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1、3.7 功率驱动电路v3.7.13.7.1 三极管驱动电路三极管驱动电路 v3.7.23.7.2 继电器驱动电路继电器驱动电路 v3.7.33.7.3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路 v3.7.43.7.4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 v3.7.5 3.7.5 直流电动机驱动接口电路直流电动机驱动接口电路v3.7.6 3.7.6 步进电动机及驱动电路步进电动机及驱动电路引言 数字量输出通道数字量输出通道简称简称 DO 通道，它的任务是把通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如行
2、控制的数字驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。驱动电路等。 对于低压情况下的小电流开关量，用功对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。就是
3、输入电流与三极管增益的乘积。3.7.13.7.1 三极管驱动电路三极管驱动电路1 .1 .普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几当驱动电流只有十几 mAmA或几十或几十 mAmA时，只要采用一个时，只要采用一个普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图普通的功率三极管就能构成驱动电路，如图 3-7-13-7-1所示。所示。2. 达林顿驱动电路达林顿驱动电路 当当驱驱动动电电流流需需要要达达到到几几百百毫毫安安时时，如如驱驱动动中中功功率率继继电电器器、电电磁磁开开关关等等装装置置，输输出出电电路路必必须须采采取取多多级级放放大大或或提提高高三三极极管管增增益益的的办办法法。达达林
4、林顿顿阵阵列列驱驱动动器器是是由由多多对对两两个个三三极极管管组组成成的的达达林林顿顿复复合合管管构构成成，它它具具有有高高输输入入阻阻抗抗、高高增增益益、输输出出功功率率大大及及保保护护措措施施完完善善的的特特点点，同同时时多多对对复复合合管管也也非非常常适适用用于于计计算算机机控制系统中的多路负荷。控制系统中的多路负荷。 图图3-7-2给出达林顿阵列驱动器给出达林顿阵列驱动器MC1416的结构图与每对复合管的内部结构，的结构图与每对复合管的内部结构，MC1416内含内含7对达林顿复合管，每个复合管对达林顿复合管，每个复合管的集电极电流可达的集电极电流可达500mA，截止时能承受，截止时能承
5、受100V电压，其输入输出端均有箝位二极管，电压，其输入输出端均有箝位二极管，输出箝位二极管输出箝位二极管D2抑制高电位上发生的正抑制高电位上发生的正向过冲，向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负向过可抑制低电平上的负向过冲。冲。 图图 3-7-33-7-3为达林顿阵列驱动中的一路驱为达林顿阵列驱动中的一路驱动电路，当动电路，当CPUCPU数据线数据线D Di i 输出数字输出数字“0”“0”即即低电平时，经低电平时，经74067406反相锁存器变为高电平，反相锁存器变为高电平，使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集使达林顿复合管导通，产生的几百毫安集电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复电极电流足
6、以驱动负载线圈，而且利用复合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电时产生的反向电动势的泄流回路。时产生的反向电动势的泄流回路。3.7.2 继电器驱动电路继电器驱动电路 电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电
7、流设备。大电流设备。 继电器驱动电路的设计要根据所用继电继电器驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。靠地工作。 常常用用的的继继电电器器有有电电压压继继电电器器、电电流流继继电电器器、中中间间继继电电器器等等几几种种类类型型。由由于于继继电电器器线线圈圈需需要要一一定定的的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。 继电器的驱动电路继电器的驱动电路n 驱驱动动电电路路的的设设计计要要根根据据所所用用继继电电
8、器器线线圈圈的的吸吸合合电电压压和和电电流流而而定定，一一定定要要大大于于继继电电器器的的吸吸合合电电流流才才能使继电器可靠地工作。能使继电器可靠地工作。 图图3-7-5为经光耦隔离器的继电器输出驱动电为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当路，当CPU数据线数据线Di输出数字输出数字“1”即高电平时，即高电平时，经经7406反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光反相驱动器变为低电平，光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线二极管导通且发光，使光敏三极管导通，继电器线圈圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。备。 由于继电器线圈是
9、电感性负载，当电路突然关由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱断时，会出现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，动器件，应在继电器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电流泄放回路。为电感线圈提供一个电流泄放回路。 3.7.3 晶闸管驱动电路晶闸管驱动电路n 晶晶闸闸管管又又称称可可控控硅硅（SCR），是是一一种种大大功功率率的的半半导导体体器器件件，具具有有用用小小功功率率控控制制大大功功率率、开开关关无无触触点点等等特特点点，在在交交直直流流电电机机调调速速系系统统、调调功功系系统统、随随动动系系
10、统统中应用广泛。中应用广泛。 晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图3-7-6所示，（所示，（a）为单向晶闸管，有阳极）为单向晶闸管，有阳极A、阴极、阴极K、控、控制极（门极）制极（门极）G三个极。当阳、阴极之间加正压时，三个极。当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单
