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感性电路电流计算_在交直流电路中,经常看到继电器两端并联二极管,为什么?...

电感(inductor)磁性材料周围的导线圈(coil),电感通过电流产生磁场(magnetic field),磁场很懒,不喜欢变化。因此,电感阻碍其电流(current)变化元件。

如果流过电感的电流是恒定的,电感会很开心,不需要对电子流出任何力(force),此时电感线圈为普通导线。

如果我们想中断电感中的电流,电感会输出(电势,EMF),试着保持电流。如果电感本身构成电路,电路中没有电阻(resistance),理论上,电子流总是循环流动。然而,除非我们使用超导体,否则所有导线都会阻碍电流,最终电感电流会衰减(decay)为零,电阻越大,衰减越快。然而,感应阻力(inductance)衰减越大,衰减越慢。如图1所示。

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图1 中断电感电流时储存的能量释放

一旦电流变为零,因为电感总是试图阻碍电流变化,所以它想保持电路电流为零。

因此,当我们将电感连接到电路时,电感立即输出,试图阻止电流增加,但电流仍在缓慢增加。电感阻抗越大,电流增加速度就越慢。当电流不再增加并达到稳态值时,电感就很高兴了,不需要再输出了! 如图2所示。

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图2 电感电路ON

当我们切断电感中的电流时,电感输出以维持稳定的电流值。如果电感与电阻连接,电阻两端的电压是电阻值和电流的乘积。因为电感最大的技能是防止电流突变,无论电阻值是多少,电感中的电流在电路切断后的瞬间与切断前相同。如果电阻值很大,电流和电阻的乘积也很大。因此,电感会产生瞬时高压。如图3所示。

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图3 电感电路OFF

由于电感中的电流不能突变,如果我们想切断电感电路,我们总是需要提供电感电流释放电路。如果不提供释放电路,电感电流将找到自己的通道,如通过空气、开关触点或其他不应导电的部件。短时间的高压会对电路造成很大的损坏。

电感器在电源设计中产生高电压的能力非常有用,但也意味着在没有准备好释放电路时,不能随意切断电感电路。

续流二极管

从图中可以看出,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 释放回路连接的时间

电阻为双向导电,二极管具有单向导电特性。因此,我们使用如图5所示的电路。电感两端并联的二极管称为续流二极管(flyback diode或flywheel diode)。

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图5

续流二极管的作用

连续二极管通常与储能元件一起使用,以防止电路中电压电流的突变,并为反向电势提供耗电通路。电感线圈可以通过它为负载提供连续的电流,以避免负载电流的突变,并发挥平滑电流的作用!在开关电源中,可以看到由二极管和电阻串联组成的连续电路。该电路与变压器的原始边缘并联。当开关管关闭时,连续电路可以释放存储在变压器线圈中的能量。

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流二极管工作原理图

BUCK电路中续流二极管的选择

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BUCK电路图

BUCK快速恢复二极管或肖特基二极管基二极管作为电路"续流二极管",一般用于保护元件不被感应电压击穿或烧坏,并联接收产生感应电势的元件两端,形成电路,使其产生的高电势在电路连续电流中消耗,从而保护电路中的元件不受损坏。

理论上,二极管至少是最大电流的两倍。实际使用时,由于二极管瞬时抗过载能力强,最大电流为50A超快速二极管也可以,加上合理的散热器,在实际使用中很少损坏。导电时的总阻抗是 电机内阻 驱动管等效内阻。续电时的总阻抗是 电机内阻 续电二极管等效内阻。一般来说,由于续电二极管的交流等效内阻小于驱动三极管的交流等效内阻。因此,在传统设计中,一般续电二极管的最大电流是电机最大电流的两倍。

