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单片机开发板驱动 探秘单片机开发板中的继电器驱动

小编 2024-10-09 设计与开发 23 0

探秘单片机开发板中的继电器驱动

在单片机相关领域的研究中,继电器作为单片机开发板标配之一,发挥着重要的作用。

在学习如何将单片机的IO端口配置为输出时,我们常常需要了解继电器的驱动原理。

继电器资缘网将深入介绍两种常见的继电器驱动方式,分别基于NPN型和PNP型三极管,为您揭示其工作原理和设计思路。

NPN型三极管驱动继电器

在NPN型三极管驱动继电器的设计中,继电器被连接到三极管的集电极位置,并通过一个反向的二极管连接继电器的线圈。

以下是其基本电路图:

在上图中,基极处的电阻限制了基极电流,以防止对三极管造成损害。

此外,插入基极与发射极之间的下拉电阻在单片机IO端口初始设定时,确保基极被拉至低电平,防止误操作。

当基极信号为高电平时,三极管导通,继电器线圈接收电源,继电器触点动作。反之,基极信号为低电平时,三极管截至,继电器失去电源,触点复位。

PNP型三极管驱动继电器

采用PNP型三极管进行继电器驱动时,电路图如下:

图中的设计与NPN型类似,同样包含限流电阻和上拉电阻。当基极信号为低电平时,三极管导通,继电器线圈接收电源,触点响应。

反之,基极信号为高电平时,三极管关闭,继电器失去电源,触点返回初始状态。

不管采用哪种驱动方式,继电器线圈都加入了一颗反向的二极管,称为“续流二极管”。

这是为了应对断电瞬间产生的反向电动势,防止其对三极管造成损害。

通过这样的设计,我们能够确保在断电瞬间为反向电动势找到释放途径,保障三极管的稳定性。

继电器驱动电路的设计是单片机开发板中常见而关键的一部分,深入了解其原理可以帮助开发者更好地应用和配置单片机的IO端口。

这些基础的电路设计理念为单片机开发提供了坚实的基础,为更复杂的嵌入式系统开发打下了基础。

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单片机驱动继电器

之前说过,单片机的拉电流和灌电流有限,即输出驱动能力有限,要驱动继电器这类大功率的器件该怎么办呢,答案很简单:用三极管。器件参数该如何确定呢?

手上有一个HFD23的5V继电器,下面看一下其参数。

可以看出:

线圈的电阻为125Ω;

线圈的功率为200mW;

继电器的额定电压为5V;

由此可以计算出继电器的吸合电流,两种计算方式:

I=0.2mW/5V=40mA;

I=5V/125Ω=40mA;

下面看三极管的参数:

参数解释如下:

PCM是集电极最大允许耗散功率;

ICM是集电极最大允许电流;

BV(CEO)是三极管基极开路时,集电极-发射极反向击穿电压;

fT是特征频率;

hFE是放大倍数;

为了保证电路的稳定性,要求:

三极管的PCM功率至少是继电器额定功率的两倍,PCM≥0.4W;

三极管的ICM电流至少是继电器吸合电流的两倍,ICM≥80mA;

三极管的BV耐压至少是继电器额定电压的两倍,BV≥10V;

由此可以看出这四款三极管都能满足需求,为了稳定性考虑,我们选用NPN的S8050。控制电路图如下所示:

思考:在实际应用中,上图会不会存在问题?

由于继电器的线圈是感性器件,变化的电流通过线圈时线圈会产生自感电动势,根据法拉第定律,自感电动势的大小与通过线圈的电流变化率(线圈内磁通变化率)成正比。所以当断开电源瞬间电流变化率很大,线圈将产生高于电源电压数倍的自感电动势,并与电源电压叠加,该电压可能造成三极管极被击穿,从而造成电路崩溃。

解决方案

为了消除这个感生电动势的有害影响,在继电器线圈两端反向并联抑制二极管,以吸收该电动势。自感电压与电源电压之和对二极管来说却是正向偏压,使二极管导通形成环流。感应的高电压就会通过回路释放掉,保证了三极管的安全。这个二极管也叫作续流二极管。正确电路图如下所示:

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