電感和電感器

 

電感(inductor)是一個繞在磁性材料上的導線線圈(coil)，電感通以電流時產生磁場(magnetic field)，磁場很懶，不喜歡變化，結果呢，電感就成為阻礙其電流(current)變化的元件。

 

如果流過電感的電流恒定

，電感就很高興
，不用對電子流出任何力(force)
，此時的電感線圈就是普通導線。

 

如果我們想中斷電感中的電流
，電感就會出力(電動勢
，EMF)
，試圖維持其中電流。如果電感自身構成回路
，電路中又沒有電阻(resistance)，那麼理論上，電子流永遠在循環流動。但是

，除非我們采用超導體，否則所有的導線都對電流有阻礙作用，最終電感電流將衰減(decay)為零，且電阻越大

，衰減越快。不過，感抗(inductance)越大，衰減則越慢。如圖1所示。

 

圖1 中斷電感電流時儲存的能量釋放

 

一旦電流變為零，由於電感總是試圖阻礙電流變化
，此時它又想維持電路電流為零。

 

所suo以yi，當dang我wo們men把ba電dian感gan接jie入ru電dian路lu中zhong時shi，電dian感gan馬ma上shang出chu力li
，試shi圖tu阻zu礙ai電dian流liu增zeng加jia，但dan是shi電dian流liu還hai是shi慢man慢man在zai增zeng加jia。電dian感gan感gan抗kang越yue大da，電dian流liu增zeng大da的de速su度du越yue慢man。當dang電dian流liu不bu再zai增zeng加jia而er到dao達da穩wen態tai值zhi後hou，電dian感gan又you樂le不bu可ke支zhi了le
，不bu用yong再zai出chu力li了le! 如圖2所示。

 

圖2 電感電路ON

 

當dang我wo們men切qie斷duan電dian感gan中zhong的de電dian流liu時shi
，電dian感gan又you出chu力li想xiang維wei持chi穩wen態tai電dian流liu值zhi。如ru果guo此ci時shi電dian感gan與yu一yi個ge電dian阻zu相xiang連lian
，則ze電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya是shi其qi電dian阻zu值zhi與yu電dian流liu的de乘cheng積ji。由you於yu電dian感gan最zui大da的de本ben事shi就jiu是shi阻zu止zhi電dian流liu的de突tu變bian
，因yin此ci，不bu管guan電dian阻zu值zhi是shi多duo少shao，在zai電dian路lu被bei切qie斷duan後hou的de瞬shun間jian
，電dian感gan中zhong的de電dian流liu與yu切qie斷duan前qian是shi一yi樣yang的de。如ru果guo電dian阻zu值zhi很hen大da，則ze電dian流liu與yu電dian阻zu的de乘cheng積ji也ye非fei常chang大da，結jie果guo，電dian感gan上shang會hui產chan生sheng瞬shun時shi的de高gao電dian壓ya。如ru圖tu3所示。

 

圖3 電感電路OFF

 

由you於yu電dian感gan中zhong的de電dian流liu不bu能neng突tu變bian
，如ru果guo要yao切qie斷duan電dian感gan電dian路lu，我wo們men總zong是shi需xu要yao提ti供gong電dian感gan電dian流liu釋shi放fang回hui路lu。假jia如ru沒mei有you提ti供gong釋shi放fang回hui路lu，電dian感gan電dian流liu就jiu會hui自zi尋xun通tong道dao
，比bi如ru，通tong過guo空kong氣qi釋shi放fang，通tong過guo開kai關guan觸chu點dian或huo者zhe其qi他ta不bu應ying導dao電dian的de元yuan件jian釋shi放fang。短duan時shi間jian的de高gao電dian壓ya將jiang對dui電dian路lu產chan生sheng極ji大da的de破po壞huai。

 

電感器能夠產生高電壓的能力在電源設計時非常有用，但也意味著，在沒有準備好釋放通路時不可以隨便切斷電感電路。

 

續流二極管

 

從圖中可以看出斷電時EMF產生的瞬時高壓(數倍甚至數十倍於電源電壓)如果無處釋放
，會對電路的其他元件造成損害
，而如果提供釋放回路，又怎麼能適時接通呢?即電感電路接通時

，釋放回路不通，而電感電路斷開時釋放回路就接通。如圖4所示。

 

圖4 釋放回路接通的時機

 

電阻是雙向導電的
，而二極管就具有單向導電特性。因此我們采用如圖5所示的電路，圖中並聯在電感兩端的二極管稱為續流二極管(flyback diode或flywheel diode)。

 

圖5 續流二極管電路

 

續流二極管的作用

 

