作者：Michael Parks, Mouser Electronics 幾乎在經典科幻電視劇《星際迷航》的每一集中，無論發生何種災難，這一天的結尾永遠是Kirk船長呼叫總工程師Scotty并且要求更大的動力！在該虛構的企業號航空母艦中，假設該二十三世紀的明星戰艦依然是由電子驅動，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工程師和制造商，嵌入式電子項目毫無疑問使用電子來驅動電路。設計師不能只是假設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。良好的設計，選擇合適的元器件，并仔細閱讀產品說明書，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？ ? 當微控器連接到一個步進電機類似的電感負載時，你該如何保護該控制器？ 驅動大負載 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（數據手冊是工程師的最好朋友）。一定要閱讀您選定的MCU的數據手冊。在某些應用中，這樣大的電流已經夠用，但有時你需要比微控器GPIO引腳更大的拉電流。其中一個例子是驅動需要控制較遠距離的紅外LED 或者是連接較大的電機。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引腳將僅驅動NPN晶體管的基極，然后從外部電源得到從集電極到發射極的一個更大電流并驅動負載。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，以驅動晶體管進入飽和狀態。 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 電感性負載，比如步進電機 ，因為物理特性，在電流通過電感時會表現出一個副效應。原則上，發電機和電動機采用相同的電機工作概念，只是能量轉換方向是相反的。所以想象一下你有一個電機正在運行，突然你切斷了電源。線圈內的能量被存儲在電磁場內，但現在磁場開始崩潰。面對崩潰的電磁場，試圖保證電流流動，將產生一個巨大的尖峰電壓。這個電壓可能高達幾百伏，即便是在低功率應用中。因為這個電壓的形成于線圈兩端，并且與施加在運行電機的電壓方向相反。（因此稱為 “反沖”電壓，如果處理不當，感應電壓可能會毀壞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，一個高速開關的保護二極管（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，當電機斷電后，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載的反沖電壓。 為使與電機的接口處理更簡潔，也可以使用L293D H橋電機驅動芯片來驅動電機，該芯片內部還包含有保護二極管。請確定訂購的是L293D而不是L293，后者缺乏保護二極管。 (mbbeetchina)