Arduino I/O 之数字输出扩流
来自Jack's Lab
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* 缺点: 电路比直接扩流复杂,成本稍高 | * 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 | * 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 | ||
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* 缺点: 低速,每秒最快只能开关几次;机械开关使用寿命短,开关频率高的话,很快就会坏掉。成本高,电路也不简单;开关电流大,需要充足的电源供给继电器吸合。有较强的空间电磁干扰(EMI),会对高速数字电路(USB,串口,视频等)或者小信号模拟电路(音频信号线,仪器测量输入线)造成干扰。必须做好屏蔽措施;并且继电器断开时候会产生反向高压,必须处理反压 | * 缺点: 低速,每秒最快只能开关几次;机械开关使用寿命短,开关频率高的话,很快就会坏掉。成本高,电路也不简单;开关电流大,需要充足的电源供给继电器吸合。有较强的空间电磁干扰(EMI),会对高速数字电路(USB,串口,视频等)或者小信号模拟电路(音频信号线,仪器测量输入线)造成干扰。必须做好屏蔽措施;并且继电器断开时候会产生反向高压,必须处理反压 | ||
* 选材: 继电器必须选用 5V 控制的,因为 Arduino 只有 5V。并且继电器吸合电流必须小于 200mA,不能影响 Arduino 使其工作电压不稳。如果不能满足的话,可以尝试继电器级联,即小继电器拖动大继电器 | * 选材: 继电器必须选用 5V 控制的,因为 Arduino 只有 5V。并且继电器吸合电流必须小于 200mA,不能影响 Arduino 使其工作电压不稳。如果不能满足的话,可以尝试继电器级联,即小继电器拖动大继电器 | ||
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+ | 适用于大负载直流电流,建议用于负载电流 5A~100A 间 | ||
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+ | 用场效应管代替三极管扩流。由于场效应管属于电压控制型器件,输入电流极小。与三极管扩流相比,可以获得更快的开关速度和更小的输入电流,并且可以控制很大的直流电流(比如 10~50A)。用 Arduino 驱动的话。驱动电路跟1、3几乎一样,只是换了场效应管 | ||
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+ | * 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。有最高的控制速度,并且电流也可以做的非常大 | ||
+ | * 缺点: 电路比较复杂,场效应管成本比三极管更高 | ||
+ | * 选材: 场效应管可以使用普通的N沟道增强型场效应管 (N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor) 型号有:CEP80N75 (75V, 80A, 75W), IXGQ240N30P (IGBT管, 240A, 300V, 500W), IRF630 (9A, 200V, 75W) | ||
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2015年7月27日 (一) 14:09的版本
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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
2.4 继电器
适用于低速,对受控端开关电阻有要求的场合,建议用于负载电流 0~3A 间
用一个小功率三极管扩流,然后控制一个 5V 的继电器(单 Arduino 管脚无法驱动继电器)
- 优点: 扩流电流大,并且由于继电器是机械闭合触点,闭合电阻基本为零,不像固态继电器或者三极管,有正向压降;适用于对闭合电阻要求高的场合,比如受控端是开关 0~0.7V 的信号。使用三极管或者固态继电器就不能工作了,只能使用继电器。
- 缺点: 低速,每秒最快只能开关几次;机械开关使用寿命短,开关频率高的话,很快就会坏掉。成本高,电路也不简单;开关电流大,需要充足的电源供给继电器吸合。有较强的空间电磁干扰(EMI),会对高速数字电路(USB,串口,视频等)或者小信号模拟电路(音频信号线,仪器测量输入线)造成干扰。必须做好屏蔽措施;并且继电器断开时候会产生反向高压,必须处理反压
- 选材: 继电器必须选用 5V 控制的,因为 Arduino 只有 5V。并且继电器吸合电流必须小于 200mA,不能影响 Arduino 使其工作电压不稳。如果不能满足的话,可以尝试继电器级联,即小继电器拖动大继电器
2.5 场效应管
适用于大负载直流电流,建议用于负载电流 5A~100A 间
用场效应管代替三极管扩流。由于场效应管属于电压控制型器件,输入电流极小。与三极管扩流相比,可以获得更快的开关速度和更小的输入电流,并且可以控制很大的直流电流(比如 10~50A)。用 Arduino 驱动的话。驱动电路跟1、3几乎一样,只是换了场效应管
- 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。有最高的控制速度,并且电流也可以做的非常大
- 缺点: 电路比较复杂,场效应管成本比三极管更高
- 选材: 场效应管可以使用普通的N沟道增强型场效应管 (N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor) 型号有:CEP80N75 (75V, 80A, 75W), IXGQ240N30P (IGBT管, 240A, 300V, 500W), IRF630 (9A, 200V, 75W)