作者：Michael Parks, Mouser Electronics 幾乎在經(jīng)典科幻電視劇《星際迷航》的每一集中，無論發(fā)生何種災(zāi)難，這一天的結(jié)尾永遠(yuǎn)是Kirk船長呼叫總工程師Scotty并且要求更大的動力！在該虛構(gòu)的企業(yè)號航空母艦中，假設(shè)該二十三世紀(jì)的明星戰(zhàn)艦依然是由電子驅(qū)動，那么艦上的電路必須非常健壯，以快速處理尖峰并提供動力。對于仍停留在第二十一世紀(jì)工程師和制造商，嵌入式電子項目毫無疑問使用電子來驅(qū)動電路。設(shè)計師不能只是假設(shè)他們選擇的嵌入式平臺的拉電流或者灌電源可以確保所有部件正常工作。良好的設(shè)計，選擇合適的元器件，并仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說明書，這三個要求都滿足才能保證項目安全可靠。 圖1：來源 讓我們來看看在建立新的嵌入式項目時需要考慮的兩個問題。 ? 當(dāng)某個組件需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流時，你該如何處理？ ? 當(dāng)微控器連接到一個步進(jìn)電機(jī)類似的電感負(fù)載時，你該如何保護(hù)該控制器？ 驅(qū)動大負(fù)載 許多微控器的GPIO引腳僅支持很小的拉電流，大約只在40mA左右（數(shù)據(jù)手冊是工程師的最好朋友）。一定要閱讀您選定的MCU的數(shù)據(jù)手冊。在某些應(yīng)用中，這樣大的電流已經(jīng)夠用，但有時你需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流。其中一個例子是驅(qū)動需要控制較遠(yuǎn)距離的紅外LED 或者是連接較大的電機(jī)。因此，你可能需要利用外部電源，以安全地獲取所需電流。這樣做的一個簡易方法是使用一個PNP晶體管（PN2222 是一個不錯的先行嘗試，然后再加入幾個限流電阻即可。GPIO引腳將僅驅(qū)動NPN晶體管的基極，然后從外部電源得到從集電極到發(fā)射極的一個更大電流并驅(qū)動負(fù)載。需要注意的是，你必須把微控器和外部電源的地連接在一起。也一定要選擇一個基級電阻值，以驅(qū)動晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)。 圖2： 使用NPN晶體管以使微控器處理更大的電流需求。 避免“反沖”電感電壓 電感性負(fù)載，比如步進(jìn)電機(jī) ，因為物理特性，在電流通過電感時會表現(xiàn)出一個副效應(yīng)。原則上，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)采用相同的電機(jī)工作概念，只是能量轉(zhuǎn)換方向是相反的。所以想象一下你有一個電機(jī)正在運(yùn)行，突然你切斷了電源。線圈內(nèi)的能量被存儲在電磁場內(nèi)，但現(xiàn)在磁場開始崩潰。面對崩潰的電磁場，試圖保證電流流動，將產(chǎn)生一個巨大的尖峰電壓。這個電壓可能高達(dá)幾百伏，即便是在低功率應(yīng)用中。因為這個電壓的形成于線圈兩端，并且與施加在運(yùn)行電機(jī)的電壓方向相反。（因此稱為 “反沖”電壓，如果處理不當(dāng)，感應(yīng)電壓可能會毀壞GPIO引腳電路或甚至是整個微控器。反沖電壓有時也被稱為反向電動勢，或簡稱反向EMF。 為此，可以采用“反激”二極管，一個高速開關(guān)的保護(hù)二極管（1N4001 是一個不錯的選擇）放置在跨越線圈的位置，與正常使用時反向偏置。然后，當(dāng)電機(jī)斷電后，反激二極管允許反沖電壓安全地將其電流通過線圈電阻，防止毀壞更敏感的電子設(shè)備。為獲取更安全的方案，可以在GPIO引腳與晶體管之間插入一個光耦芯片，以電性隔離微控器（4N35是個不錯的選擇）。 圖3： 使用“反激”二極管來避免感性負(fù)載的反沖電壓。 為使與電機(jī)的接口處理更簡潔，也可以使用L293D H橋電機(jī)驅(qū)動芯片來驅(qū)動電機(jī)，該芯片內(nèi)部還包含有保護(hù)二極管。請確定訂購的是L293D而不是L293，后者缺乏保護(hù)二極管。 (mbbeetchina)