ir4427驱动电路

1. 单片机驱动继电器直接用三极管还是先加光耦再接

如果你用单片机的5V电源驱动5V继电器没有必要加光耦；

假如用12V或24V继电器，而12V或24V只供继电器用也没有必要加光耦；

如果继电器线圈用电还要供其它元件用（光电开关、接近开关、限位开关等引线较长）就有必要加光耦；

输出电流不够时，小功率电路用三极管就够了，用光耦隔离后接继电器输出是控制高压大型电路的方法，可靠性当然更高。

感性器件在线圈断电的时候会产生很高的反电动势，这个电动势会反作用到单片机的端口上，导致单片机端口损坏或是单片机死机。为了防止这种现象，在继电器的线圈处要加续流二极管，在单片机端口处也要加光电隔离，这是非常常用的设计方法。

(1)ir4427驱动电路扩展阅读：

普通继电器相当于一个单刀双掷开关，控制外部电路的有三个管脚，不通控制电流时（默认状态）中间管脚接通一个左边管脚，通入控制电流时中间管脚接通右边管脚，继电器的吸合是要电流作用于电磁铁，由于这个电流不小。

所以单靠单片机I/O口是不足以使继电器吸合的，应该加一个驱动（起功率放大作用，给继电器提供足够的电流），再单片机用I/0口来控制驱动，再由驱动电路（驱动芯片如UM2003)输出足够的电流使继电器吸合，就是这样。

2. 【大功率开关电源】大功率开关电源电路图大功率可调开关电源设计方案

【大功率开关电源】大功率开关电源电路图 大功率可调开关电源设计方案

一种大功率可调开关电源的设计方案

1、引言

开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现，其应用与实现日益成熟。而集成化技术使电子设备向小型化、智能化方向发展，新型电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声干扰，以便实现集成一体化。对中小功率开关电源来说是实现单片集成化，但在大功率应用领域高宏，因其功率损耗过大，很难做成单片集成，不得不根据其拓扑结构在保证电源各项参数的同时尽量缩小系统体积。

2、典型开关电源设计

开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Molation）控制IC（Integrated Circuit）和功率器件（功率MOSFET或IGBT）构成，且符合三个条件：开关（器件工作在开关非线性状态）、高频（器件工作在高频非接近上频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）。

2.1控制IC

以MC33060为例介绍控制IC。

MC33060是由安森美（ON Semi）半导体公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，采用固定频率的单端输出，能工作在-40℃至85℃。其让薯内部结构如图1所示[1]，主要特征如下：

1）集成了全部的脉宽调制电路；

2）内置线性锯齿波振荡器，外置元件仅一个电阻一个电容；

3）内置误差放大器；

4）内置5V参考电压，1.5%的精度；

5）可调整死区控制；

6）内置晶体管提供200mA的驱动能力；

7）欠压锁定保护；

图1 MC33060内部结构图

其工作原理简述：MC33060是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如（2-1）式：

输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率管Q1的输出受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间输出才有效。

当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将减小，具体时序参见如下图2

图2 MC33060时序图

控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，即输出驱动的最大占空比为96%.当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0-3.3V）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5V时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行”或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。

2.2 DC/DC电源拓扑戚滑册

DC/DC电源拓扑一般分为三类：降压、升压和升降压。此处以降压拓扑介绍，简化效果图如下图3所示。输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简单。

图3 Bulk降压斩波电路

在开关管导通时间ton，输入电源给负载和电感供电；开关管断开期间toff，电感中存储的能量通过二极管组成续流回路，保证输出的连续。负载电压满足如下关系式（2-2）：

2.3典型电路与参数设计

典型电路如下图4所示。

图4 MC33060的降压斩波电路

MC33060作为主控芯片控制开关管的导通与截止，由其内部结构功能可知，在MC33060内部有一个+5V参考电压，通常用作两路比较器的反相参考电压，设计中1脚和2脚的比较器用来作为输出电压反馈，13脚和14脚的比较器用来检测开关管的电流是否过流。电路中2脚通过一个反相电路接参考电压，降压输出反馈经一同相电路接MC33060的1脚。当电路处于工作状态时，1脚和2脚电压就会相互比较，根据两者的差值来调整输出波形脉宽，达到控制和稳定输出的目的。

