南京观海微电子---经典继电器驱动电路方案：单片机IO端口、三极管、达林顿管及嵌套连接

文章目录

• 一：继电器原理
• 二：单片机驱动电路
• 三：经典继电器驱动电路方案
• 3.1 继电器驱动电路方案一：I/O端口灌电流方式的直接连接
• 3.1.1 方案一的继电器特性要求
• 3.1.2 方案一可能会损坏I/O口

• 3.2 继电器驱动电路方案二：三极管驱动（校招面试被问倒了）
• 3.2.1 学习和工作最常用：NPN型三极管，型号：8050
• 3.2.2 PNP型三极管，型号：8550
• 3.2.3 继电器特性要求
• 3.3 继电器驱动电路方案三：达林顿管驱动
• 3.3.1 达林顿管是什么？
• 3.3.2 达林顿经典驱动电路
• 3.4 继电器驱动电路方案四：继电器套

一：继电器原理

继电器是一个隔离控制开关（隔离：单片机电路（3.3-5V）和驱动电路（12V/24V/…/220V））

继电器由开关和电磁铁组成

二：单片机驱动电路

市场产品：智能插座、智能开关

三：经典继电器驱动电路方案

3.1 继电器驱动电路方案一：I/O端口灌电流方式的直接连接

3.1.1 方案一的继电器特性要求

单片机I/O端口灌电流最大20mA

仅适用小功率的继电器型号（线圈电压 3~5V 电流小于20mA）

3.1.2 方案一可能会损坏I/O口

• 开关由一个簧片和两个触点组成。
• 开关任何时候只能一个常开，一个常闭；簧片可以通过外部电磁铁控制，进行从自然状态到压缩状态，这样子就完成了常开变常闭，常闭到常开；
• 电磁铁由线圈组成（电生磁）
• 问题：单片机怎么通过IO口实现与继电器的连接？为什么不能直接连接？
• 答案：因为支持单片机的电压和由继电器控制的电路电压不一样，直白的说，家里220V电压，如果和单片机直接连接，单片机马上冒烟

• 不通电电磁铁不工作：单片机I/O端口输出高电平，电磁铁那端也是高电平，继电器电压也是高电平，没有产生压差，所以此时继电器不工作
• 这里有两个电压差=0，一个是线圈之间的电压差，一个是线圈和单片机之间的电压差，只有压差不等于0，电路才导通

• 通电电磁铁吸合：单片机I/O端口输出低电平，电磁铁下端也是低电平，电磁铁上端是高电平，有产生压差，所以电磁铁工作
• 这里有两个电压差，一个是线圈上下两端的电压差，一个是线圈一端和单片机IO输出的一端电压差，只有 有电压差电路才能产生电流

• 线圈电感在通电时会存储电能，一旦IO口从低电平变成高电平，线圈会放电损坏单片机IO口
• 线圈是电感，会存/放电

3.2 继电器驱动电路方案二：三极管驱动（校招面试被问倒了）

3.2.1 学习和工作最常用：NPN型三极管，型号：8050

推荐文章《嵌入式-数模电-三极管NPN&PNP-依次输出高低电平》

①当单片机的IO口输出高电平时，三极管的c和e导通，线圈通电

②当单片机的IO端口输出低电平时，三极管的c和e断开，线圈断电

3.2.2 PNP型三极管，型号：8550

①当单片机的IO口输出高电平时，三极管的c和e导通，线圈断电

②当单片机的IO端口输出低电平时，三极管的c和e断开，线圈导通

3.2.3 继电器特性要求

3.3 继电器驱动电路方案三：达林顿管驱动

3.3.1 达林顿管是什么？

达林顿管是由多个三极管组成

达林顿驱动芯片：ULN2003

3.3.2 达林顿经典驱动电路

网友评论：每路500ma并不能同时用，芯片耗散功率在1W以下，而500ma时饱和压降有1v，所以同时导通2路也嫌多了。

3.4 继电器驱动电路方案四：继电器套娃

处理方式：在线圈上并联一个二极管，将瞬间的反向电流吸收掉，从而防止损坏单片机

想要连接功率更大的继电器，单片机IO口肯定不够用了，因为单片机才3.3-5V，继电器连接外面电路的电压起码12V往上

面试官从继电器入手，进而问关于三极管的知识让你手动画图，问你我继电器原理三极管原理，里面的偏值电阻为什么要加

理论上线圈不分正负极，线圈有两端，哪个接Vcc就可以理解为线圈正极，哪个接GND就可以理解为线圈负极，反正线圈两端通电成功就说明继电器工作了

集电极C接继电器电源负极。

发射极E接地。

基极B通过偏值电阻接单片机IO端口输出的高低电平信号。

这里的三极管只提供一个开关信号

要注意三极管基级b跟单片机控制IO一端连接，单片机只提供一个开关信号，三极管的基级相当于一个控制阀门，阀门打开了，继电器的电流从上端的VCC流到继电器下端的GND

理论上线圈不分正负极，线圈有两端，哪个接Vcc就可以理解为线圈正极，哪个接GND就可以理解为线圈负极

集电极C接继电器电源正极

发射极E接电源正极（Vcc）

基极B通过偏值电阻由单片机io端口输出的高低电平

这里的三极管只提供一个开关信号

这里要注意三极管跟单片机控制一端只提供一个信号，三极管的基级相当于一个控制阀门，阀门打开了，继电器的电流从上端的VCC流到继电器的GND

继电器驱动电压Vcc要和单片机电源电压Vdd一致否则三极管可能无法导通

5V单片机要用5V的继电器

使用场景：继电器驱动电压与单片机的工作电压不一致（比如单片机控制220v家庭用电器）

达林顿管有7个电路可以控制7个继电器

芯片内部已经内置了二极管，所以与线圈所需的二极管不用再重复加

当单片机输出高电平（逻辑1）时，线圈通电/吸合

当单片机输出低电平时，线圈断电

当以上方案一二三都不满足需求时，当继电器需要还是有更大的负载的时候，需要对应更大的电磁铁，也就需要更大的驱动电流，甚至需要220v的电源电流来驱动继电器，这个时候就需要采用继电器嵌套的方式。

继电器套娃方案可以用在所有的大功率控制电路中。

3.3V单片机 控制 12V继电器，12V继电器控制220V继电器，最后的目标继电器和最后的要使用的电器电压一致