三极管继电器驱动电路中器件的参数值计算方法

我们一般采用三极管作为继电器驱动电路，而NPN三极管是充当低侧开关，这意味着NPN导通时，三极管本身将成为继电器线圈的接地路径，下面是一个继电器驱动电路，我们可以把继电器线圈等效成线圈电感Lcoil和线圈电阻Rcoil的串联电路。Q1导通后将把继电器的低端接地以使线圈通电，当VIN节点有高电平信号时，Q1将饱和导通并将继电器接地。另一方面，当VIN节点没有驱动信号时，Q1将切断继电器的线圈通路。R2电阻将增加电路的抗噪能力，尤其是当 VIN开路时，D1用于保护反冲电压继电器反电动势的晶体管,接下来我们就详细计算一下每个器件的参数值。

我们需要继电器驱动电路将继电器的线圈另一侧接地，理想情况下驱动开关上的电压降最好为零，这就意味着晶体管应该在深度饱和下工作。深度饱和意味着即使在最坏的情况下，比如考虑温度，放大倍数漂移等因素，晶体管也将保持饱和状态。假定V1=12V，VIN=5V，Rcoil=330Ω。

a.求解集电极电流:

IC=V1/Rcoil=12V/330Ω=36.37mA

b.设置基极电流以保证三极管深度饱和：

IC/IBd的值一般小于10认为是深度饱和。在这个例子中我们定为10，最准确的方法是确认一下三极管规格书中β的最小值：IC/IB=10，需要注意的是基极电流不能超过驱动电路最大输出电流。

IB=IC/10=36.37mA/10=3.64mA

c.电阻阻值计算：

VIN=5V，R2 可设置为10kΩ。R2的目的只是确保当 VIN 处于开路状态时基极接地，因此10kΩ 足够了，流过它的电流可以求解为：IR2=VBE/R2=0.7V/10kΩ=70uA；我们在这里使用0.7V作为VBE压降，具体需参考规格书。然后，R3 上的电流也可以使用以下公式计算：IR3=IR2+IB=70uA+3.64mA=3.71mA；最后，可以使用以下等式计算 R3：

R3 = (VIN–VBE)/IR3=(5V–0.7V)/3.71mA = 1.16kΩ

d.器件功耗计算：

三极管功耗：PQ1=IB*VBE+VCE*IC

PQ1=3.64mA*0.7V + 0.1V*36.37mA = 6.185mW;

R2 功耗：PR2 = IR2*IR2*R2 = 70uA*70uA*10kΩ = 49uW；

R3 功耗：PR3 = IR3*I R3*R3 = 3.71mA*3.71mA*1.16kΩ = 16mW；

继电器功耗：PRelay = IC*IC*Rcoil=36.37mA*36.37mA*330Ω = 436.5mW；

计算出所有器件的值以及功耗之后，我们就能根据这些参数进行器件选型以及输出BOM了。

审核编辑：汤梓红