电路中过流保护采用0.1欧姆额定功率为1W的功率电阻作为采样电阻，在电流过流点，采样电阻上的电压为0.1V.14脚用作采样点，因此13脚的参考电压由Vref分压设定为0.15V，相比0.1V留有一定余地。当采样电压高于设定值时，MC33060将自动保护，关闭PWM输出。保护点还和3脚的控制信号有关，根据对该脚的功能分析，选择积分反馈电路，使得降压电路在空载或满载时，Comp脚的电压始终在正常范围（0.5V-3.5V）之内。

输出PWM波形的频率由管脚5的电容和管脚6的电阻值来确定，降压电路采用25KHz的波形频率，选择CT值为1nF电容，RT为47K的普通电阻达到设计要求。

3、本系统设计

本设计采用的是DC（Direct Current）/DC转换电路中的降压型拓扑结构。输入为220VAC和0-10V可调直流电压，输出为0-180V可调，最大输出电流能达8A，系统组成框图如下图5所示。在大功率开关电源设计中，为防止在启动时的高浪涌电流冲击，常采用软启动电路，本设计不重点介绍。

图5 系统组成框图

3.1整流滤波电路

采用全桥整流电路，如下图6所示。输出电流要求最大达到8A，考虑功率损耗和一定的余量，选择10A的方桥KBPC3510和10A的保险管。整流后的电压达310V，采用两个250V/100uF电容作滤波处理。图中开关S1和电阻R1并联为”软启动”部分，此处未作详细讲解，详细软启动设计见各种开关电源软启动设计。

图6 整流电路。

3.2控制IC与输入电路

MC33060控制电路和输入调节电路分别如下图7和图8所示，选MC33060为控制IC，其外围器件选择此处不再赘述，参考典型电路设计中参数选择部分。其中比较器1作电压采样，比较器2作电流采样。输入可调电压经分压跟随后送入比较器的负向端作为参考电压控制电源输出大小。

图7 MC33060控制电路

图8 输入调节电路

3.3反相延时驱动电路

反相延时驱动电路如下图8所示。电路中驱动芯片采用了美国International Rectifier（IR）公司的IR2110.它不仅包括基本的开关单元和驱动电路，还具有与外电路结合的保护控制功能。其悬浮沟道的设计使其可以驱动工作在母线电压不高于600V的开关管，其内部具有欠压保护功能，与外电路结合，可以方便地设计出过电流，过电压保护，因此不需要额外的过压、欠压、过流等保护电路，简化了电路的设计。

图8 反相延时驱动电路

该芯片为而输出高压栅极驱动器，14脚双列直插，驱动信号延时为ns级，开关频率可从几十赫兹到几百千赫兹。IR2110具有二路输入信号和二路输出信号，其中二路输出信号中的一路具有电平转换功能，可直接驱动高压侧的功率器件。该驱动器可与主电路共地运行，且只需一路控制电源，克服了常规驱动器需要多路隔离电源的缺点，大大简化了硬件设计。IR2110就简易真值图如下图9所示。

图9 IR2110简易真值图。

IR2110有2个输出驱动器，其信号取自输入信号发生器，发生器提供2个输出，低侧的驱动信号直接取自信号发生器LO，而高侧驱动信号HO则必须通过电平转换方能用于高侧输出驱动器。本系统中驱动双管需一片IR2110即可。

因驱动双管，且双管不能同时导通，控制IC输出只有一路信号，则在控制IC输出和驱动之间需加入反相延时电路，将控制IC输出的一路PWM经同相和反相比较器后，经电阻R29和R30的上拉分别对电容C12、C13充电产生延时，使得两路PWM具有对称互补性且具有一定的死区间隔，保证主回路中两开关管不会同时导通。在电路中HIN和LIN标号端得到的波形图如下图10所示。

