14功率接口设计

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1、第14章MCS-51的功率接口设计14.1MCS-51的输出驱动能力及其外围集成数字驱动电路14.2光电耦合器的接口14.3继电器的接口14.4固态继电器的接口14.5晶闸管的接口14.6集电极开路（OC）门接口14.7达林顿晶体管阵列驱动电路14.8集成功率电子开关输出接口第14章MCS-51的功率接口设计要用单片机控制各种各样的高压、大电流负载，如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等，不能用单片机的I/O线来直接驱动，而必须通过各种驱动电路和开关电路来驱动。与强电隔离和抗干扰，有时需加接光电耦合器。称此类接口为MCS-51的功率接口。1

2、4.1MCS-51的输出驱动能力及其外围集成数字驱动电路14.1.1MCS-51片内I/O口的驱动能力P0口能驱动8个LSTTL：输出高电平时，可提供400A的电流；输出低电平（0.45V）时，则可提供3.2mA的灌电流。P1、P2、P3口的每一位只能驱动4个LSTTL，即可提供的电流只有P0口的一半。14.1.2外围集成数字驱动电路表为常用的外围集成数字驱动电路的参数。驱动感性负载时，必须加接限流电阻或箝位二极管。例慢开启的白炽灯驱动电路白炽灯的延时开启时间长短取决于时间常数RC。此电路能直接驱动工作电压小于30V、额定电流小于5

3、00mA的任何灯泡。例大功率音频振荡器电路能直接驱动一个大功率的扬声器，可用于报警系统。改变电阻或电容的值便能改变电路的振荡频率。电路中的两个齐纳二极管IN751A用于输入端的保护。例驱动大电流负载ULN2068芯片具有四个大电流达林顿开关，能驱动电流高达1.5A的负载。由于ULN2068在25℃时功耗达2075mW，因而使用时一定要加散热板。常用的开关型驱动器件:光电耦合器、继电器、晶闸管、功率MOS管、集成功率电子开关、固态继电器等。14.2光电耦合器的接口光电耦合器的输出主要可分为两类：晶体管输出晶闸管输出(晶闸管俗称可控硅)1

4、.晶体管输出型光电耦合器驱动接口当光电耦合器的发光二极管发光时，光电晶体管受光的影响在cb间和ce间有电流流过，这两个电流基本上受光的照度控制，常用ce极间的电流作为输出电流，输出电流受Vce的电压影响很小。使用光耦时，为了起到电气隔离的作用，光耦的输入端和输出端必须独立供电，且两端的电源不允许共地(图中两种不同的接地符号表示光电耦合器两侧不共地)。使用4N25的光电耦合器接口电路图。4N25使两部分的电流信号独立。输出部分的地线接机壳或接大地，而8031系统的电源地线浮空，不与交流电源的地线相接。可避免输出部分电源变化对单片机电源的

5、影响，减少系统所受的干扰，提高系统的可靠性。4N25输入输出端的最大隔离电压＞2500V。光电耦合器也常用于较远距离的信号隔离传送。(1)可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。(2)光电耦合器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式。由于电流环电路是低阻抗电路，它对噪音的敏感度低，因此提高了通讯系统的抗干扰能力。用光电耦合器组成的电流环发送和接收电路：该电路可以用来传输数据，最大速率为50Kb/s，最大传输距离为900米。环路连线的电阻对传输距离影响很大，此电路中环路连线电

6、阻不能大于30Ω，当连线电阻较大时，100Ω的限流电阻要相应减小。光电耦合管使用TIL110，开关速度比4N25快。2.晶闸管输出型光电耦合器驱动接口发光二极光因通电而发光，光敏型单向晶闸管或双向晶闸管因受光而产生门控制电流，使晶闸管导通，相当于无触点开关闭合。有的晶闸管还集成有过零检测电路，使晶闸管在过交流电零点时导通，消除晶闸管触发时波形畸变对电源环境的干扰。晶闸管输出型光电耦合器可实现小功率信号控制大功率信号，且为无触点开关，适合作为单片机的输出隔离并驱动交流负载的接口器件。4N40是常用的单向晶闸管输出型光电耦合器。当输入端有

7、15～30mA电流时,输出端的晶闸管导通。输出端的额定电压为400V，额定电流有效值为300mA。隔离电压为1500～7500V。4N40的6脚是输出晶闸管的控制端，不使用此端时，此端可对阴极接一个电阻。4N40常用于小电流用电器的控制，如指示灯等，也可以用于触发大功率的晶闸管MOC3041是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，带过零触发电路，输入端的控制电流为15mA，输出端额定电压为400V，输入输出端隔离电压为7500V。MOC3041一般不直接用于控制负载，而用于中间控制电路或用于触发大功率的晶闸管。14.3继电器的接口继电器的

8、机械触点起到与系统的电气隔离作用。继电器有两种线圈驱动方式：直流工作式交流工作式。如果直流继电器线圈工作电压与单片机的工作电压相同，则可与单片机共用一套供电电源，通过继电器的触点实现与外部的隔离。对于功率较大的继电器，其