使用Arduino時候,經常需要控制大電流或者高壓負載。但是Arduino只有最大5v,20mA的引腳輸出。必須要通過擴流電路。擴流的方法有很多。下面介紹幾種方法,適合在不同場合下面使用。
注意:下述電路圖的負載均用電阻符號代替,符號標志是電子學的負載符號RL,就是R(load)的意思。
1、小功率NPN三極管擴流(適用于擴展后負載電壓5v以下,負載電流建議<1A)。
Arduino輸出引腳直接連電阻驅動三極管基極。
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2016-4-14 04:14 上傳
復雜度:★★☆☆☆;成本:★☆☆☆☆;可擴流倍數:★☆☆☆☆;
優點:簡單方便,成本低。開關頻率上限直接由三極管決定,可以做的很高;
缺點:受控大電流和Arduino直接連通,所以外置驅動電源不建議超過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。推薦型號有2SC1815,2N2222,8050,2SD882等(點元件名看對應數據手冊,下同);基極電阻R1必不可少,否則會導致Arduino因為引腳負載過大而發熱甚至燒毀。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格。
2、固態繼電器(光耦)擴流(適用于220V交流直接控制,或者大功率直流控制,建議用于負載電流0.2A~40A間)
使用現成的固態繼電器可以很方便的被Arduino控制。對于Arduino來說,驅動固態繼電器就像驅動一個LED那么簡單。
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直流控制直流
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直流控制交流
復雜度:★☆☆☆☆;成本:★★★★★;可擴流倍數:★★★★★;
優點:使用最簡單,抗干擾能力最強,無電磁干擾。可以控制交流電/直流電,并且可以控制很大電流的負載。
缺點:成本很高
選材:注意的是,固態繼電器有兩種:直流控制交流固態繼電器/直流控制直流固態繼電器。它們的受控端有本質的區別,不能混用。直流控交流的交流是用可控硅進行開關的,而直流控直流用的是三極管或者場效應管進行開關。下面會對兩種繼電器仿制進行介紹的(見3)。
3、帶光耦隔離NPN三極管擴流(適用于大范圍負載電壓,建議用于負載電流1A~5A間)
通過光耦加擴流做出一個控制/受控隔離的直流控制器。完全等效于直流固態繼電器。
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復雜度:★★★★☆;成本:★★☆☆☆;可擴流倍數:★★★★★;
優點:控制電流小,等效于驅動一只LED。受控大電流和Arduino控制板完全電氣隔離,即使受控部分發生事故燒毀了,也不會影響到Arduino主板。
缺點:電路比直接擴流復雜,成本稍高。
選材:三極管可以選擇2SD882,2SD669A,TIP122(5A達林頓管)等。光耦使用PC817等廉價光耦即可。
4、繼電器擴流(適用于低速,對受控端開關電阻有要求的場合,建議用于負載電流0~3A間)
用一個小功率三極管擴流,然后控制一個5v的繼電器。
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復雜度:★★★★☆;成本:★★★☆☆;可擴流倍數:★★★★★;
優點:擴流電流大,并且由于繼電器是機械閉合觸點,閉合電阻基本為零,不像固態繼電器或者三極管,有正向壓降;適用于對閉合電阻要求高的場合,比如受控端是開關0~0.7v的信號。使用三極管或者固態繼電器就不能工作了,只能使用繼電器。
缺點:低速,每秒最快只能開關幾次;機械開關使用壽命短,開關頻率高的話,很快就會壞掉。成本高,電路也不簡單;開關電流大,需要充足的電源供給繼電器吸合。有較強的空間電磁干擾(EMI),會對高速數字電路(USB,串口,視頻等)或者小信號模擬電路(音頻信號線,儀器測量輸入線)造成干擾。必須做好屏蔽措施;并且繼電器斷開時候會產生反向高壓,必須處理反壓。
選材:繼電器必須選用5v控制的,因為Arduino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。如果不能滿足的話,可以嘗試繼電器級聯,即小繼電器拖動大繼電器。
5、場效應管擴流(適用于大負載直流電流,建議用于負載電流5A~100A間)
用場效應管代替三極管擴流。由于場效應管屬于電壓控制型器件,輸入電流極小。與三極管擴流相比,可以獲得更快的開關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驅動的話。驅動電路跟1、3幾乎一樣,只是換了場管。
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復雜度:★★★★☆;成本:★★★★☆;可擴流倍數:★★★★★;
優點:控制電流小,等效于驅動一只LED。受控大電流和Arduino控制板完全電氣隔離,即使受控部分發生事故燒毀了,也不會影響到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:電路比較復雜,場效應管成本比三極管更高。
選材:場效應管可以使用普通的N溝道增強型場效應管(N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor)。筆者用過的型號有:CEP80N75(75V,80A,75W),IXGQ240N30P(IGBT管,240A,300V,500W),IRF630(9A,200V,75W)等。
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