Arduino I/O 之数字输出扩流
来自Jack's Lab
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2015年7月27日 (一) 13:58的版本
目录 |
1 概述
Arduino 的单个数字引脚,最大只有5V、20mA/40mA 的输出能力,这个对于需要大电压、大电流的应用(如控制大功率 LED 、继电器、电机)其能力是不够的(驱动能力太弱)
因此需要一些外围电路来增强其驱动能力
2 方案
2.1 小功率NPN三极管
适用于扩展后负载电压 5V以下,负载电流建议 <1A
Arduino 输出引脚直接连电阻驱动三极管基极
- 优点: 简单方便,成本低。开关频率上限直接由三极管决定,可以做的很高
- 缺点: 受控大电流和 Arduino 直接连通,所以外置驱动电源不建议超过 5V,以免外置电源的电压通过 Q1 倒灌到 Arduino 引脚引起 Arduino 烧坏
- 选材: 三极管 Q1 可以选用小功率的 NPN 三极管。推荐型号有 2SC1815,2N2222,8050,2SD882等 ;基极电阻 R1 必不可少,否则会导致 Arduino 因为引脚负载过大而发热甚至烧毁。R1 阻值在 100Ω~10K 之间均可,推荐值 1kΩ。所有电阻功率无要求,贴片 0805 以上,直插 1/8w 以上的就行,以下所有电路均使用这种电阻规格
2.2 固态继电器
适用于 220V 交流直接控制,或者大功率直流控制,建议用于负载电流 0.2A~40A 间
Arduino 可以很方便地控制固态继电器 (Solid Relay) ,驱动固态继电器就像驱动一个 LED 那么简单
- 直流控制直流:
- 直流控制交流:
- 优点: 使用最简单,抗干扰能力最强,无电磁干扰。可以控制交流电/直流电,并且可以控制很大电流的负载
- 缺点: 成本略高
- 选材: 注意的是,固态继电器有两种:直流控制交流固态继电器/直流控制直流固态继电器。它们的受控端有本质的区别,不能混用。直流控交流的交流是用可控硅进行开关的,而直流控直流用的是三极管或者场效应管进行开关
2.3 带光耦隔离NPN三极管
适用于大范围负载电压,建议用于负载电流 1A~5A 间
通过光耦和 NPN 三极管连用,完全等效于直流固态继电器
- 优点: 控制电流小,等效于驱动一只 LED。受控大电流和 Arduino 控制板完全电气隔离,即使受控部分发生事故烧毁了,也不会影响到 Arduino 主板
- 缺点: 电路比直接扩流复杂,成本稍高
- 选材: 三极管可以选择 2SD882,2SD669A,TIP122 (5A达林顿管) 等。光耦使用PC817等廉价光耦即可