04.24 再次跪下了:一個簡單的電磁繼電器續流二極管居然可以這樣講解!

Author: Jackie Long

電磁繼電器在實際應用中,通常都會使用三極管或MOS管控制,以達到用電器負載的自動化控制(如通過單片機),其最基本的應用電路如下圖所示:

當輸入電壓VI為高電平"H"時,三極管飽和導通相當於閉合的開關,繼電器開始動作,其等效電路如下圖所示:

當輸入電壓為低電平"L"時,三極管截止相當於斷開的開關,線圈中沒有電流而導致繼電器回覆初始狀態,如下圖所示:

那為什麼要在繼電器線圈上並聯一個二極管呢?我們可以看看沒有並聯二極管時電路會出現什麼情況,我們使用下圖所示的電路參數仿真一下:

其中,L1相當於電磁繼電器中的線圈,當開關進行閉合與斷開動作時,其波形如下圖所示:

當開關閉合時,電壓波形還是正常的,但是當開關斷開的一瞬間,電感將產生很高的電壓,遠遠超過了電源電壓值(上圖中的峰值未完全顯示),普通的電磁繼電器使用3904或8050之類的通用三極管就完全可以驅動了,其集電極-發射極最高耐壓值也就幾十伏。

當控制開關斷開的瞬間,由於電感中的電流不能突變,將會產生上負下正極性的反向電動勢,如下圖所示:

這個反向電動勢的峰值就非常高,三極管的集電極將承受電源電壓VCC與電感反向電動勢串聯的高壓VL(相當於升壓電路),此時電路如下圖所示:

這時三極管Q1集電極的承受的電壓為VCC+VL,很有可能超過三極管的集電極-發射極極限電壓VCEO而擊穿三極管,因此,我們可以在線圈兩端並聯一個二極管再仿真一下,如下圖所示:

其電壓波形如下圖所示:

開關管斷開瞬間的反向電動勢有了一些改善,但反向電動勢還是非常高,蝦米情況?其實二極管並聯是沒有錯的,只不過型號不是很適合。普通二極管的單向導電特性取決於P型半導體與N型半導體接觸形成的PN結,由於結電容的存在,反應時間並不太短,開關斷開的瞬間,二極管還來不及導通,相當於沒有接二極管一樣。

肖特基二極管(也稱肖特基勢壘二極管,Schottky Barrier Diode,SBD)的單向導電性是由金屬與半導體接觸形成的,它的特點是開關速度快,我們用肖特基二極管替換後再重新仿真一下,如下圖所示:

其波形如下圖所示:

其實瞬間還是有一點點的反向電壓,但已經控制在可以接受的範圍內了,由於並聯的二極管主要用來防止開關斷開瞬間電感電流產生突變,也稱之為續流二極管。