【专题2：电子工程师 之 硬件】 之 【17.项目二：温度开关控制直流有刷电机】

希望本是无所谓有，无所谓无的，这正如脚下的路，其实地上本没有路，走的人多了，也便成了路
原创不易，文章会持续更新
文章会同步到作者个人公众号上，感谢扫码关注

所有文章总目录：【嵌入式 无人机 电机控制】
原创视频总目录：【嵌入式 无人机 电机控制】

 

1.功能需求

用一个温度开关（传感器）控制一个直流电机的转与停，当温度大于70°时，温度开关开通，直流电机转动，同时红LED灯亮；当温度降为40°时，温度开关关闭，直流电机停止转动，同时绿LED灯亮，红LED灭。

70°的温度开关：当温度大于70°，温度开关导通。直到温度低于45°，温度开关关闭；温度再次升到70°时，温度开关再次开通。
 

2.方案一

这样设计行吗？肯定是不行的。因为流过温度开关的电流一般很小，通常传感器元件一般作为信号的输入端，用来控制负载，而不会直接与负载串联。
 

3.温度开关控制三极管

把一个三极管作为开关管用，用温度开关的弱电流信号来控制三极管的导通与关闭，从而控制电机的转与停。

这样做貌似可以完成功能，但细想还是存在问题。电流和电压都是模拟量，温度开关断开的瞬间，不能突变为0，三极管基极电流降为零需要一段时间，此时三极管处于放大工作状态，极其不稳定，很容易受外界的干扰。

譬如工作在放大区时来了一个高压静电，就有可能将三极管击穿。因此要将工作在放大区的时间尽可能缩短，即基极电流放电速度尽可能加快，因此可以在基极处放一个下拉电阻，加快放电速度。
 

4.加下拉电阻

加了一个下拉电阻R2，一般下拉电阻选择2K（经验值）比较合适。如果阻值太小，会在R2处产生一个大的电流，这个电流对系统没有任何作用，是无用的，我们称它为漏电流。漏电流大，会使系统无用功率也就大。如果阻值太大，三极管关断时的放电速度会变慢，让三极管处于放大区的时间加长，这也不符合需求。

总结：
下拉电阻起到的作用：
（1）缩短三极管的放电的时间，当温度开关闭合，三极管可以更快的关闭，减少处于放大区的时间。

（2）避免出现高阻态（芯片的引脚什么都不接，相当于该引脚和电源之间接了一个无穷大的电阻，即该引脚所在通路的电阻非常大，称该引脚处于高阻态，如果此时有高压静电，电流只能往芯片内部流，很有可能会烧坏芯片，所以在电路设计中，任何器件的输入引脚要么接上拉电阻，要么接下拉电阻，即工作在两态）。

（3）当有高压静电时，提供了放电通路，避免高压静电直接流入三极管。

但机械开关/温度开关在闭合的瞬间会产生一个高dv/dt（尖峰电压），会对后续元器件造成损伤，因此需要进行滤波。
 

5.加上RC滤波电路

加上了滤波电路，可以滤除在开关闭合瞬间产生的尖峰电压。但因为存在电容C2，当开关断开时，C2中的电荷也会通过R2和三极管（两条放电路线）进行放电，从而增加了三极管的闭合时间。所以需要在R3的前面加上给C2放电的放电电路。
 

6.加上放电电路

因为存在滤波电容C2，当温度开关断开时，C2经过下拉电阻R2和三极管Q1进行放电，C2放电过程中，电机任然在转；这是不合理的。必须要在C2之前加上放电电路，让C2尽可能的通过前面的电路进行放电。
（1）方案一：

当温度开关断开时，C2会通过前面的三极管放电；但开关闭合时，三极管任然会导通，所以必须让B极电压为12V，比E极高，这样在开关闭合时才不会导通。

但上面的电路也存在问题：第一，直接将三极管短路；第二，会产生漏电流（流过下面的R1/10K电阻时，会产生电流，该电流是浪费的、没用的，称为漏电流，漏电流过大，会增加系统无用功耗）。

（2）方案二：

上面的电路解决了短路问题。但仍存在的问题：C5放电的时候会经过三极管和上面的R1电阻，当三极管导通时，EC之间的电流是非常大的（比另一条放电路径大），所以应该尽量让放电电流从三极管流过。此外，因为增加了一个电阻，所以RC延时电路的延时时间将不再时4.7us。

（3）方案三：

使用二极管代替电阻。

（4）方案四：

对于方案三，C5不光会通过前面1KR1进行放电，也会通过后面的10K电阻进行放电（虽然电流很小，但确实存在）。如果在R1上面加上一个二极管，则可以让电流尽可能的从前面的1KR1进行放电，最大程度的加快放电速度。

开关闭合时，在工程项目中，漏电流一般在1mA上下，太大增加系统功耗。故R1为10K是合理的。漏电流一般为1mA是可以的。