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1、第10章 后向通道中的开关器件 及功率接口在MCS-51单片机系统中有时需要单片机控制各种各样的外设 ，如电动机、电磁铁，继电器、灯泡等，显然这些不能用单片 机的I/O线来直接驱动，而必须经过单片机的接口电路来驱动 。此外，为了隔离和抗干扰，有时进行电路隔离。本章将介绍 常用的各种接口器件以及它们与MCS-51单片机的接口电路。1. MCS-51常用接口器件2. MCS-51常用接口设计DateMCS-51常用接口器件常用接口器件 晶闸管 单向晶闸管SCR双向晶闸管TRIAC 继电器 电磁式继电器 固态继电器 功率管 功率晶体管 功率场效应管 光电耦合器 晶体管输出型 晶闸管输出型DateMC
2、S-51常用功率接口设计常用接口设计 晶闸管 双向晶闸管TRIAC设计继电器 电磁式继电器设计 固态继电器设计功率管 功率晶体管设计 功率场效应管设计光电耦合器 晶体管输出型设计 晶闸管输出型设计 Date单向晶闸管SCR单向晶闸管也称可控硅整流器，它有截止和导通两稳定状态，其结构如图所示。在 使用中，满足其下工作条件： 导通条件：晶闸管阳极加正电压，控制极加上一控制正电压 关断条件：流过晶闸管的电流小于其维持电流。单向晶闸管参数 单向晶闸管的参数有极限参数、温度特性参数、电气参数三类。在应用中最重要的是 极限参数。以下三个参数是特别重要的：断态重复峰值电压VDRM :在门极开路和晶闸管正向阻
3、断的条件下，以重复率为50次/ 秒，持续时间不大于10ms,而重复加在阳阴极之间仍使晶闸管不至于导通的正向峰 值电压。反向重复峰值电压VRRM :在门极开路的条件下，以重复率为50次/秒，持续时间不大 于10ms,而重复加在阳阴极之间仍使晶闸管不至于导通的反向峰值电压。额定通态平均电流IT(AV) :在规定环境温度（50）、标准散热和全导通（导通 角为180。的条件下晶闸管允许通过的工频电流的最大平均值。在晶闸管的设计中，首先根据电路要求，计算元件参数，将参数乘以安全系数K ，然后查相关手册，选择合适的元件！ Date单向晶闸管内部结构图Date双向晶闸管TRIAC双向晶闸管又称三极管半导体开
4、关元件（Bidirectional Triode Thyristor），它正 负信号都可以触发导通，触发后导通是双向的，其结构如图所示。在使用中，满足 如下工作条件： 导通条件：在第一、三象限需正触发，在二、四象限需负触发。 关断条件：流过晶闸管的电流小于其维持电流。双向晶闸管参数 双向晶闸管的参数有极限参数、温度特性参数、电气参数三类。在应用中最重要的是 极限参数。以下二个参数是特别重要的：断态重复峰值电压VDRM :在门极开路和晶闸管正向阻断的条件下，以重复率为50次/ 秒，持续时间不大于10ms,而重复加在阳阴极这间仍使晶闸管不至于导通的正向峰 值电压。额定通态平均电流IT(AV) :在
5、规定环境温度（50）、标准散热和全导通（导通 角为180。的条件下晶闸管允许通过的工频电流的最大平均值。在晶闸管的设计中，首先根据电路要求，计算元件参数，将参数乘以安全系数K，然后 查相关手册，选择合适的元件！ Date双向晶闸管内部结构图Date继 电 器电磁式继电器：电磁式继电器是一种较普通的开关隔离方式，其触点有常开和常闭，可有 多组触点。其电路图符如图所示。电磁式继电器常用参数如下：额定电流：在正常工作中设计的最大流过的电流。一般标注在元件上如 ：AC：10A DC：20A 额定驱动电压：使继电器常开触点闭合所加的驱动电压。一一般标 注在元件上如：AC220V DC12V固态继电器：它
6、是一种四端器件，其中两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端， 中间采用隔离器件，以实现输入与输出之间的电隔离。常用的光电耦合式 固态继电器内部原理如图所示：固态继电器常用参数如下：额定电压：在正常工作中设计的最大电压。一般标注在元件上如：220VAC 50HZ10 额定电流：在正常工作中设计的最大流过的电流。一般标注在元件上如： AC：10A DC：20A绝缘电阻：指输入与输出之间最小电阻。击穿电压：指输入与输出之间加的极限最大电压Date直流继电器接口设计图Date功率晶体管功率晶体管的基本工作原理和一般晶体管是一样的，但它应用于大功率范围，一般 有以下性能：1. 耐压高2.工作电流大3.
7、开关时间短4.饱和压降低5.可靠性高从制造工艺上，一般采用三重扩散工艺结构，在逻辑上都采用达林顿结构，并附有 加速二极管和续流二极管，其内部如图所示。功率晶体管的特性主要有电压、电流及可靠性等性能。常用的主要电气性能有：集电极-发射极维持电压VCEO（SUS）：指基极开路、集电极电流达到规定值时的雪崩击 穿电压。最大极电流ICM：指通过集电极的电流或正向脉冲电流平均值所允许的最大值。直流电流放大系数hFE:指在共发射极的条件下，集电极电流IC和基极电流IB之比。在功率晶体管的设计中，首先根据电路要求，计算元件参数，将参数乘以安全系数K， 然后查相关手册，选择合适的元件！Date功率晶体管内部结
8、构图Date八位达林顿管驱动电路ULN2803、ULN2804DateULN2803、ULN2804内部结构图Date功率场效应管功率场效应晶体管，即是在大功率范围 的场效应晶体管。在应用中，功率场效应 晶体管有比双极型晶体管更好的特性。1.开关速度快2.可并联使用3.较高的可靠性4.较强的过载能力5.驱动电路要求较低从制造工艺上，较多采用V沟槽工艺，这种工艺生产的管子称为VMOS场效管，其电流 容量大、耐压能力强、跨导性好、开关速度快等优良特性，帮在功率应用领域有广 泛应用。其内部如图所示。功率晶体管的特性主要有电压、电流及可靠性等性能。常用的主要电气性能有：击穿电压BVDS：在一定栅源电压条件下，漏极与源极之间所能承受的最高电压。最大漏极耗散功率PD：表示在环境温度为25的条件下，最大允许耗散功率。在功率场效应晶体管的设计中，首先根据电路要求，计算元件参数，将参数乘以安全 系数K，然后查相关手册，选择合适的元件！Date场效应管驱动接口图Date光电开关计数脉冲输入接口图Date光电耦合隔离电路Date工 作 参 数Date开 关 特 性Date光电耦合式固态继电器内部原理图光电耦合式固态继电器内部原理图Date晶闸管光电耦合式输出接口图Date四路电机驱动电路Date