图10 反相后驱动波形

3.4主回路与输出采样

主回路如图11所示，采用半桥开关电路。

图11 主回路

根据整流后的电压和输入电流参数，选择IRF840为高频开关管，其最大耐压VDS为500V，最大能承受的导通电流ID为8A，满足设计要求。工作在高频工作状态的续流二极管一般选用快恢复的二极管，此处选择HFA25TB60，能承受600V的反向压降，最大导通电流为25A，且恢复时间仅为35ns，输出部分通过两个电阻分压至电压采样电路，如下图12所示。

图12 电压采样电路

3.5过流保护电路

过流保护电路如下图13所示。

图13 过流检测电路。

在主回路的上端串联一个0.33欧姆10W的功率电阻作为采样电阻，当电流过大时，光耦中光敏三极管导通，检测电路输出高电平到IR2110的SD端，由于SD是低电平有效、高电平关断点，因此电流过大时能很好地保护电路。且如前所述，IR2110自身带有各种保护电路，故外围的电流电压保护电路可以大大简化。

4、总结

本设计给出了在非隔离拓扑下一种设计大功率开关电源的方法，电路结构简单。在主回路中采用半桥电路替代传统的单管开关电路，在上管关闭时，下管的开通能更好地保证输出续流的稳定性，且保证功率的输出。文中并未给出电感量的计算方法，因不是讨论重点，可根据电路中输出电流、电压和开关管的RDS（MOSFET管漏极和源极导通电阻）等参数来计算，实际中应留有一定的余量值。系统运行基本稳定，可考虑应用于工业电源设计中。

3. 开关电源的驱动电路该怎么选择或设计

一、降压式DC-DC开关电源

降压式DC-DC开关电源通常使用MOSFET管作为开关元件来实现升压、降压或反相等功能。其驱动电路的主要目的是为了控制MOSFET的开关状态，从而保证庆梁DC-DC开关电源的输出电压稳定，效率高。

下面是一些选择或设计降压式DC-DC开关电源驱动电路的建议：

• MOSFET管的选择

选择合适的MOSFET管对于驱动电路的设计至关重要。应选择具有低导通电阻、低反向恢复电荷和高开关速度的MOSFET管。此外，还应选择合适的电压和电流容量，以适应实际应用的需求。

• 驱动电路IC的选择

驱动电路IC负责控制MOSFET管的开关状态。选择合适的驱动电路IC可以提高系统的稳定性和效率。常见的驱动电路IC包括IR2110、TC4420、MIC5019等。

• 驱动电路电源的设计

驱动电路需要一个稳定的电源来提供能量。应选择低噪声的电源，以避免噪声影响电路的性能。一种常见的解决方案是使用电感器和电容器来滤波，以获得稳定的直流电源。

• 驱动信号的设计

驱动电路需要一个合适的控制信号来控制MOSFET管的开关状态。通常使用PWM信号来控制MOSFET管的开关频率和占空比。应选择合适的PWM控制器，以满足实际应用的要求。

• 保护电路的设计

保护电路可以保护DC-DC开关电源免受过压、欠压、过流和过温等故障的影响。应考虑设计过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等保护电路。

总之，设计或选择降压式DC-DC开关电源驱动电路需要考虑多个因裂历素，包括MOSFET管、驱动电路IC、驱动电路电源、驱动信号和保护电路等。正确选择或设计驱动电路可以提高系统的稳定性和效率，从而实现DC-DC开关电源的优化控制。

二、举例说明

以下是一个简单的降压式DC-DC开关电源的驱动电路：

该驱动电路采用IR2110驱动芯片来控制MOSFET管的开关状态，实现电源输出电压的稳定调节。该电路的基本原理是，在输入电源的直流电压作为主电源的基础上，通过MOSFET管和电感器等元件，将电源的输出电压转换为需要的降压电压。

具体来说，IR2110驱动芯片采用了双路驱动输出，其中一路用于控制MOSFET管的导通，另一路用于控制MOSFET管的关断。驱动芯片的输入端接受PWM信号，并通过内部电路将信号转换为MOSFET管的驱动信号。此外，该电路还采用了电感器和电容器等元件来滤波，以获得稳定的输出电压。

总之，降压式DC-DC开关电源的驱动电路是一个复杂的系统，需要仔细设计和精心调整。上述例子仅仅是一个简单的示例，实际应用中的驱动电路需要根据具体的应用场景进行选择或设计。

