使用STM32驱动3WE6B61B/CG24N9Z5L电磁阀(一)

一.方案设计--光耦选型

已经完成STM32单片机通过modbus rtu控制16路电磁阀，接下来进行电路设计。设计思路为单片机控制控制光耦，光耦进行放大和隔离后，驱动mos管输出24V PWM波形，进行驱动。

1.1光耦简介

光耦是隔离传输器件，原边给定信号，副边回路就会输出经过隔离的信号。对于光耦的隔离容易理解，此处不做讨论。以一个简单的图（图.1）说明光耦的工作：原边输入信号Vin，施加到原边的发光二极管和Ri 上产生光耦的输入电流If，If驱动发光二极管，使得副边的光敏三极管导通，回路VCC、RL 产生Ic,Ic经过RL产生Vout，达到传递信号的目的。原边副边直接的驱动关联是CTR（电流传输比），要满足Ic≤If*CTR。

光耦一般会有两个用途：线性光耦和逻辑光耦，如果理解？
工作在开关状态的光耦副边三极管饱和导通，管压降<0.4V，Vout约等于Vcc（Vcc-0.4V左右），Vout 大小只受Vcc大小影响。此时Ic<If*CTR，此工作状态用于传递逻辑开关信号。

工作在线性状态的光耦，Ic=If*CTR，副边三极管压降的大小等于Vcc-Ic*RL，Vout= Ic*RL=(Vin-1.6V)/Ri * CTR*RL，Vout 大小直接与Vin 成比例，一般用于反馈环路里面 (1.6V 是粗略估计，实际要按器件资料，后续1.6V同) 

1.2举例

例1：假设 Ri = 1k,Ro = 1k,光耦CTR= 50%，光耦导通时假设二极管压降为1.6V，副边三极管饱和导通压降Vce=0.4V。输入信号Vi 是5V的方波，输出Vcc 是3.3V，Vout 能得到3.3V 的方波吗？

原边：IF = (Vi-1.6V)/RI = 3.4mA

计算副边：IC ≤ CTR*IF= 1.7mA

实际副边：IC=（3.3V-0.4V）/1K=2.9mA

可见要想输出3.3V方波必须要满足计算的副边IC>实际的IC，所以不能得到3.3V方波。若想得到3.3V方波需要：减小Ri 阻值；更换大CTR 光耦；增大Ro 阻值

减小RI阻值：IC：0.5* (Vi-1.6V)/RI =2.9，得出RI至少要小于586Ω

开关状态的光耦，实际计算时，一般将电路能正常工作需要的最大Ic 与原边能提供的最小If 之间Ic/If 的比值与光耦的CTR 参数做比较，如果Ic/If ≤CTR，说明光耦能可靠

1.3选定型号

1.3.1 EL357N

先查看EL357N datasheet，查看主要参数：

1.发光二极管正向压降：VF=1.2V

2.正向电流：IF=50mA

3.电流传输比CTR：CTR=50-600%,因为做开关用，故不用考虑此项

4.集电极-发射极反向击穿电压：VEC0=7V

5.集电极-发射极饱和压降：VCE0=80V

6.上升时间Rise time：3us

7.下降时间Fall time：4us

从淘宝买了一块单片机驱动电磁阀的PCB，上面使用的是EL357N光耦驱动IRF3205，接上电机测试一下，看看输出是否满足要求，

光耦原边，测试图片如下：

光耦输出端图片如下

 电磁阀两端测量图片如下

 结论：以上测量结果，对于现在的场景是够用了，因为只是使用100HZ的频率去控制电磁阀，但是本着求知的心态，打算换一个高速光耦试一下

 1.3.1 TLP2310

同事推荐一款东芝光耦：

型号为：TLP2310

速率：5mbps的小型so6封装中的低功率光耦合器

电源电压：2.7~5.5V

型号：此型号为开关型光耦，所以不考虑放大

开始下载元件datasheet，光耦选型应注意以下几点：

1.发光二极管正向压降：VF=1.53V

2.正向电流：IF=8mA

3.电流传输比CTR：因为做开关用，故不用考虑此项

4.集电极-发射极反向击穿电压：VEC0=7V

5.集电极-发射极饱和压降：VCE0=6V

6.上升时间Rise time：11ns

7.下降时间Fall time：13ns

如图正向电流最大为8mA

如图可知光耦的输入电流IF一般为2-6mA

 如图可以光耦再2mA输入IF时，原边二极管压降为1.53V（感觉有点大），副边压降为VDD-0.25V

发现TLP2310输出电压是6V，接到电路会造成烧毁，暂时就这样用吧，后续有需要再优化。。。。

二.插曲

突然想起以前画的一个单片机控制光耦，再控制继电器的电路，当时是知道同一个地没有隔离的，但是没想到还有一个更大的问题，惊出一身冷汗。

 是的，你没看错！！！LED指示灯加在了光耦的原边电路。选用的LED红灯，压降大约1.8V，PC817的压降大约1V。Ur30=3.3-2-1=0.3V, 实测等于0.37V，那面IF=0.37-0.47=0.8mA。没想到这个电路竟然能用，如果不是写这个文章，看一下这个电路，恐怕一直还认为没问题。