標(biāo)題: Arduino學(xué)習(xí)7-Arduino 輸出引腳擴(kuò)流 [打印本頁]
作者: 51黑學(xué)者    時(shí)間: 2016-4-14 03:23
標(biāo)題: Arduino學(xué)習(xí)7-Arduino 輸出引腳擴(kuò)流
使用Arduino時(shí)候，經(jīng)常需要控制大電流或者高壓負(fù)載。但是Arduino只有最大5v，20mA的引腳輸出。必須要通過擴(kuò)流電路。擴(kuò)流的方法有很多。下面介紹幾種方法，適合在不同場合下面使用。

注意：下述電路圖的負(fù)載均用電阻符號(hào)代替，符號(hào)標(biāo)志是電子學(xué)的負(fù)載符號(hào)RL，就是R（load）的意思。

1、小功率NPN三極管擴(kuò)流（適用于擴(kuò)展后負(fù)載電壓5v以下，負(fù)載電流建議<1A）。

Arduino輸出引腳直接連電阻驅(qū)動(dòng)三極管基極。



復(fù)雜度：★★☆☆☆；成本：★☆☆☆☆；可擴(kuò)流倍數(shù)：★☆☆☆☆；
優(yōu)點(diǎn)：簡單方便，成本低。開關(guān)頻率上限直接由三極管決定，可以做的很高；
缺點(diǎn)：受控大電流和Arduino直接連通，所以外置驅(qū)動(dòng)電源不建議超過5v，以免外置電源的電壓通過Q1倒灌到Arduino引腳引起Arduino燒壞。
選材：三極管Q1可以選用小功率的NPN三極管。推薦型號(hào)有2SC1815，2N2222，8050，2SD882等(點(diǎn)元件名看對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)，下同)；基極電阻R1必不可少，否則會(huì)導(dǎo)致Arduino因?yàn)橐_負(fù)載過大而發(fā)熱甚至燒毀。R1阻值在100Ω~10k之間均可，推薦值1kΩ。所有電阻功率無要求，貼片0805以上，直插1/8w以上的就行，以下所有電路均使用這種電阻規(guī)格。

2、固態(tài)繼電器（光耦）擴(kuò)流（適用于220V交流直接控制，或者大功率直流控制，建議用于負(fù)載電流0.2A~40A間）

使用現(xiàn)成的固態(tài)繼電器可以很方便的被Arduino控制。對(duì)于Arduino來說，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器就像驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED那么簡單。


直流控制直流

直流控制交流

復(fù)雜度：★☆☆☆☆；成本：★★★★★；可擴(kuò)流倍數(shù)：★★★★★；
優(yōu)點(diǎn)：使用最簡單，抗干擾能力最強(qiáng)，無電磁干擾�？梢钥刂平涣麟�/直流電，并且可以控制很大電流的負(fù)載。
缺點(diǎn)：成本很高
選材：注意的是，固態(tài)繼電器有兩種：直流控制交流固態(tài)繼電器/直流控制直流固態(tài)繼電器。它們的受控端有本質(zhì)的區(qū)別，不能混用。直流控交流的交流是用可控硅進(jìn)行開關(guān)的，而直流控直流用的是三極管或者場效應(yīng)管進(jìn)行開關(guān)。下面會(huì)對(duì)兩種繼電器仿制進(jìn)行介紹的（見3）。

3、帶光耦隔離NPN三極管擴(kuò)流（適用于大范圍負(fù)載電壓，建議用于負(fù)載電流1A~5A間）

通過光耦加擴(kuò)流做出一個(gè)控制/受控隔離的直流控制器。完全等效于直流固態(tài)繼電器。



復(fù)雜度：★★★★☆；成本：★★☆☆☆；可擴(kuò)流倍數(shù)：★★★★★；
優(yōu)點(diǎn)：控制電流小，等效于驅(qū)動(dòng)一只LED。受控大電流和Arduino控制板完全電氣隔離，即使受控部分發(fā)生事故燒毀了，也不會(huì)影響到Arduino主板。
缺點(diǎn)：電路比直接擴(kuò)流復(fù)雜，成本稍高。
選材：三極管可以選擇2SD882，2SD669A，TIP122(5A達(dá)林頓管)等。光耦使用PC817等廉價(jià)光耦即可。