三、电路设计思路

向您描述该电路图的基本组成部分，以帮助您更好地理解。

降压式DC-DC开关电源的驱动电路通常由以下几部分组成：

• 电源输入部分：包括直流电源输入和滤波器，用于提供驱动电路所需的稳定直流电源。滤波器一般由电感和电容构成，用于平滑电源输入电压的波动。

• 驱动芯片：负责产生PWM信号并控制MOSFET管的开关状态。常用的驱动芯片有IR2110、LM5113等。

• MOSFET管：是实现开关电路的核心元件，通过PWM信号控制其开关状态，从而调节输出电压。

• 输出滤波器：由电感和电容器构成，用于平滑输出电压的波动。

• 负载：即需要稳定输出电压的设备或电路。

以上就是降压式DC-DC开关电源的驱动电路的基本组成部分。在实际设计中，还需要考虑到各种参数的选择和调节，以保证电源的稳定输出。

四、基于Lua语言的降压式DC-DC开关电源驱动电路的实现思路

假设我们需要实现一个基于Lua语言的降压式DC-DC开关电源，可以按照以下步骤进行：

• 1、定义驱动芯片的引脚及控制参数。例如，我们可以使用GPIO口控制驱动芯片的开关状态，并定义PWM频率和占空比等参数。

• 2、初始化GPIO口和PWM模块。在Lua中誉源运，可以使用类似于以下代码的方式来初始化GPIO口和PWM模块：

gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT)

pwm.setup(channel, frequency, ty)

pwm.start(channel)

其中，pin是GPIO口的编号，channel是PWM模块的通道号，frequency是PWM信号的频率，ty是占空比。需要根据具体情况进行参数配置。

• 3、定义MOSFET管的开关状态。在Lua中，可以使用以下代码来实现：

gpio.write(pin, gpio.HIGH)

tmr.delay(time)

gpio.write(pin, gpio.LOW)

其中，pin是MOSFET管的控制引脚，time是开关时间。需要根据具体情况进行参数配置。

• 4、定义输出滤波器的电路参数。例如，我们可以使用以下代码来实现电感器和电容器的滤波：

local inctor = 10 -- 电感器值，单位为μH

local capacitor = 100 -- 电容器值，单位为μF

local output_voltage = 0 -- 输出电压，初始值为0

function filter(output)

output_voltage = (output_voltage + output) / 2

local current = (output_voltage / inctor) * (1 / frequency)

local voltage = current * resistance

local delta_v = (voltage - output_voltage) / capacitor

output_voltage = output_voltage + delta_v

return output_voltage

end

其中，inctor和capacitor分别是电感器和电容器的参数值，output_voltage是输出电压的初始值，frequency是PWM信号的频率，resistance是输出负载的电阻。在filter函数中，首先通过计算得到电感器的电流和电容器的电压，然后通过差分方程来计算输出电压的变化。

需要注意的是，上述代码只是一个简单的示例，实际应用中需要根据具体情况进行参数调整和错误处理，以确保电源的正常工作。同时，由于Lua语言的局限性，建议使用更加专业的开发语言和工具进行实现。

五、基于Lua语言的LM2675-5.0芯片驱动的降压式DC-DC开关电源的示例：

-- LM2675-5.0电源芯片引脚定义

local EN_PIN = 1 -- 使能引脚

local FB_PIN = 2 -- 反馈引脚

local SW_PIN = 3 -- 开关引脚

-- PWM模块配置参数

local PWM_CHANNEL = 1 -- PWM通道

local PWM_FREQUENCY = 10000 -- PWM频率，10kHz

local PWM_DUTY = 512 -- PWM占空比，50%

-- 输出滤波器参数

local OUTPUT_INDUCTOR = 100 -- 输出电感器值，100μH

local OUTPUT_CAPACITOR = 10 -- 输出电容器值，10μF

local OUTPUT_RESISTANCE = 10 -- 输出负载电阻，10Ω

local OUTPUT_VOLTAGE = 0 -- 输出电压，初始值为0

-- GPIO口和PWM模块初始化

gpio.mode(EN_PIN, gpio.OUTPUT)

gpio.mode(FB_PIN, gpio.INPUT)

gpio.mode(SW_PIN, gpio.OUTPUT)

pwm.setup(PWM_CHANNEL, PWM_FREQUENCY, PWM_DUTY)

pwm.start(PWM_CHANNEL)

