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三极管继电器驱动电路中器件的参数值计算方法

0 0 2022-06-21

我们一般采用三极管作为继电器驱动电路,而NPN三极管是充当低侧开关,这意味着NPN导通时,三极管本身将成为继电器线圈的接地路径,下面是一个继电器驱动电路,我们可以把继电器线圈等效成线圈电感Lcoil和线圈电阻Rcoil的串联电路。Q1导通后将把继电器的低端接地以使线圈通电,当VIN节点有高电平信号时,Q1将饱和导通并将继电器接地。另一方面,当VIN节点没有驱动信号时,Q1将切断继电器的线圈通路。R2电阻将增加电路的抗噪能力,尤其是当 VIN开路时,D1用于保护反冲电压继电器反电动势的晶体管,接下来我们就详细计算一下每个器件的参数值。

11.jpg

我们需要继电器驱动电路将继电器的线圈另一侧接地,理想情况下驱动开关上的电压降最好为零,这就意味着晶体管应该在深度饱和下工作。深度饱和意味着即使在最坏的情况下,比如考虑温度,放大倍数漂移等因素,晶体管也将保持饱和状态。假定V1=12V,VIN=5V,Rcoil=330Ω。


a.求解集电极电流:

IC=V1/Rcoil=12V/330Ω=36.37mA


b.设置基极电流以保证三极管深度饱和:

IC/IBd的值一般小于10认为是深度饱和。在这个例子中我们定为10,最准确的方法是确认一下三极管规格书中β的最小值:IC/IB=10,需要注意的是基极电流不能超过驱动电路最大输出电流。

IB=IC/10=36.37mA/10=3.64mA


c.电阻阻值计算:

VIN=5V,R2 可设置为10kΩ。R2的目的只是确保当 VIN 处于开路状态时基极接地,因此10kΩ 足够了,流过它的电流可以求解为:IR2=VBE/R2=0.7V/10kΩ=70uA;我们在这里使用0.7V作为VBE压降,具体需参考规格书。然后,R3 上的电流也可以使用以下公式计算:IR3=IR2+IB=70uA+3.64mA=3.71mA;最后,可以使用以下等式计算 R3:

R3 = (VIN–VBE)/IR3=(5V–0.7V)/3.71mA = 1.16kΩ


d.器件功耗计算:

三极管功耗:PQ1=IB*VBE+VCE*IC

PQ1=3.64mA*0.7V + 0.1V*36.37mA = 6.185mW;

R2 功耗:PR2 = IR2*IR2*R2 = 70uA*70uA*10kΩ = 49uW;

R3 功耗:PR3 = IR3*I R3*R3 = 3.71mA*3.71mA*1.16kΩ = 16mW;

继电器功耗:PRelay = IC*IC*Rcoil=36.37mA*36.37mA*330Ω = 436.5mW;


计算出所有器件的值以及功耗之后,我们就能根据这些参数进行器件选型以及输出BOM了。

作者: 傲壹电子

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