瞬态电流只是一瞬间,表面接触二极管的抗过载能力还可以,只要不过压,必要时串一个小电阻值电阻来限制流量。二极管是为了保护开关设备。瞬态电流与电机的工作电压和绕组内电阻有关,与电机功率无关。如果真的需要计算,瞬态电流的峰值是反向自感电压减去二极管的结压降,然后除以电路电阻。这里使用一定电流以上的二极管是因为低压大功率电机绕组内电阻低,所以瞬态电流相对较大,串一个小电阻电阻可以抑制峰值电流,所以开关管瞬态压力略有上升,因为工作电压不高,所以不用担心,现在晶体管至少50V以上。

选择继电器续流二极管

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继电器并联的二极管不是什么BUCK电路中的续流二极管,由于继电器线圈是感性负载,其作用是吸收驱动三极管断开时继电器线圈的自感电压。根据波纹定律,当电感上的电流减小时,会产生自感电压。该电压方向为正电源端为负,驱动管集电极为正,会击穿三极管,因此在继电器上并联吸收二极管。

第一,电路ms以下时间参数忽略了机械触点的影响

第二,即使是1N4000反向恢复时间000ms,正向导通时间较小

第三,驱动管极间电容,继电器寄生电容足以使高速二极管无用

第四,电感储能的消耗主要依靠饶组电阻,一般处于过阻尼状态

我们经常使用晶体管作为图中的开关。如图所示,使用晶体管TR控制继电器线圈(relay coil)负载电路由继电器触点控制。

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继电器线圈的续流电路

二极管负极直流电源正极,当继电器线圈断电时,二极管利用情况,为线圈高压提供释放途径。如果没有继电器二极管,晶体管断开时线圈两端产生的高电压会对晶体管电路造成很大损坏,从而保护继电器二极管。

为此,经常将二极管直接和继电器做在一起,如图所示。

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触点保护电路1

一般来说,感性负载比电阻负载更容易损坏触点。如果使用适当的保护电路,感性负载对触点的影响与电阻负载基本相同,但请注意,如果使用不当,可能会产生相反的效果。

下表是触点保护电路的代表性例子。

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注意请避免下表中所列的触点保护电路。

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续流二极管的电路

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续流二极管应该加到感性负载的两端,这里说的感性,就是具有电感特性,而不是性感。感性负载的特性就是电流不能突变,也就是说,不可能一下子就没了,也不可能一下子就有了,需要有个过程。

常见的感性负载有继电器线圈、电磁阀。

为什么要加续流二极管

感性负载会产生感应电动势,感应电动势的方向和加在它两端的电压方向是相反的,当感性负载突然断电,感应电动势还在,由于感应电动势与原来的电压方向相反,在没有断电的时候,还有原来的电压与之抵消,断电后就没有与感应电动势抵消的电压了,这个感应电动势就有可能造成电路中的元器件损坏,加个二极管以后,这个二极管正好与感性负载形成了一个闭合回路,回路中的电流方向正好和二极管是正向导通的,就可以释放感应电动势的电流了。

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可以作为续流二极管的型号

普通二极管如1N4007就可以作为续流二极管,不过,最好是用快速恢复二极管或者肖特基二极管。

快速恢复二极管可以用:FR107、1N4148

肖特基二极管可以用:1N5819

看二极管datasheet的什么参数

二极管的耐压,就是反向能加多大电压,你可以看到,续流二极管在电路中是反向连接的。比如你的电路中,线圈加的是12V,那么你的二极管方向耐压值就必须要大于12V才行。不过一般的二极管反向耐压值都非常高。

二极管的最大正向导通电流,比如1N4148最大正向导通电流是150mA,那么如果你的线圈电流太大,就会烧坏续流二极管。所以1N4148只适合小电流的线圈保护,比如5V的继电器。

实践经验

凡是电路中的继电器线圈两端和电磁阀接口两端都要接续流二极管。接法如上面的图,二极管的负极接线圈的正极,二极管的正极接线圈的负极。不过,你要清楚,续流二极管并不是利用二极管的反方向耐压特性,而是利用二极管的单方向正向导通特性。

如果懒得看二极管的datasheet参数,就用FR107吧,通吃一般应用。

实践示例:

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标签: 继电器耗电大吗

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