-- 电源芯片使能

gpio.write(EN_PIN, gpio.HIGH)

-- 输出滤波器函数

function output_filter(output)

OUTPUT_VOLTAGE = (OUTPUT_VOLTAGE + output) / 2

local current = (OUTPUT_VOLTAGE / OUTPUT_INDUCTOR) * (1 / PWM_FREQUENCY)

local voltage = current * OUTPUT_RESISTANCE

local delta_v = (voltage - OUTPUT_VOLTAGE) / OUTPUT_CAPACITOR

OUTPUT_VOLTAGE = OUTPUT_VOLTAGE + delta_v

return OUTPUT_VOLTAGE

end

-- DC-DC开关电源控制函数

function dc_dc_power()

local output = 0

local reference = 5.0 -- 目标输出电压，5V

local k_p = 0.5 -- 比例系数

local error = 0

local output_voltage = 0

while true do

error = reference - output_voltage

output = k_p * error

pwm.setty(PWM_CHANNEL, output)

tmr.delay(1000)

output_voltage = output_filter(gpio.read(FB_PIN) * reference)

end

end

-- 启动DC-DC开关电源控制函数

dc_dc_power()

代码示例

该示例中使用了LM2675-5.0芯片作为降压式DC-DC开关电源的控制器，通过控制SW_PIN引脚的开关状态实现电压转换。同时，通过对PWM模块的控制实现对输出电压和占空比的调节，从而实现对输出电压和输出功率的控制。最后，通过输出滤波器对输出电压进行滤波，以确保输出电压的稳定性。

需要注意的是，该示例仅供参考。

4. 步进电机细分驱动电路

步进电机细分驱动电路

为了对步进电机的相电流进行控制,从而达到细分步进电机步距角的目的,人们曾设计了很多种步进电机的细分驱动电路。随着微型计算机的发展,特别是单片计算机的出现,为步进电机的细分驱动带来了便利。目前,步进电机细分驱动电路大多数都采用单片微机控制,它们的构成框图如图4 所示。

单片机根据要求的步距角计算出各相绕组中通过的电流值,并输出到数模转换器(DPA) 中,由DPA 把数字量转换为相应的模拟电压,经过环形分配器加到各相的功放电路上,控制功放电路给各相绕组通以相应的电流,来实现步进电机的细分。单片机控制的步进电机细分驱动电路根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的控制电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高,但是由于末级功放管工作在放大状态,使功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。

甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。开关型步进电机细分驱动电路中的末级功放管工作在开关状态,从而使得晶体管上的功耗大大降低,克服了放大型细分电路中晶体管发热严重的问题。但电路较复杂,输出的电流有一定的波纹。因此该驱动电路一般用于输出力矩较大的步进电机的驱动。

随着大输出力矩步进电机的发展,开关型细分驱动电路近年来得到长足的发展。目前,最常用的开关型步进电机细分驱动电路有斩波式和脉宽调制(PWM) 式两种。斩波式细分驱动电路的基本工作原理是对电机绕组中的电流进行检测,和DPA 输出的控制电压进行比较,若检测出的电流值大于控制电压,电路将使功放管截止,反之,使功放管导通。这样,DPA输出不同的控制电压,绕组中将流过不同的电流值。脉宽调制式细分驱动电路是把DPA 输出的控制电压加在脉宽调制电路的输入端,脉宽调制电路将输入的控制电压转换成相应脉冲宽度的矩形波,通过对功放管通断时间的控制,改变输出到电机绕组上的平均电流。

由于电机绕组是一个感性负载,对电流有一定的波波作用,而且脉宽调制电路的调制频率较高,一般大于20 kHz ,因此,虽然是断续通电,但电机绕组中的电流还是较平稳的。和斩波式细分动电路相比,脉宽调制式细分驱动电路的控制精度高,工作频率稳定,但线路较复杂。因此,脉宽调制式细分驱动电路多用于综合驱动性能要求较高的场合。