基于MC33143芯片的继电器控制接口应用

　　摘要：文章指出目前基于继电器的控制接口设计中所存在的一些问题，分析了MC33143的内部结构及性能特点，指出其作为继电器的控制接口的优越性。

　　关键词：继电器; 控制; 自保护; MC33143

　　分类号：TM571 文献标识：B 文章编号：1006-6977(1999)10-0026-03

　　1. 概述

　　Motorola公司的MC33143芯片主要用于驱动电磁阀、继电器及电机等感性负载，采用24脚表面安装形式封装，体积小，可在功率电源电压为5.5～26V的范围内正常工作，内部包括两个独立的带有工作状态指示引脚的功率开关。MC33143内含SMARTMOSTM技术，具有CMOS逻辑，双极型/MOS模拟电路和DMOS功率输出功能。内部电荷泵提供高效的功率控制输出,为低阻抗的外部负载提供电流。两路输出分别具有外部故障检测、内部过流、过热保护以及电源过压保护功能，当出现过压、过流、过热等任何一种情况时，输出能够迅速截止，并向控制单元发出中断信号。而当负载开路或输出端和功率电源之间出现短路时，也能够提供异常状态的信息指示。一旦异常情况排除和消失，能自动恢复正常工作状态。

　　

 

　　点击放大

　　2. 内部结构及引脚功能

　　MC33143的表面形状和引脚分布情况如图1所示。工作温度范围为-40～125℃，封装形式为SOP-24L。各引脚的名称和功能如下。

　　IN1，IN2：输入脚，在正常条件下决定响应脚的(OUT11,OUT2)输出。如果输入为高，输出打开;输入为低，输出关闭。IN1，IN2内含下拉电阻，若输入悬空，则认为是低电平输入，输出关闭。使用时，未用输入脚接地。

　　CEN：使能端，当其为低时，两路输出关闭，使芯片处于睡眠状态以减少能量损耗。在CEN的下降沿时，两路输出快速关闭，CEN的下降沿必须在Vdd关闭之前来临以保证有足够的时间关闭输出。当CEN处于低电平时，INT、STAT1～2处于高阻态。当电源电压低于4.5V时，CEN脚还可用来关闭电源和恢复供电。CEN脚信号由单片机或其他电路提供，内部有一下拉电阻，能保证当其处于悬浮状态时保持逻辑高电平，内部下拉电阻值大于50kΩ。

　　STAT1～2：状态脚，用来指示输出脚的故障状态。正常工作时，状态脚处于高电平。出现开路、对地短路、对电源短路(外部电源)、过热、过压关闭等状态时，为低电平。与CPU连接时相互之间串联一10kΩ电阻。与Vpwr短路连接时，可提高其故障判断分析能力。不用时，此脚必须连上。

　　Vpwr：该脚与供电电源连接在一起，向DMOS输出提供负载电流及检测过压，当供电电压在5.5～24V之间时，DMOS输出打开;Vpwr不可接负电源，加-1.5V电压时，只能忍受250ms，使用时，应在Vpwr与地之间接一10nF的去耦电容。

　　GND：接地脚，为DMOS输出晶体管散热。

　　Vdd：芯片电源，连接5V逻辑电平，使用时对地需接10nF的去耦电容。

　　OUT1～2:输出脚，连接内部DMOS输出晶体管，给负载供电。每个输出内含动态箝位电路以适应感性负载，并具有对地短路检测和保护、过热检测和保护、过流检测和保护、开路检测及对外部电源短路检测和保护等功能。当CEN为逻辑低电平时，输出关闭，对于未使用的输出脚，必须外接一10kΩ电阻以免误报。工作时，在输出对地之间并接一1.0μF的滤波电容。

　　SFPD：短路故障保护禁止脚。当其为逻辑高电平时，内部过流保护功能失效，但不影响其他故障检测。对于电阻型负载，逻辑高电平可以提供超过3A的尖峰电流。在逻辑低电平时，当负载过流时可控制输出关闭，并保持自恢复功能处于激活状态。此脚内部有下拉电阻保证悬浮状态时为低电平输入，与CPU之间串联一10kΩ电阻以保证输出与输出短路时的故障判断功能。此脚应与Vdd或GND连接，不可悬空。

