電子元器件|繼電器兩端并聯(lián)二極管詳細分析-KIA MOS管

繼電器兩端并聯(lián)二極管解析

電感和電感器

電感（inductor）是一個(gè)繞在磁性材料上的導線(xiàn)線(xiàn)圈（coil），電感通以電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)（magnetic field），磁場(chǎng)很懶，不喜歡變化，結果呢，電感就成為阻礙其電流（current）變化的元件。

如果流過(guò)電感的電流恒定，電感就很高興，不用對電子流出任何力（force），此時(shí)的電感線(xiàn)圈就是普通導線(xiàn)。

如果我們想中斷電感中的電流，電感就會(huì )出力（電動(dòng)勢，EMF），試圖維持其中電流。如果電感自身構成回路，電路中又沒(méi)有電阻（resistance），那么理論上，電子流永遠在循環(huán)流動(dòng)。

但是，除非我們采用超導體，否則所有的導線(xiàn)都對電流有阻礙作用，最終電感電流將衰減（decay）為零，且電阻越大，衰減越快。不過(guò)，感抗（inductance）越大，衰減則越慢。如圖1所示。

繼電器，二極管

一旦電流變?yōu)榱悖捎陔姼锌偸窃噲D阻礙電流變化，此時(shí)它又想維持電路電流為零。所以，當我們把電感接入電路中時(shí)，電感馬上出力，試圖阻礙電流增加，但是電流還是慢慢在增加。電感感抗越大，電流增大的速度越慢。當電流不再增加而到達穩態(tài)值后，電感又樂(lè )不可支了，不用再出力了！如圖2所示。

繼電器，二極管

當我們切斷電感中的電流時(shí)，電感又出力想維持穩態(tài)電流值。如果此時(shí)電感與一個(gè)電阻相連，則電阻兩端的電壓是其電阻值與電流的乘積。

由于電感最大的本事就是阻止電流的突變，因此，不管電阻值是多少，在電路被切斷后的瞬間，電感中的電流與切斷前是一樣的。如果電阻值很大，則電流與電阻的乘積也非常大，結果，電感上會(huì )產(chǎn)生瞬時(shí)的高電壓。如圖3所示。

繼電器，二極管

由于電感中的電流不能突變，如果要切斷電感電路，我們總是需要提供電感電流釋放回路。假如沒(méi)有提供釋放回路，電感電流就會(huì )自尋通道，比如，通過(guò)空氣釋放，通過(guò)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)或者其他不應導電的元件釋放。短時(shí)間的高電壓將對電路產(chǎn)生極大的破壞。

電感器能夠產(chǎn)生高電壓的能力在電源設計時(shí)非常有用，但也意味著(zhù)，在沒(méi)有準備好釋放通路時(shí)不可以隨便切斷電感電路。

續流二極管

從圖中可以看出斷電時(shí)EMF產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓（數倍甚至數十倍于電源電壓）如果無(wú)處釋放，會(huì )對電路的其他元件造成損害，而如果提供釋放回路，又怎么能適時(shí)接通呢？即電感電路接通時(shí)，釋放回路不通，而電感電路斷開(kāi)時(shí)釋放回路就接通。如圖4所示。

繼電器，二極管

電阻是雙向導電的，而二極管就具有單向導電特性。因此我們采用如圖5所示的電路，圖中并聯(lián)在電感兩端的二極管稱(chēng)為續流二極管（flyback diode或flywheel diode）。

繼電器，二極管

續流二極管的作用

續流二極管通常和儲能元件一起使用，其作用是防止電路中電壓電流的突變，為反向電動(dòng)勢提供耗電通路。電感線(xiàn)圈可以經(jīng)過(guò)它給負載提供持續的電流，以免負載電流突變，起到平滑電流的作用！

在開(kāi)關(guān)電源中，就能見(jiàn)到一個(gè)由二極管和電阻串連起來(lái)構成的的續流電路。這個(gè)電路與變壓器原邊并聯(lián)。當開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，續流電路可以釋放掉變壓器線(xiàn)圈中儲存的能量。

繼電器，二極管

繼電器續流二極管的選擇

繼電器，二極管

繼電器并聯(lián)的二極管，不是什么BUCK電路中的續流二極管，由于繼電器線(xiàn)圈的是感性負載，作用是吸收驅動(dòng)三極管在斷開(kāi)時(shí)繼電器線(xiàn)圈的自感電壓；

根據楞次定律，電感上的電流在減小時(shí)，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)自感電壓，這個(gè)電壓的方向是正電源端為負，驅動(dòng)管集電極為正，這個(gè)電壓會(huì )擊穿三極管，所以在繼電器上并聯(lián)一個(gè)吸收二極管，吸收這個(gè)自感電壓。

第一，電路ms級以下時(shí)間參數對機械觸點(diǎn)影響給予忽略

第二，即便是1N4000反向恢復時(shí)間也遠低于ms，正向導通時(shí)間更小

第三，驅動(dòng)管極間電容，繼電器寄生電容足以使高速二極管無(wú)用武之地

第四，電感儲能的消耗主要依靠繞組電阻，一般處于過(guò)阻尼狀態(tài)

對于圖中的開(kāi)關(guān)，我們經(jīng)常使用晶體管。如圖所示，用一個(gè)晶體管TR1去控制繼電器線(xiàn)圈（relay coil）的導通，繼電器觸點(diǎn)再去控制負載電路。

繼電器，二極管

繼電器線(xiàn)圈的續流電路

二極管負極接直流電源正極，繼電器線(xiàn)圈斷電時(shí)，二極管因勢利導，為線(xiàn)圈高電壓提供釋放途徑。如果沒(méi)有續流二極管，晶體管斷開(kāi)時(shí)在線(xiàn)圈兩端產(chǎn)生的高電壓將對晶體管電路造成極大的損壞，此時(shí)續流二極管起到了保護作用。

為此，經(jīng)常將二極管直接和繼電器做在一起，如圖所示。

繼電器，二極管

為什么要加續流二極管

感性負載會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，感應電動(dòng)勢的方向和加在它兩端的電壓方向是相反的，當感性負載突然斷電，感應電動(dòng)勢還在，由于感應電動(dòng)勢與原來(lái)的電壓方向相反，在沒(méi)有斷電的時(shí)候，還有原來(lái)的電壓與之抵消，斷電后就沒(méi)有與感應電動(dòng)勢抵消的電壓了；

這個(gè)感應電動(dòng)勢就有可能造成電路中的元器件損壞，加個(gè)二極管以后，這個(gè)二極管正好與感性負載形成了一個(gè)閉合回路，回路中的電流方向正好和二極管是正向導通的，就可以釋放感應電動(dòng)勢的電流了。

繼電器，二極管