容C7的正极与变压器T副 边电感线圈的非同名端相连接、其负极接地。二极管D5的N极与光电耦合器 IC的第二输入端相连接、其P极接地。稳压二极管D3的N极经电阻R9后与极 性电容C6的负极相连接，所述极性电容C6的正极与光电耦合器IC的第一输入 端相连接，所述稳压二极管D3的P极与变压器T副边电感线圈的同名端相连接。

同时，极性电容C8的正极与稳压二极管D3的N极相连接、其负极与变压 器T副边电感线圈的非同名端相连接。极性电容C9的负极与极性电容C7的负 极相连接、其正极经可调电阻R11后与稳压二极管D3的N极相连接。电阻R10 的一端与可调电阻R11的可调端相连接、其另一端与极性电容C7的负极相连接。

所述稳压二极管D4的N极与极性电容C7的正极相连接；所述三极管VT2 的基极与场效应管MOS的漏极相连接、其集电极与光电耦合器IC的第二输出 端相连接后接地；所述光电耦合器IC的第二输出端与放大器P的输出端相连接； 所述极性电容C9的正极与稳压二极管D3的N极共同形成光电耦合开关电路的 输出端并与空调继电器相连接。

如图2所述，所述电压缓冲电路由三极管VT3，三极管VT4，三极管VT5， 电阻R12，电阻R13，电阻R14，可调电阻R15，电阻R16，电阻R17，可调电 阻R18，电阻R19，极性电容C10，极性电容C11，极性电容C12，极性电容 C13，二极管D6，二极管D7，以及稳压二极管D8组成。

连接时，二极管D6的P极与三极管VT3的基极相连接、其N极作为电压 缓冲电路的输入端并与控制芯片U2的VDD管脚相连接。极性电容C10的正极 与三极管VT3的集电极相连接、其负极接地。极性电容C11的负极经电阻R13 后与三极管VT3的集电极相连接、其正极经电阻R19后与三极管VT5的发射极 相连接。

其中，二极管D7的N极与三极管VT4的基极相连接、其P极经电阻R14 后与三极管VT3的集电极相连接。稳压二极管D8的P极顺次经电阻R16和可 调电阻R15后与三极管VT3的集电极相连接、其N极与作为电压缓冲电路的输 出端并与场效应管MOS的栅极相连接。电阻R12的一端与可调电阻R15的可 调端相连接、其另一端与三极管VT3的发射极相连接。

同时，极性电容C12的正极与稳压二极管D8的N极相连接、其负极经电 阻R17后与三极管VT4的集电极相连接。极性电容C13的负极经可调电阻R18 后与极性电容C12的正极相连接、其正极与三极管VT5的集电极相连接。所述 三极管VT5的发射极接地、其基极与三极管VT4的发射极相连接。

如图3所示，所述脉宽调制电路由放大器P，三极管VT6，电阻R20，电阻 R21，电阻R22，可调电阻R23，电阻R24，电阻R25，电阻R26，电阻R27， 电阻R28，电阻R29，电阻R30，极性电容C14，极性电容C15，极性电容C16， 极性电容C17，二极管D9，二极管D10，以及二极管D11组成。

连接时，极性电容C15的正极经可调电阻R23后与放大器P的正极相连接、 其负极作为脉宽调制电路的输入端并与控制芯片U2的FB管脚相连接。极性电 容C14的正极经电阻R20后与极性电容C15的负极相连接、其负极接地。二极 管D9的N极经电阻R24后与三极管VT6的基极相连接、其P极顺次经电阻R22 和电阻R21后与极性电容C15的正极相连接。

同时，极性电容C16的负极经电阻R26后与三极管VT6的集电极相连接、 其正极与放大器P的正极相连接。二极管D10的P极经电阻R25后与放大器P 的正极相连接、其N极经电阻R29后与放大器P的输出端相连接。极性电容C17 的负极经电阻R30后与放大器P的输出端相连接、其正极经电阻R28后与放大 器P的正极相连接。二极管D11的N极与极性电容C17的正极相连接、其P极 经电阻R27后与三极管VT6的发射极相连接。所述放大器P的负极接地、其输 出端作为脉宽调制电路的输出端并与光电耦合开关电路相连接。

运行时，本发明能对输入电压的波动进行有效的调整，能使电压保持平稳， 并且本发明能对带通电压进行调整，使输出电压与基准电压一致，从而确保了 本发明输出稳定的电压，有效的确保了继电器吸合的稳定性。本发明能对开通 和关断时刻所承受的电压波形和电流波形进行调节或抑制，即对电压和电流的 上升率进行抑制，从而确保了本发明输出稳定的电压和电流。

同时，本发明的脉宽调制范围从0～100％都可以实现，线性误差可以达到 0.3％以下，从而提高了本发明输出的电压和电流的稳定性。本发明的控制芯片 优先采用NCP1014集成芯片来实现，该芯片与外部电路相结合后具有工作温度 范围宽、抗干扰性能强、无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，从而 提高了本发明的输出电压的稳定性。

按照上述实施例，即可很好的实现本发明。