Как подключить реле к микроконтроллеру

Самый простой способ подключить реле к микроконтроллеру — это использовать обычный NPN транзистор. Параметры данного транзистора подбираются исходя из рабочего напряжения реле и тока. Величина тока реле зависит от типа реле. Как правило, чем больше реле, тем больше нужен ток.

Если взять типовое реле малого размера с коммутацией от 2…4 А, то как правило для его переключения необходим ток в районе 60 мА.

Весьма легко определить необходимый ток, зная сопротивление катушки. По закону Ома:

I = V / R

Например, если у нас есть реле на 5 В с сопротивлением катушки 100 Ом, мы можем рассчитать потребляемый ток:

I = 5 В / 100 Ом = 50 мА

Ток 50 мА слишком высок, и поэтому мы не можем подключить реле непосредственно к выходу микросхемы (CMOS или TTL), а также к микроконтроллеру.

Поэтому необходимо использовать транзистор в режиме ключа, который может обеспечить необходимый ток для реле.

Для правильной работы транзистора необходимо подобрать оптимальный ток базы, который задается путем подключения резистора между базой и выходом микроконтроллера. Расчет данного сопротивления рассмотрим на примере.

Предположим, что мы используем транзистор BC547, этот транзистор имеет статический коэффициент усиления (hFE) 100 или более. Поэтому для получения необходимого выходного тока в 50 мА (ток коллектора), ток базы транзистора должен составлять:

I_б = I_к / hFE => I_б = 0,05A/100 = 0,0005 A

По закону Ома:

R = (V — V_бэ) / I_б => (5В — 0,6 В) / 0,0005A = 8800 Ом

Чтобы обеспечить достаточный (надежный) выходной ток для реле, мы можем уменьшить полученное сопротивление в два с лишним раза, при этом выходной ток микроконтроллера останется на безопасном уровне.

R = 8800 Ом / 2,5 = 3520 Ом => возьмем 3,3 кОм

Как видно на рисунке добавлен диод 1N4001, подключенный параллельно катушке, но в обратном направлении. Это делается для того, чтобы погасить всплеск ЭДС самоиндукции катушки реле (в момент ее отключения), который может повредить транзистор.

Для наглядности можно подключить светодиод (с соответствующим сопротивлением), который будет указывать на работу реле.

В случае, если необходимо подключить более мощное реле, то придется использовать более мощный транзистор. Как известно мощные транзисторы обладают малым коэффициентом усиления, поэтому здесь желательно использовать дополнительный маломощный транзистор. В связке они образуют так называемый транзистор Дарлингтона, обладающий высоким коэффициентом усиления.

В этом случае ток базы будет следующим:

I_б = I_к / (hFE_T1 * hFE_T2)

Наконец, если нужно подключить несколько реле, то есть более элегантное решение, состоящее из использования интегральной микросхемы ULN2003 (или других моделей того же семейства). Микросхема ULN2003 состоит из 7 групп транзисторов, подключенных в конфигурации «Дарлингтон», имеет входные резисторы, а также защитные диоды.

источник