知識匯聚

在用單片機控制電磁鐵、直流馬達等大電流負載時，為了防止這些大電流負載工作時對單片機電路產生干擾，有時需要對它們進行電路隔離。一般常用的隔離方法是光電耦合器隔離和繼電器隔離。下面分別介紹一下這兩種隔離電路。

1、光電耦合器隔離電路

在用單片機進行調溫、調速控制時，為了防止大電流負載工作時對干擾單片機電路產生干擾，一般可以採用光電耦合器進行電路隔離。上圖中，單片機I∕O口輸出的控制信號加至光電耦合器MOC3041的輸入端，使其內部的發光二極管工作，將單片機輸出的電信號轉為光信號，並通過輸出端去控制雙向可控硅的工作，這樣即可實現大電流負載RL與單片機電路之間的隔離。▲ MOC3041光電耦合器。

2、繼電器隔離電路

若單片機只是控制馬達等大電流負載的啟停這類簡單的工作，可以採用繼電器進行電路隔離。上圖中，單片機I∕O口輸出的控制信號通過電阻R1加至三極管9013的基極使其飽和導通，這樣5V繼電器即可得電工作，其觸點閉合，接通大電流負載的電源使其工作。當單片機I∕O口輸出低電平時，三極管9013截止，繼電器觸點斷開，大電流負載停止工作。

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單片機的工作電壓一般為3.3V或者5V，而且驅動能力非常有限，在驅動電流較大的負載器件時需要用三極管、MOS管、繼電器、可控硅等功率器件來驅動。在工作環境比較惡劣的情況下，一般會使用隔離的手段保證控制系統的穩定。單片機如果控制大電流器件的話一般會使用光耦或者繼電器來實現。

1.使用光耦實現單片機控制大電流器件

單片機的驅動能力為mA級別，對於稍大一點的電流就需用大功率器件，常用的大功率器件有三極管、MOS管和可控硅。下圖是用光耦來控制的大功率NMOS器件和大功率可控硅器件。

上圖中輸入端用單片機控制光耦，光耦的輸出端接NMOS驅動電路，通過控制光耦的導通與否來控制NMOS管的導通情況，從而實現單片機控制大功率器件。上圖的輸出端適合於直流負載。

上圖中，單片機的輸出端接光耦的輸入端，光耦的輸出端接可控硅的驅動電路，圖中使用了兩個單相可控硅來實現輸出控制。單片機控制光耦的導通從而實現可控硅控制迴路的導通，上圖中適合於交流負載。

2.使用繼電器實現單片機控制大電流器件

繼電器的主要結構由線圈、觸點構成，並且線圈和觸點本身就是隔離的。通過控制繼電器線圈的得電情況就能實現觸點的動作。典型的單片機驅動繼電器的電路圖如下。

上圖中繼電器的線圈為5V或者3.3V，通過三極管來驅動線圈，當單片機輸出高電平時繼電器導通，當單片機輸出低電平時繼電器斷開，繼電器的觸點接大功率負載的控制迴路，即可以控制交流回路，又能控制直流回路。通過繼電器從而實現了單片機隔離控制大功率器件的目的。

玩轉嵌入式

用單片機控制大電流器件，並要求控制端和大電流功率端實現隔離。能夠實現隔離的器件有多種，比如光耦、繼電器、變壓器等。下面就繼電器實現隔離和單片機控制大電流的電路進行說明。

繼電器控制電路說明

下面所示即為單片機控制繼電器的電路圖。

上圖的工作原理為:

繼電器本身既有隔離的功能，而且還有通流大電流的能力。它的結構包含兩大部分，即線圈部分和觸點部分。導通的線圈就是一個電磁鐵，它對觸點的活動部分具有吸引力，可以使觸點吸合或者斷開。

圖中標I/O的地方接單片機的一個普通I/O口，一般的單片機I/O口的驅動能力有限，無法直接驅動繼電器，所以這裡用一顆三極管對單片機的輸出電流進行放大。

• 當單片機輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈上沒有電流，觸點斷開，從而使燈泡熄滅；
  
• 當單片機輸出高電平時，三極管飽和導通，繼電器線圈流過電流，使觸點吸合，從而使燈泡點亮；
  

以上即單片機的弱電控制強電並實現隔離的一個例子。

口口木的筆記 2019-2-6

口口木的筆記

單片機控制大電流器件，這是嵌入式設計當中很常見的技術，單片機屬於低功耗微處理器，I/O口的輸出電流一般都10mA以內。若想將微弱的電流進行放大控制，一般採用三極管、MOS管、光耦等之類的器件。比如達林頓晶體管，是三極管複合管，放大倍數可達上萬倍，是非常好用的器件。

