大功率驱动电路

3.7 功率驱动电路 ™3.7.1 三极管驱动电路 ™3.7.2 继电器驱动电路 ™3.7.3 晶闸管驱动电路 ™3.7.4 固态继电器驱动电路 ™3.7.5 直流电动机驱动接口电路 ™3.7.6 步进电动机及驱动电路 引言 数字量输出通道简称 DO 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 行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 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 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。 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 就是输入电流与三极管增益的乘积。 3.7.1 三极管驱动电路 1 .普通三极管驱动电路 当驱动电流只有十几 mA或几十 mA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 3-7-1所示。 6047 K3.3 管极三 DEL V5+ 033 Di 2. 达林顿驱动电路 当驱动电流需要达到几百毫安时，如驱 动中功率继电器、电磁开关等装置，输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法。达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成，它具有高输入阻 抗、高增益、输出功率大及保护措施完善的 特点，同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。 图3-7-2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， MC1416内含7对达林顿复合管，每个复合管 的集电极电流可达500mA，截止时能承受 100V电压，其输入输出端均有箝位二极 管，输出箝位二极管D2抑制高电位上发生 的正向过冲，D1、D3可抑制低电平上的负 向过冲。 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C COM 16 15 14 13 12 11 10 9 GND7B6B5B4B3B2B1B 1 2 3 4 5 6 7 8 10.5kΩB R0 7.2kΩ R1 D1 R2 T1 T2 D3 C E D2 COM 3kΩ (a)MC14716结构图 （b）复合管内部结构 图 3-7-3为达林顿阵列驱动中的一路驱 动电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低 电平时，经7406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 电极电流足以驱动负载线圈，而且利用复 合管内的保护二极管构成了负荷线圈断电 时产生的反向电动势的泄流回路。 7406 达林顿复合管 负荷线圈 +24V Di 1B 1C GND 3.7.2 继电器驱动电路 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 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 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、 大电流设备。 D L K控制电流 外部设备 线圈 铁芯 触点 衔铁 继电器驱动电路的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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 定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可 靠地工作。 常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中 间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的 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 „ 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，一定要大于继电器的吸合电流才 能使继电器可靠地工作。 图3-7-5为经光耦隔离器的继电器输出驱动电 路，当CPU数据线Di输出数字“1”即高电平时，经 7406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，继电器线圈 KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设备。 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 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。 cVpV 耦光 6047 KA 220V Di 3.7.3 晶闸管驱动电路 „ 晶闸管又称可控硅（SCR），是一种 大功率的半导体器件，具有用小功率控 制大功率、开关无触点等特点，在交直 流电机调速系统、调功系统、随动系统 中应用广泛。 晶闸管是一个三端器件，其符号 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示如图3-7-6 所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控 制极（门极）G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，也可在交流系统中用于大功率整流回路。 A G K T2 T1 G 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 极，结构如图（b）所示。当两个电极T1、T2之间 的电压大于1.5V时，不论极性如何，便可利用控制 极G触发电流控制其导通。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。 +5V 6047 180Ω 400Ω 47Ω 0.01μF T2 G T1 KS MOC 3041 220V～ RL Di 晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜 与CPU直接相连，在实际使用时要采用隔离措施。 图3-7-7为经光耦隔离的双向晶闸管输出驱动电 路，当CPU数据线Di输出数字“1”时，经7406反相 变为低电平，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 大型交流负荷设备RL。 3.7.4 固态继电器驱动电路 固态继电器 SSRSolid State Relay 是一种新型的 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。它具有体积小、开关 速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、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势。 固态继电器SSR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3-7-7中的晶 闸管输出驱动电路。图3-7-8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 输出之间起信号传递作用，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，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；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，一般由RC串联网络和压敏电阻组成；零压检 测电路是为交流型SSR过零触发而设置的。 ‹ SSR的输入端与晶体管、TTL、CMOS电路兼 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，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 称为直流型 SSR和交流型 SSR。直流型 SSR内部的开 关组件为功率三极管，交流型 SSR内部的开关组件 为双向晶闸管。而交流型 SSR按控制触发方式不同 又可分为过零型和移相型两种，其中应用最广泛的 是过零型。 ‹过零型交流 SSR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，SSR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， SSR才为断开状态。移相型交流SSR的断开条件同过 零型交流SSR，但其导通条件简单，只要加入控制 信号，不管负载电流相位如何，立即导通。 直流型SSR的输入控制信号与输出完全同步。 直流型 SSR主要用于直流大功率控制。一般取输入 电压为 4~32V，输入电流5~10mA。它的输出端为晶 体管输出，输出工作电压为30~180 V。 交流型SSR 主要用于交流大功率控制。 一般取输入电压为4.32V，输入电流小于 500mA。它的输出端为双向晶闸管，一般额 定电流在1A  到几百A范围内，电压多为380V 或 220 V。图3-7-9为一种常用的固态继电器驱 动电路，当数据线Di 输出数字“0”时，经7406 反相变为高电平，使NPN型三极管导通, SSR 输入端得电则输出端接通大型交流负荷设备 RL。 3.7 功率驱动电路 引言 常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。 3.7.3 晶闸管驱动电路