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  • 繼電器并聯二極管作用,繼電器反向并聯二極管介紹
    • 發布時間:2025-06-24 18:25:28
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    繼電器并聯二極管作用,繼電器反向并聯二極管介紹
    繼電器線圈并聯續流二極管的作用分析與原理
    在繼電器驅動電路中,常見的一種保護措施是在繼電器線圈兩端反向并聯一個二極管(通常稱為續流二極管或反激二極管)。這一設計對于確保電路穩定運行、延長繼電器及相關元件壽命至關重要。其作用原理分析如下:
    1. 必要性:電感特性引發的潛在風險
    繼電器線圈本質上是感性元件(電感),其核心特性在于電感中的電流不能瞬間突變(遵循楞次定律)。當驅動電路斷開(例如控制三極管由導通變為截止),線圈電流被迫減小。此時,為維持原有電流方向,線圈會感應產生一個高電壓(即反向電動勢或感應電壓尖峰)。這個尖峰電壓的正極性將出現在驅動管原先連接電源正極的一端(三極管集電極)。
    2. 未加保護時的危害
    若無保護措施,這個高幅值的感應電壓尖峰將帶來多重危害:
    擊穿驅動元件: 該尖峰電壓直接加在控制線圈通斷的半導體開關器件(如三極管、MOSFET)兩端,極易超出其最大耐受電壓(V<sub>CE(max)</sub> 或 V<sub>DS(max)</sub>),導致器件永久性損壞或性能退化。
    干擾電源系統: 尖峰電壓通過電源回路傳導,可能引起整個系統電源電壓的瞬時波動,干擾其他敏感電路的正常工作。
    電磁干擾(EMI): 能量以火花形式瞬間釋放,產生強烈的電磁輻射干擾。
    觸點損壞: 對于帶機械觸點的器件(如繼電器本身或機械開關),長期承受此沖擊會加速觸點氧化或熔蝕。
    3. 續流二極管的工作原理
    在線圈兩端反向并聯一個二極管(陰極接電源正極側,陽極接驅動器輸出側)可有效解決上述問題:
    導通通路: 當驅動器斷開瞬間,線圈產生的感應電動勢會使二極管陽極電位高于陰極電位(相對于線圈斷電前的狀態),此時續流二極管立即正向導通。
    能量泄放: 二極管為線圈中存儲的磁場能量(1/2 * L * I²)提供了一個低阻抗的泄放回路。電流得以通過該回路持續流動(續流),直至電感能量以熱能形式在回路電阻(主要是線圈內阻)中消耗殆盡。
    電壓鉗制: 二極管導通后,其兩端壓降被鉗位在其正向導通壓降(VF,通常約0.7V)附近。因此,加在驅動開關器件(如三極管)兩端的電壓峰值被限制在 VCC + VF 的范圍內(VCC為電源電壓),遠低于可能損壞器件的危險水平。同時,電源線上的電壓也被有效鉗制,避免了系統干擾。
    4. 典型電路示例與驗證
    下圖展示了一個典型的NPN三極管驅動繼電器的電路,其中D1即為關鍵的續流二極管:
    繼電器并聯二極管
    工作狀態: 當輸入信號為高電平時,三極管飽和導通,線圈得電,繼電器吸合。此時續流二極管D1因反向偏置而截止。
    保護狀態: 當輸入信號變為低電平時,三極管截止,線圈失電。線圈感應出的反向電動勢令D1正向導通,形成續流回路,保護三極管和電源。
    驗證: 使用示波器觀測三極管集電極電壓(驅動點)波形清晰可見其效果:不加D1時,關斷瞬間會產生一個遠超VCC(可達2倍VCC以上)的尖銳高壓脈沖;并聯D1后,該高壓尖峰消失,電壓被平滑地鉗制在安全范圍內(約VCC + 0.7V)。
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