当用三极管驱动继电器开关时,电路中的电阻,二极管,三极管如何选型计算?

描述

Part 01

前言

继电器的驱动方式有很多种,比如用三极管驱动,2003芯片驱动等,其中用三极管驱动继电器是比较有性价比的一种电路驱动方式,应用比较广泛,电路核心的工作原理是让三极管工作在饱和区/截止区,让三极管像一个开关一样工作来控制继电器的工作状态,今天就来介绍一下涉及到的所有器件的选型计算。

三极管

Part 02

计算选型

我们以下面的原理图为例来进行选型说明:

三极管

Vin电压一般来自于MCU IO口,比如5V的单片机,当IO口输出0V时,三极管截止,继电器停止工作,当IO口输出5V时,三极管导通,继电器工作。

1.RB基极电阻选型 RB电阻的作用是为了限流,何谓限流?一是因为MCU IO口的输出电流能力有限,所以我们通过串联RB电阻避免MCU IO口的输出电流超过其最大输出电流限值。二是因为三极管要想工作在饱和区,需要满足β*IB>IC,所以串联RB电阻还是为了设置三极管的IB电流,以便三极管能工作在饱和区。知道了RB电阻的作用,计算就好说了:

IC_max/β_minβ_min为三极管的最小放大倍数,I_IO_MAX为MCU IO口的最大输出电流限制,这两个数值我们可以在三极管规格书,MCU规格书中找到)

知道了β_min,I_IO_MAX还不够,还需要知道最大集电极电流IC_max:

IC_max=(Vcc-Vces)/R_relay   (Vcc是电源电压,Vces是三极管饱和CE电压降,可以在三极管规格书中找到,R_relay是继电器线圈等效电阻可以在继电器规格书中找到)

这样我们就能计算出RB电阻了。

2.R基极-发射极电阻选型 电阻R的作用我们在之前的文章已经讲过了,这里不再多说,感兴趣可以翻看,电阻R的阻值大点影响不大,但是阻值太小就会有影响,怎么影响的呢?我们知道三极管导通的前提是Vbe的加载电压需要大于基极-发射极开启电压(硅三极管典型值:0.7V),所以: 5V*R/(R+RB)>Vbe_on   (Vbe_on是三极管基极-发射极最小开启电压,可以在三极管规格书中找到)  

3.三极管选型 三极管选型主要考虑个因素,一个是电流,一个是电压,所谓电流就是三极管的最大集电极-发射极通流能力应大于实际加载的集电极-发射极电流,所谓电压就是三极管的最大集电极-发射极耐压应大于电源电压Vcc。这些参数都能在三极管规格书中找到。

  4.二极管选型

流经继电器线圈的电流会产生磁场,当电流关闭时,磁场会突然消失。磁场的突然消失会在线圈上感应出短暂的高电压,这很可能会损坏三极管和 IC。所以保护二极管可以钳位感应电压,这可以防止感应电压变得足够高而损坏三极管和IC。

所以在选二极管时主要关注二极管的反向耐压要大于电源电压Vcc,二极管的正向电流要大于最大集电极电流IC_max。  

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