Arduino如何控制更高电流的设备（电机，螺线管，照明灯等）？

我正在寻找一种广泛适用的解决方案，该解决方案可以适应各种项目。

我目前正在进行多个项目，每个项目都需要从Arduino Uno控制800mA至2A的器件。一台控制步进电机，一台控制12vdc电磁执行器，一台控制12vdc气动阀。

例如：

Arduino监视一个按钮，每次按下按钮都会触发电磁执行器。由于Arduino无法提供螺线管所需的电流，因此需要使用单独的电源，并且Arduino控制允许较大电流通过的开关（继电器，晶体管等）。对于步进电机，布局更加复杂，因为将需要四个引脚来控制四个单独的开关（以保持电路的互操作性）。继电器控制空气阀，并且也需要12vdc。

我试图弄清楚如何使用单个电路，这些电路可用于这些应用程序（以及任何未来的项目）中，这些应用程序涉及控制比Arduino引脚能够处理的电流更高的设备。

原型设计速度，标准化的组件和低成本是驱动因素。开关速度，使用寿命和噪声也很重要。

是否有可以连接到Arduino引脚并用于控制大电流设备的分线板，电路或组件？理想情况下，使用软件控制的电位计，以便可以在草图本身中设置不同项目的电阻。

为了驱动如此高的电流，您可能必须级联多个晶体管（也可以使用达林顿晶体管）。在芯片中安装了达林顿阵列（例如，ULN2803A具有8个达林顿晶体管，但限于500mA）。

您可能将不得不处理功率更高的晶体管。作为示例，我发现STMicroelectronics TIP110可以支持切换2A电流（峰值4A），但是可能需要一个散热器来散热。

请注意，我想知道您的步进器是否真的需要2A电流（它们那么大吗？）。对于步进器，通常可以找到可以轻松驱动它们的IC，例如L293D，但这种驱动器只能“驱动” 600mA。

结论是，恐怕您将找不到“一刀切”的解决方案，因为您的所有设备都不相同，应该由适当的电路驱动。

编辑：

由于在原型设计中尺寸过大不是问题，所以您可以使用MOSFET代替普通的双极晶体管。MOSFET将能够驱动比标准晶体管更高的电流和电压。

缺点是您只能将其用作开关（例如继电器），因此不能真正为设备驱动确切的功率。我想这对于步进电机或电磁阀都没关系，但是这对于例如驱动灯光可能很重要。

但是，好处是您仍然可以使用PWM，因为MOSFET的开关速度足以满足此目的。

关于价格，那里有许多种MOSFET，但我想您可以找到不到1美元就能满足自己需求的MOSFET（12V，2A）。

我建议您看一下有关此主题的出色文章。

有很多方法可以切换较高的负载，并且jfpoilpret描述了一些不错的选择。我将总结几个基于继电器的解决方案，这些解决方案主要适用于相对较慢的开关速度（即通常不适用于PWM）。

固态继电器
固态继电器（SSR）是有效的基于半导体的开关。它们具有多种配置，具体取决于您的要求，但是关键因素是它们没有活动部件。这意味着，如果使用得当，它们从长远来看会非常可靠。

在内部，它们通常由MOSFET和晶闸管或类似器件组成。从理论上讲，这可以使它们达到相当高的开关速度。但是实际上，它设计的功率越多，快速切换就越困难。这意味着高速+大功率可能会变得非常昂贵。

要记住的一个关键因素是，如果要切换交流而不是直流，则通常需要使用其他类型的SSR。还需要注意的是，有些将带有内置的光电隔离器或类似的隔离器，以使电源分开。

机电继电器
这是更“传统”的方法。机电继电器（EMR）是一个相当简单的组件，包含一个由电磁线圈控制的机械开关。如果开关通常是打开的，则在施加控制电流时，线圈会将其拉到闭合状态。相反，当施加控制电流时，常闭开关将被拉开。

与SSR相比，EMR具有许多优势。最明显的是成本-它们的简单性使其非常便宜，并且对于高功率版本，成本不会急剧上升。此外，控制和负载在本质上是隔离的，因此无论您要切换交流还是直流，它们都不在乎。

但是有几个缺点。机械方面意味着EMR通常比非机械开关解决方案要慢得多，并且会遭受触点弹跳的影响。此外，它们可能会物理磨损，并可能受到冲击，振动和（可能）其他磁场的影响。

在设计使用EMR的电路时，必须了解反电动势（电动势）。当施加控制电流时，线圈充当电感器，以电磁方式存储电荷。当控制电流停止时，存储的电荷会通过控制电路回弹，从而产生一个较大的负电压尖峰（可能比最初施加的电压大得多）。

不幸的是，该尖峰会损坏/破坏任何连接的组件或微控制器引脚。通常通过在继电器的控制触点两端接一个反向二极管来防止/缓解这种情况。在这种情况下，它有时被称为反激二极管，它允许EMF安全地消散。

正如jfpoilpret已经说过的那样，功率MOSFET非常适合导通和关断上拉至44 A的器件的12 VDC电源。有数十种此类功率MOSFET的价格低于1美元。有更昂贵的MOSFET可以处理更高的电流和电压。

原则上，可以用微控制器，少数晶体管和其他一些小零件来驱动步进电机。但是，许多人更喜欢使用“步进驱动器芯片”，因此软件错误不可能以使电源接地短路（通常会损坏至少两个晶体管）的方式意外地打开晶体管。许多最新的步进驱动器芯片还处理微步进，电流限制，热过载保护和其他出色的功能。

我听说过的所有步进驱动器芯片，以及使用这些芯片的一些现成的突破板，都列在 http://reprap.org/wiki/stepper_motor_driver上。

特别是，我见过的许多RepRap 3D打印机都将Arduino连接到四个Pololu步进驱动器（每个不到15美元）来驱动五个步进电动机。

我制作了一个Arduino（Arduino Nano）电路，使用MTP3055V MOSFET 60V 12A晶体管为12V Peltier（也是大功率电源）供电。而且电路运行良好。