續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)通(tong)常(chang)和(he)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)，其(qi)作(zuo)用(yong)是(shi)防(fang)止(zhi)電(dian)路(lu)中(zhong)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)的(de)突(tu)變(bian)，為(wei)反(fan)向(xiang)電(dian)動(dong)勢(shi)提(ti)供(gong)耗(hao)電(dian)通(tong)路(lu)。電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)可(ke)以(yi)經(jing)過(guo)它(ta)給(gei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)持(chi)續(xu)的(de)電(dian)流(liu)，以(yi)免(mian)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)突(tu)變(bian)
，起(qi)到(dao)平(ping)滑(hua)電(dian)流(liu)的(de)作(zuo)用(yong)!在zai開kai關guan電dian源yuan中zhong，就jiu能neng見jian到dao一yi個ge由you二er極ji管guan和he電dian阻zu串chuan連lian起qi來lai構gou成cheng的de的de續xu流liu電dian路lu。這zhe個ge電dian路lu與yu變bian壓ya器qi原yuan邊bian並bing聯lian。當dang開kai關guan管guan關guan斷duan時shi，續xu流liu電dian路lu可ke以yi釋shi放fang掉diao變bian壓ya器qi線xian圈quan中zhong儲chu存cun的de能neng量liang。

 

續流二極管工作原理圖

 

BUCK電路中續流二極管的選擇

 

BUCK電路圖

 

BUCK電路中一般選擇快速恢複二極管或者肖特基二極管來作為"續流二極管"，它(ta)在(zai)電(dian)路(lu)中(zhong)一(yi)般(ban)用(yong)來(lai)保(bao)護(hu)元(yuan)件(jian)不(bu)被(bei)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)擊(ji)穿(chuan)或(huo)燒(shao)壞(huai)
，以(yi)並(bing)聯(lian)的(de)方(fang)式(shi)接(jie)到(dao)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)的(de)元(yuan)件(jian)兩(liang)端(duan)，並(bing)與(yu)其(qi)形(xing)成(cheng)回(hui)路(lu)，使(shi)其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)電(dian)動(dong)勢(shi)在(zai)回(hui)路(lu)以(yi)續(xu)電(dian)流(liu)方(fang)式(shi)消(xiao)耗(hao)，從(cong)而(er)起(qi)到(dao)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)元(yuan)件(jian)不(bu)被(bei)損(sun)壞(huai)的(de)作(zuo)用(yong)。

 

理論上二極管選用至少2倍於最大電流，實際使用時，由於二極管的瞬間抗過載能力較強，使用最大電流50A的超快速二極管也行
，加上合理的散熱片
，實際使用中一般少有損壞。導通時的總阻抗是 電機內阻+驅動管等效內阻。續流時的總阻抗是 電機內阻+續xu流liu二er極ji管guan等deng效xiao內nei阻zu。一yi般ban情qing況kuang下xia，由you於yu續xu流liu二er極ji管guan的de交jiao流liu等deng效xiao內nei阻zu要yao比bi驅qu動dong三san極ji管guan的de交jiao流liu等deng效xiao內nei阻zu小xiao。所suo以yi常chang規gui設she計ji
，一yi般ban續xu流liu二er極ji管guan的de最zui大da電dian流liu，取qu二er倍bei於yu電dian機ji最zui大da電dian流liu。

 

shuntaidianliuzhishiyishunjian，mianjiechuxingerjiguandekangguozainenglihaishikeyide
，zhiyaobuguoyajike，biyaoshichuangexiaozuzhidianzujinxingxianliu。xuliuerjiguanshiweilebaohukaiguanqijian，xuliushideshuntaidianliugendianjidegongzuodianyaheraozuneizuyouguan
，gendianjigonglvwuguan，zhenyaojisuandehua，shuntaidianliudefengzhishifanxiangzigandianyajianquerjiguanjieyajiangzaichuyihuiludianzu。zhelizhisuoyihaiyaoyongyidingdianliuyishangdeerjiguanshiyinweidiyadagonglvdianjideraozuneizujiaodi，suoyishuntaidianliuhuibijiaoda
，chuangexiaozuzhidianzujiukeyiyizhifengzhidianliu，yincizaochengdekaiguanguanshuntaijiayadexiexushangshengyinweigongzuodianyabenlaijiubugao，suoyigenbenbubidanxin，xianzaidejingtiguannaiyazhishaodouzai50V以上。

 

繼電器續流二極管的選擇

 

 

繼電器並聯的二極管，不是什麼BUCKdianluzhongdexuliuerjiguan
，youyujidianqixianquandeshiganxingfuzai
，zuoyongshixishouqudongsanjiguanzaiduankaishijidianqixianquandezigandianya，genjulengcidinglv
，dianganshangdedianliuzaijianxiaoshi
，huichanshengyigezigandianya，zhegedianyadefangxiangshizhengdianyuanduanweifu，qudongguanjidianjiweizheng，zhegedianyahuijichuansanjiguan
，suoyizaijidianqishangbinglianyigexishouerjiguan，xishouzhegezigandianya。

 

第一
，電路ms級以下時間參數對機械觸點影響給予忽略

第二，即便是1N4000反向恢複時間也遠低於ms，正向導通時間更小

第三
，驅動管極間電容，繼電器寄生電容足以使高速二極管無用武之地

第四，電感儲能的消耗主要依靠饒組電阻，一般處於過阻尼狀態

 

