在大多數帶有繼電器的電路中,二極管與繼電器的線圈並聯連接。為什麼?總是好的做法嗎?
在大多數帶有繼電器的電路中,二極管與繼電器的線圈並聯連接。為什麼?總是好的做法嗎?
由於電感器(繼電器線圈)無法立即改變其電流,因此當線圈關閉時,反激二極管為電流提供了一條路徑。否則,會出現電壓尖峰,從而在開關觸點上產生電弧或可能損壞開關晶體管。
是否總是一個好習慣?
總是。如果繼電器線圈由交流電驅動,則需要使用雙向 TVS二極管(或其他某種電壓鉗)和/或緩衝器(RC系列) 。在這種情況下,二極管將無法工作,因為它會在AC的負半週期內充當短路電路。 (有關應用信息,另請參見 Red Lion SNUB0000)。
對於直流驅動繼電器,通常使用二極管,但並非總是如此。正如安迪·安卡(Andyaka)指出的那樣,有時需要比單獨的二極管所允許的電壓更高的電壓,以更快地關閉繼電器(或其他電磁閥,反激式變壓器等)。在這種情況下,有時會與反激二極管串聯添加一個單向TVS二極管,將陽極連接到陽極(或將陰極連接到陰極)。可以使用串聯電阻代替TVS二極管,但是如果使用TVS二極管,則箝位電壓的確定性更高。
如果將MOSFET用作開關元件,通常仍然需要反激二極管與體二極管在相反的方向上有任何好處。例外情況是“重複雪崩額定值”的MOSFET(例如 IRFD220)。通常使用體二極管的齊納二極管符號進行繪製。這些MOSFET旨在將電壓箝位在它們可以承受的水平,從而允許更高的電壓以更快地關閉線圈。有時,出於同一目的,或者如果MOSFET無法處理“重複雪崩電流”或“重複雪崩能量”,或者如果雪崩擊穿電壓,外部單向TVS二極管(或齊納二極管)與MOSFET並聯放置,高於預期。
這總是一個好習慣嗎?
這幾乎總是一個好習慣,而且非常有效,但是,如果您需要一個盡可能快停用的繼電器,那麼有替代方法。之所以緩慢,是因為當繼電器線圈的電路斷開時,存儲在繼電器線圈中的所有能量迫使電流通過飛輪二極管,直到該能量被“消耗”為止。
二極管的作用就像是短路,正向壓降小,繼電器的電阻(可能是100歐姆)會延遲繼電器停用幾毫秒的時間。通常這不是問題,但如果存在,則將電阻與二極管串聯意味著能量“消耗”得更快。
不利的一面是,您的控制晶體管必須“承受”明顯大於Vsupply + 0.7V的電壓脈衝-使用電阻器時它可能是電源電壓的兩倍,但在大多數電路中,找到一個可以充分額定的晶體管通常不是問題。
當通過線圈的電流關閉時,線圈(作為電感器)將嘗試保持電流。當沒有該電流的路徑時,線圈兩端的電壓將迅速增加,並且該電流將找到一條路徑,直接通過芯片或晶體管的隔離,從而破壞了該組件。二極管為該電流提供了一條路徑,因此可以安全地消散線圈中存儲的能量。
因此,提供放電路徑是一個好主意。
與線圈並聯的二極管可能是最常用的方式,但是還有其他方式,例如,緩衝(R + C)或齊納二極管接地。與二極管串聯的電阻可以使繼電器下降得更快。
當機電繼電器被機械快速斷電時 開關或半導體,坍塌的磁場會產生 努力分散存儲能量的大量瞬態電壓 並反對電流的突然變化。例如12VDC繼電器 關斷期間可能會產生1,000至1,500伏的電壓。因此,通常的做法是通過提供用於存儲的磁能的放電路徑來抑制繼電器線圈,其成分將峰值電壓限制在非常小的水平。
僅使用續流二極管並不總是最佳實踐。以下是一些抑制方法:
建議的繼電器線圈抑制技術是使用反向偏置的整流二極管和與線圈並聯的串聯齊納二極管。這使繼電器具有最佳的釋放動力和良好的接觸壽命。
每當電流流過電線線圈時,就會產生電壓尖峰。該尖峰是由於線圈周圍的磁場塌陷引起的。磁場在線圈上的運動會產生很大的電壓尖峰,這會損壞電子組件。這是箝位二極管起作用的時候。通過與線圈並聯安裝C二極管,可以在電路斷開或通過線圈的電流停止時為電子創建旁路。
正如其他人提到的那樣,二極管連接為“反並聯”,即,其以“反向”接線,因此在正常操作中不導通。 其主要目的是限制繼電器斷開時在繼電器兩端出現的電壓,從而限制開關元件(雙極晶體管或MOSFET或繼電器觸點)兩端的電壓,從而保護開關晶體管免於因過壓而失效。 二極管僅在DC電路中起作用,而AC電路(例如壓敏電阻或電阻+電容器)則需要替代方案。 使用二極管的缺點是,其關斷比繼電器(或螺線管)的接通慢得多,這對於繼電器可能是個問題,因為其觸點將緩慢打開,並可能產生電弧。對於液壓螺線管來說,這可能是一個優勢,因為在沒有水錘的情況下閥門將緩慢關閉。 如果可以使用更高的替代電源電壓,則可以將二極管連接到該電源電壓。例如,從12v為繼電器供電,並使二極管達到24v,則意味著接通和斷開時間大致相同,並且存儲的能量被傾倒到24v電源中。如果要重複切換線圈,則簡單的二極管電路將浪費大量能量,稍微複雜一點的佈置可以回收大部分能量。 另一個缺點是二極管電路不限制電壓變化率,稱為dV / dT,如果開關元件是一組觸點,則可能會出現問題,因為它將導致觸點電弧放電,在這種情況下需要使用電阻器+電容器或電阻器+電容器+二極管來緩衝,以限制“關閉狀態dV / dT”。 高dV / dT也會產生EMI,而通用二極管(如1N4001)的開關速度非常慢,因此在接通前很容易產生5ns寬的高壓脈衝,因此箝位二極管應該是肖特基二極管,以避免EMI。 僅在線圈上安裝一個箝位二極管並不能防止所有故障模式,例如,在有源的情況下將線圈插入插座或將其插入插座或用跳線夾橋接晶體管會由於涉及的極端dV / dT而損壞開關晶體管。>