为什么继电器线圈两端要并联二极管?

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2017-12-11
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摘要 : 继电器线圈两端要并联二极管,而且二极管的正负极可不能接反,否则非但起不了续流作用,还会把原有电路短路烧毁。

电感和电感器


  电感(inductor)是一个绕在磁性材料上的导线线圈(coil),电感通以电流时产生磁场(magnetic field),磁场很懒,不喜欢变化,结果呢,电感就成为阻碍其电流(current)变化的元件。

如果流过电感的电流恒定,电感就很高兴,不用对电子流出任何力(force),此时的电感线圈就是普通导线。

 

  如果我们想中断电感中的电流,电感就会出力(电动势,EMF),试图维持其中电流。如果电感自身构成回路,电路中又没有电阻(resistance),那么理论上,电子流永远在循环流动。但是,除非我们采用超导体,否则所有的导线都对电流有阻碍作用,最终电感电流将衰减(decay)为零,且电阻越大,衰减越快。不过,感抗(inductance)越大,衰减则越慢。如图1所示。


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          (a)电感自身回路                                (b)电阻使电流衰减为0

1 中断电感电流时储存的能量释放   

 

  一旦电流变为零,由于电感总是试图阻碍电流变化,此时它又想维持电路电流为零。

 

  所以,当我们把电感接入电路中时,电感马上出力,试图阻碍电流增加,但是电流还是慢慢在增加。电感感抗越大,电流增大的速度越慢。当电流不再增加而到达稳态值后,电感又乐不可支了,不用再出力了! 如图2所示。


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a)EMF阻碍电流增加                                    (b)电流稳态时EMF为0

2 电感电路ON

当我们切断电感中的电流时,电感又出力想维持稳态电流值。如果此时电感与一个电阻相连,则电阻两端的电压是其电阻值与电流的乘积。由于电感最大的本事就是阻止电流的突变,因此,不管电阻值是多少,在电路被切断后的瞬间,电感中的电流与切断前是一样的。如果电阻值很大,则电流与电阻的乘积也非常大,结果,电感上会产生瞬时的高电压。如图3所示。

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a)EMF阻碍电流减小                                    (b)电感产生瞬时高电压

3 电感电路OFF

 

  由于电感中的电流不能突变,如果要切断电感电路,我们总是需要提供电感电流释放回路。假如没有提供释放回路,电感电流就会自寻通道,比如,通过空气释放,通过开关触点或者其他不应导电的元件释放。短时间的高电压将对电路产生极大的破坏。 


  电感器能够产生高电压的能力在电源设计时非常有用,但也意味着,在没有准备好释放通路时不可以随便切断电感电路。



续流二极管


  从图3中可以看出断电时EMF产生的瞬时高压(数倍甚至数十倍于电源电压)如果无处释放,会对电路的其他元件造成损害,而如果提供释放回路,又怎么能适时接通呢?即电感电路接通时,释放回路不通,而电感电路断开时释放回路就接通。如图4所示。

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图4 释放回路接通的时机


  电阻是双向导电的,而二极管就具有单向导电特性。因此我们采用如图5所示的电路,图中并联在电感两端的二极管称为续流二极管(flyback diode或flywheel diode)。

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图5 续流二极管电路

 

继电器线圈两端并联二极管


  对于图5中的开关,我们经常使用晶体管。如图6所示,用一个晶体管TR1去控制继电器线圈(relay coil)的导通,继电器触点再去控制负载电路。

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6 继电器线圈的续流电路

 

   二极管负极接直流电源正极,继电器线圈断电时,二极管因势利导,为线圈高电压提供释放途径。如果没有续流二极管,晶体管断开时在线圈两端产生的高电压将对晶体管电路造成极大的损坏,此时续流二极管起到了保护作用。

 

  为此,经常将二极管直接和继电器做在一起,如图7所示。

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