題主還提到了隔離控制，單獨使用三極管、MOS管或達林頓晶體管是無法實現物理隔離的，使用光耦可以隔離。

由於題主沒有給出具體控制電流大小及負載電壓，下面舉幾個常用的例子：

（1）單片機I/O口直接接光耦隔離器

原理如下圖所示，單片機I/O口接光耦前端，需要串聯一個限流電阻，光耦正常導通電流一般1~20mA,若負載電流不是很大，光耦的輸出電流足以滿足，可以直接接負載。

注意：要想實現完全物理隔離，光耦輸入端和輸出端必須使用兩路隔離電源，也就是說單片機電源和負載電源是完全隔離的。

若光耦電流不夠大、怎麼辦呢？可以在光耦輸出端在增加一級大功率三極管、MOS管器件即可，注意選擇器件時，工作電壓、電流、功率以及導通電阻等參數。

（2）使用繼電器控制

很多人喜歡使用繼電器控制，因為繼電器使用方便，還能實現隔離。注意事項：使用繼電器控制不可以將繼電器負極直接接入單片機I/O，單片機I/O口的灌電流非常小，帶載能力弱，無法帶動繼電器，直接接入極有可能損壞單片機，需通過三極管或MOS管進行控制。

（3）使用數字隔離芯片隔離

比如ADI公司的數字隔離芯片ADUM1200、ADUM1201是很常用的數字隔離芯片，兩端工作電壓2.7V~5.5V，最大輸出電流35mA,其性能、功耗、體積等各方便都比傳統的光耦要有優勢得多！

以上是本人的觀點，希望本人的回答對大家有所幫助，想了解更多知識，請關注本頭條號，謝謝！

技術閒聊

電路隔離常見的方法有阻容隔離，變壓器隔離，光電耦合器隔離。

光電耦合器隔離法

這裡面用的最好的方法就是光電耦合器隔離，因為光電耦合器從價錢上說他非常的便宜，同時他的使用也很靈活。光電耦合器的隔離方法的原理是將電信號轉化為光信號然後再轉化為電信號，這樣信號在中間的傳遞形式是光，進而阻斷了前級電路與後級電路的直接電信號接觸以達到抗干擾作用。

變壓器隔離

變壓器控制法是第二常見的方式，變壓器是前級線圈與後級線圈採用電磁感應的方式進行的連接，因此可以將後級大電流與前級的單片機間用變壓器進行隔離。這種隔離方式同樣在多級放大電路中也很常見。

阻容隔離

阻容耦合隔離方式是最簡單的，但他的性能遠遠比不上前兩種隔離方式。阻容隔離方式就是將前級與後級大電流器件之間串聯電阻，這樣可以衰減電路中的干擾信號，但是這種衰減的能力是有限的同時串聯電阻也會對真正的內部有用信號進行衰減。

以上就是三種隔離方式，希望可以幫到你！

電子設計學堂

單片機控制大電流器件，如何實現電路隔離？

單片機用在工業現場，出現異常狀況多數是源自於干擾，造成程序跑飛、控制失靈，有時出現嚴重事故。根據題目說的，單片機控制大電流器件，顯然是弱電控制強電的一種控制。

因此在現場環境中，弱電或低電平的測量回路常會串入或感應產生較強電壓，如周圍環境有220V/380V AC等交流電壓，它們就極有可能感應或直接串入測量回路，從而有數十伏或數百伏的感應電壓，如果不進行隔離的話，這些強電就進入測量回路，勢必損壞單片機。常用的隔離方法有變壓器隔離和光電隔離，在控制系統中多數採用的是光電隔離，原因是光電隔離的能力強，可達1500V交流峰-峰值或直流電1500V。

由提問者說的問題，想實現電路隔離，又根據題目分析是弱電控制強電的方式，應是傳遞數字量信號的，因此實現隔離的最好辦法就是採用光電隔離。對於單片機而言，其數字信號、頻率調製或脈衝調製信號，就可以採用光電器件隔離，而起到光電器件作用的為光電三極管型光耦合器。

光電隔離器是由發光二極管和光敏晶體管封裝在一起而構成的，因為發光二極管的亮度和所通過的電流並不是線性關係，而光敏晶體管的輸出電流與被照射的光強也不是成正比例關係，所以說光電隔離器一般不宜用來傳遞模擬量信號。

由上述可知，光電耦合隔離是比較理想的電氣隔離手段和抗干擾手段。因此，在輸入與輸出端都可以採用光電耦合隔離。使用時只要在輸入或輸出信號端加光電耦合隔離，可以將主機部分和前向、後向通道及其它部分切斷電路聯繫，這樣就有效的防止干擾進入單片機系統，從而可避免單片機的損壞。同時也可以在單片機的I/O口、電源線、電路板連接線等比較重要的部位採用干擾元件，如用磁珠、磁環、電源濾波器、屏蔽罩等。

關鍵字: 電路 隔離 科技