　　GTST：在检测过程中，用来加强元件DMOS门，该脚接地。

　　INT：中断为低时，指示两输出的故障情况，可用来作为CPU的中断，使得CPU读STAT1～2状态并判断故障情况。正常工作时为高电平，内部有上拉电阻，无须再外接，其输出能力足够平行提供5个中断。外部串接10kΩ电阻，与输出脚1短路时可提高其故障判断能力。如果此功能不用，可以不接。

　　3. 功能介绍

　　MC33143可用来设计系统控制单元和外部执行机构之间的接口控制单元。其可以经受多种非正常工作状态，并能给控制单元提供相应的状态信息，具有较强的适应能力，其功率电源可以承受60V的瞬间冲击，瞬间的过流、过压、过热及对电源和地短路不会出现误动作，当负载出现上述故障时，即有相应状态信息输出。另外其输出端的内部带有反向箝位电路，如图1所示，在驱动感性负载时无须再用额外的保护元件，芯片不会因为受到反向电压的冲击而损坏。其各种状态的工作逻辑关系如表1所列。MC33143设计控制功率电源电压为5.5～26V之间，芯片供电电压为4.5～5.5V，可由CMOS电路驱动，也可以由单片机直接控制。当芯片处于睡眠模式时，由功率电源注入的电流仅有0.2μA，最大不超过300μA，非常省电。

　　

 

　　4. 实际应用

　　作为控制系统中用得较多的一个开关器件，继电器有着其它器件不可替代的作用。这主要的原因是继电器与一般的控制器I/O卡相比具有更大的电流切换能力，并且它们还可以对现场设备和控制器进行隔离，作为220V交流电压控制的现场设备与中央控制器中广泛采用的24V直流电压输出之间的接口。例如在火灾报警控制系统中大量地使用继电器作为输入/输出的控制接口和消防泵、喷淋泵的控制等，新风机、空调、电源等设备广泛采用继电器作为控制器件以实现对上述设备的启动停止。但是，由于这些继电器大多是机械式结构，因此在实际设计和设备安装过程中，还存在一些需要注意的问题，例如感应电压、干扰等。

　　实际上当控制系统中所使用的继电器和被控设备较多的时候，如果它们是并列地排在一起，则控制线上所感应的电压很容易满足使继电器处于保持状态所需要的电压条件。同时由于线圈本身的感性流过电感回路的电流在理论上不能突变，继电器每一次的通断都伴随着迅速的电流浪涌和高压脉冲干扰，这些瞬变脉冲电压对控制系统具有非常严重的影响，可能造成几个比特信息的错误。另外，由于继电器的反复开合形成的电弧也会造成继电器触点的污染，这种污染会产生两个方面的后果：一种是由于触点的氧化使得接触电阻增大，当电流经过时，触点产生的热量会损坏继电器，从而不能可靠的启动被控设备;另一种结果是由于电弧电流较大而使触点粘合在一起无法分开，导致被控设备不能停止工作。

　　

 

　　一般在设计中主要采用三极管、光电耦合器或可控硅等作为继电器的控制接口开关，这对于一般的应用场合可基本满足要求，但是由于上述问题，在一些特殊的场合中选择MC33143更为合适。图2是针对气体灭火控制系统设计的继电器接口控制电路，其对防止继电器的误启动和保护主机电路不受外界电路的影响效果较好。

　　图2中使用8031单片机作为中央控制单元，P1.5，P1.6两端口为探测信号输出口，向离子烟雾探测器、温度探测器等模块发送编码信号;P1.0为MC33143的片选信号，P1.1、P1.2为输出控制端口，一般为低电平信号，其根据探测单元所获取的信息，在有火灾发生的情况下为高电平启动气体灭火系统;P1.3、P1.4为信号输入口，与MC33143的两个状态口相连 ，以获取被控对象的状态信息。

　　MC33143是一种使用非常方便的集成芯片，它不仅可以用来控制继电器，实际应用中还可以用来控制电机等感性负载。

　　参考文献

　　1.Motorola Analog IC Device Data .1998

　　2.何立民.MCS51单片机原理及应用.北京航空航天大学.北京.1996