4、繼電器擴(kuò)流（適用于低速，對(duì)受控端開關(guān)電阻有要求的場合，建議用于負(fù)載電流0~3A間）

用一個(gè)小功率三極管擴(kuò)流，然后控制一個(gè)5v的繼電器。



復(fù)雜度：★★★★☆；成本：★★★☆☆；可擴(kuò)流倍數(shù)：★★★★★；
優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)流電流大，并且由于繼電器是機(jī)械閉合觸點(diǎn)，閉合電阻基本為零，不像固態(tài)繼電器或者三極管，有正向壓降；適用于對(duì)閉合電阻要求高的場合，比如受控端是開關(guān)0~0.7v的信號(hào)。使用三極管或者固態(tài)繼電器就不能工作了，只能使用繼電器。
缺點(diǎn)：低速，每秒最快只能開關(guān)幾次；機(jī)械開關(guān)使用壽命短，開關(guān)頻率高的話，很快就會(huì)壞掉。成本高，電路也不簡單；開關(guān)電流大，需要充足的電源供給繼電器吸合。有較強(qiáng)的空間電磁干擾（EMI），會(huì)對(duì)高速數(shù)字電路（USB，串口，視頻等）或者小信號(hào)模擬電路（音頻信號(hào)線，儀器測量輸入線）造成干擾。必須做好屏蔽措施；并且繼電器斷開時(shí)候會(huì)產(chǎn)生反向高壓，必須處理反壓。
選材：繼電器必須選用5v控制的，因?yàn)锳rduino只有5v。并且繼電器吸合電流必須小于200mA，不能影響Arduino使其工作電壓不穩(wěn)。如果不能滿足的話，可以嘗試?yán)^電器級(jí)聯(lián)，即小繼電器拖動(dòng)大繼電器。

5、場效應(yīng)管擴(kuò)流（適用于大負(fù)載直流電流，建議用于負(fù)載電流5A~100A間）

用場效應(yīng)管代替三極管擴(kuò)流。由于場效應(yīng)管屬于電壓控制型器件，輸入電流極小。與三極管擴(kuò)流相比，可以獲得更快的開關(guān)速度和更小的輸入電流，并且可以控制很大的直流電流（比如10~50A）。用Arduino驅(qū)動(dòng)的話。驅(qū)動(dòng)電路跟1、3幾乎一樣，只是換了場管。



復(fù)雜度：★★★★☆；成本：★★★★☆；可擴(kuò)流倍數(shù)：★★★★★；

優(yōu)點(diǎn)：控制電流小，等效于驅(qū)動(dòng)一只LED。受控大電流和Arduino控制板完全電氣隔離，即使受控部分發(fā)生事故燒毀了，也不會(huì)影響到Arduino主板。有最高的控制速度，并且電流也可以做的非常大。
缺點(diǎn)：電路比較復(fù)雜，場效應(yīng)管成本比三極管更高。
選材：場效應(yīng)管可以使用普通的N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管（N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor）。筆者用過的型號(hào)有：CEP80N75（75V,80A,75W），IXGQ240N30P(IGBT管,240A,300V,500W)，IRF630(9A,200V,75W)等。
作者: 51黑學(xué)者    時(shí)間: 2016-4-14 03:24
剛好做一個(gè)電路用到NPN 8050管驅(qū)動(dòng)一個(gè)5V繼電器，用ATMEA8L，一共5個(gè)繼電器分別在9~13開關(guān)口，高電平有效。
上電瞬間 發(fā)現(xiàn)13口的繼電器總要狂跳幾次，其它口的繼電器卻不會(huì)亂跳，很奇怪，修改代碼和對(duì)調(diào)開關(guān)口無果，三極管B極接下拉電阻也不行，最后在B極接一個(gè)10uF電容到地還是不行，最后一抓狂，上個(gè)220uF, 居然天下太平了。
百度了下，發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題比較多，主要是單片機(jī)上電瞬間，各IO口的狀態(tài)不穩(wěn)定，解決方法也有很多種，加個(gè)電解電容就可以吸收IO口突變的電平，各位可以參考。
作者: 51黑學(xué)者    時(shí)間: 2016-4-14 03:25
如果需要許多輸出可以使用ULN2803或者ULN2003，每個(gè)輸出最大電流是500ma。
ULN2803是8通道
ULN2003是7通道，比ULN2803便宜許多


一個(gè)ULN2803連接Arduino例子：
作者: ashdood    時(shí)間: 2017-10-23 10:24
這個(gè)帖子不錯(cuò)，正好需要這樣的擴(kuò)流電路做參考，贊一個(gè)



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