對於圖中的開關，我們經常使用晶體管。如圖所示
，用一個晶體管TR1去控製繼電器線圈(relay coil)的導通
，繼電器觸點再去控製負載電路。

 

 

繼電器線圈的續流電路

 

erjiguanfujijiezhiliudianyuanzhengji，jidianqixianquanduandianshi，erjiguanyinshilidao，weixianquangaodianyatigongshifangtujing。ruguomeiyouxuliuerjiguan
，jingtiguanduankaishizaixianquanliangduanchanshengdegaodianyajiangduijingtiguandianluzaochengjidadesunhuai
，cishixuliuerjiguanqidaolebaohuzuoyong。

 

為此，經常將二極管直接和繼電器做在一起，如圖所示。

 

 

觸點的保護電路一

 

banganxingfuzaibidianzuxingfuzaigengrongyishichudianshoudaosunzuo，ruguoshiyongshidangdebaohudianlukeyishiganxingfuzaiduichudiandeyingxiangyudianzuxingfuzaijibenxiangdang
，danqingzhuyiruguobuzhengqueshiyong，kenenghuichanshengfanxiaoguo。

 

下表是觸點保護電路的代表性例子。

 

 

 

注意請避免下表中所列的觸點保護電路。

 

 

續流二極管的電路

 

 

續xu流liu二er極ji管guan應ying該gai加jia到dao感gan性xing負fu載zai的de兩liang端duan，這zhe裏li說shuo的de感gan性xing，就jiu是shi具ju有you電dian感gan特te性xing，而er不bu是shi性xing感gan。感gan性xing負fu載zai的de特te性xing就jiu是shi電dian流liu不bu能neng突tu變bian，也ye就jiu是shi說shuo，不bu可ke能neng一yi下xia子zi就jiu沒mei了le，也ye不bu可ke能neng一yi下xia子zi就jiu有you了le，需xu要yao有you個ge過guo程cheng。

 

常見的感性負載有繼電器線圈

、電磁閥。

 

為什麼要加續流二極管

 

ganxingfuzaihuichanshengganyingdiandongshi，ganyingdiandongshidefangxianghejiazaitaliangduandedianyafangxiangshixiangfande，dangganxingfuzaituranduandian，ganyingdiandongshihaizai，youyuganyingdiandongshiyuyuanlaidedianyafangxiangxiangfan，zaimeiyouduandiandeshihou，haiyouyuanlaidedianyayuzhidixiao，duandianhoujiumeiyouyuganyingdiandongshidixiaodedianyale，zhegeganyingdiandongshijiuyoukenengzaochengdianluzhongdeyuanqijiansunhuai，jiageerjiguanyihou，zhegeerjiguanzhenghaoyuganxingfuzaixingchengleyigebihehuilu，huiluzhongdedianliufangxiangzhenghaoheerjiguanshizhengxiangdaotongde
，jiukeyishifangganyingdiandongshidedianliule。

 

 

可以作為續流二極管的型號

 

普通二極管如1N4007就可以作為續流二極管
，不過，最好是用快速恢複二極管或者肖特基二極管。

 

快速恢複二極管可以用：FR107

、1N4148

 

肖特基二極管可以用：1N5819

 

看二極管datasheet的什麼參數

 

二極管的耐壓
，就是反向能加多大電壓，你可以看到
，續流二極管在電路中是反向連接的。比如你的電路中，線圈加的是12V
，那麼你的二極管方向耐壓值就必須要大於12V才行。不過一般的二極管反向耐壓值都非常高。

 

二極管的最大正向導通電流
，比如1N4148最大正向導通電流是150mA
，那麼如果你的線圈電流太大
，就會燒壞續流二極管。所以1N4148隻適合小電流的線圈保護，比如5V的繼電器。

 

實踐經驗

 

凡(fan)是(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)繼(ji)電(dian)器(qi)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)和(he)電(dian)磁(ci)閥(fa)接(jie)口(kou)兩(liang)端(duan)都(dou)要(yao)接(jie)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)。接(jie)法(fa)如(ru)上(shang)麵(mian)的(de)圖(tu)
，二(er)極(ji)管(guan)的(de)負(fu)極(ji)接(jie)線(xian)圈(quan)的(de)正(zheng)極(ji)，二(er)極(ji)管(guan)的(de)正(zheng)極(ji)接(jie)線(xian)圈(quan)的(de)負(fu)極(ji)。不(bu)過(guo)，你(ni)要(yao)清(qing)楚(chu)
，續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)並(bing)不(bu)是(shi)利(li)用(yong)二(er)極(ji)管(guan)的(de)反(fan)方(fang)向(xiang)耐(nai)壓(ya)特(te)性(xing)，而(er)是(shi)利(li)用(yong)二(er)極(ji)管(guan)的(de)單(dan)方(fang)向(xiang)正(zheng)向(xiang)導(dao)通(tong)特(te)性(xing)。

 

如果懶得看二極管的datasheet參數，就用FR107吧，通吃一般應用。

 

實踐示例：

 

 

 

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