11、下，晶闸管才由导通变为截止。单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。也可在交流系统中用于大功率整流回路。 双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相双向晶闸管也叫三端双向可控硅，在结构上相当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制当于两个单向晶闸管的反向并联，但共享一个控制极，结构如图（极，结构如图（b）所示。当两个电极）所示。当两个电极T1、T2之间之间的电压大于的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制时，不论极性如何，便可利用控制极极G触发电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导触发
12、电流控制其导通。双向晶闸管具有双向导通功能，因此特别适用于交流大电流场合。通功能，因此特别适用于交流大电流场合。 晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。图图 3-7-7为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电路，当当CPU数据线数据线Di 输出数字输出数字“1”时，经时，经7406反相变反相变为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，为低电平，光耦二极管导通，使光敏晶闸管导通，导通电流再触发双向晶闸管导通，从而驱动大型导通电流再触发双向晶
13、闸管导通，从而驱动大型交流负荷设备交流负荷设备RL。 3.7.4 固态继电器驱动电路固态继电器驱动电路 固态继电器固态继电器SSRSolid State Relay是是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体电磁继电器的功能，故称为固态继电器。它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动
14、和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势势。 固态继电器固态继电器SSR是一个四端组件，有两个输入是一个四端组件，有两个输入端、两个输出端，其内部结构类似于图端、两个输出端，其内部结构类似于图3-7-7中的晶中的晶闸管输出驱动电路。图闸管输出驱动电路。图3-7-8所示为其结构原理图，所示为其结构原理图，共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与共由五部分组成。光耦隔离电路的作用是在输入与输出之间起信号传递作用，同时使两端在电气上完输出之间起信号传递
15、作用，同时使两端在电气上完全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，全隔离；控制触发电路是为后级提供一个触发信号，使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电使电子开关（三极管或晶闸管）能可靠地导通；电子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；子开关电路用来接通或关断直流或交流负载电源；吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌吸收保护电路的功能是为了防止电源的尖峰和浪涌对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一对开关电路产生干扰造成开关的误动作或损害，一般由般由RC串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路串联网络和压敏电阻组成；零压检测电路是为交流型是为交流型SSR过零触发而设置的。过
16、零触发而设置的。u SSR 的输入端与晶体管、的输入端与晶体管、TTL、CMOS 电路电路兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开兼容，输出端利用器件内的电子开关来接通和断开负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，负载。工作时只要在输入端施加一定的弱电信号，就可以控制输出端大电流负载的通断。就可以控制输出端大电流负载的通断。 SSR的输出端可以是直流也可以是交流，分别的输出端可以是直流也可以是交流，分别称为直流型称为直流型 SSR 和交流型和交流型 SSR 。直流型。直流型 SSR 内部内部的开关组件为功率三极管，交流型的开关组件为功率三极管，交流型 SSR内部的开关内部的开关组件为双
17、向晶闸管。而交流型组件为双向晶闸管。而交流型 SSR按控制触发方式按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广不同又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的是过零型。泛的是过零型。u过零型交流过零型交流 SSR是指当输入端加入控制信号后，是指当输入端加入控制信号后，需等待负载电源电压过零时，需等待负载电源电压过零时，SSR才为导通状态；才为导通状态；而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，而断开控制信号后，也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。移相型交流才为断开状态。移相型交流 SSR的断开条件同的断开条件同过零型交流过零型交流 SSR，但其导通条件简单，只要加入控，但
18、其导通条件简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。制信号，不管负载电流相位如何，立即导通。 直流型直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。的输入控制信号与输出完全同步。直流型直流型 SSR 主要用于直流大功率控制。一般取输入主要用于直流大功率控制。一般取输入电压为电压为 4 32 V，输入电流，输入电流510 mA。它的输出端为。它的输出端为晶体管输出，输出工作电压为晶体管输出，输出工作电压为 30 180 V。 交流型交流型 SSR 主要用于交流大功率控制。主要用于交流大功率控制。一般取输入电压为一般取输入电压为4.32V，输入电流小于，输入电流小于 500 mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额。它的输出端为双向晶闸管，一般额定电流在定电流在1A 到几百到几百A范围内，电压多为范围内，电压多为380V或或 220 V。图。图3-7-9 为一种常用的固态继电器为一种常用的固态继电器驱动电路，当数据线驱动电路，当数据线Di 输出数字输出数字“0”时，经时，经7406反相变为高电平，使反相变为高电平，使NPN型三极管导通型三极管导通, SSR输入端得电则输出端接通大型交流负荷输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备设备RL。
