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

 

dangwomenqieduandianganzhongdedianliushi
，dianganyouchulixiangweichiwentaidianliuzhi。ruguocishidianganyuyigedianzuxianglian

，zedianzuliangduandedianyashiqidianzuzhiyudianliudechengji。youyudianganzuidadebenshijiushizuzhidianliudetubian，yinci
，buguandianzuzhishiduoshao，zaidianlubeiqieduanhoudeshunjian，dianganzhongdedianliuyuqieduanqianshiyiyangde。ruguodianzuzhihenda，zedianliuyudianzudechengjiyefeichangda，jieguo，dianganshanghuichanshengshunshidegaodianya。rutu3所示。

 

圖3 電感電路OFF

 

youyudianganzhongdedianliubunengtubian，ruguoyaoqieduandiangandianlu，womenzongshixuyaotigongdiangandianliushifanghuilu。jiarumeiyoutigongshifanghuilu，diangandianliujiuhuizixuntongdao
，biru
，tongguokongqishifang，tongguokaiguanchudianhuozheqitabuyingdaodiandeyuanjianshifang。duanshijiandegaodianyajiangduidianluchanshengjidadepohuai。

 

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

 

xuliuerjiguantongchanghechunengyuanjianyiqishiyong，qizuoyongshifangzhidianluzhongdianyadianliudetubian
，weifanxiangdiandongshitigonghaodiantonglu。dianganxianquankeyijingguotageifuzaitigongchixudedianliu，yimianfuzaidianliutubian，qidaopinghuadianliudezuoyong!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)。

 

瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)隻(zhi)是(shi)一(yi)瞬(shun)間(jian)
，麵(mian)接(jie)觸(chu)型(xing)二(er)極(ji)管(guan)的(de)抗(kang)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)還(hai)是(shi)可(ke)以(yi)的(de)，隻(zhi)要(yao)不(bu)過(guo)壓(ya)即(ji)可(ke)，必(bi)要(yao)時(shi)串(chuan)個(ge)小(xiao)阻(zu)值(zhi)電(dian)阻(zu)進(jin)行(xing)限(xian)流(liu)。續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)是(shi)為(wei)了(le)保(bao)護(hu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)
，續(xu)流(liu)時(shi)的(de)瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)跟(gen)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)和(he)繞(rao)組(zu)內(nei)阻(zu)有(you)關(guan)，跟(gen)電(dian)機(ji)功(gong)率(lv)無(wu)關(guan)，真(zhen)要(yao)計(ji)算(suan)的(de)話(hua)，瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)的(de)峰(feng)值(zhi)是(shi)反(fan)向(xiang)自(zi)感(gan)電(dian)壓(ya)減(jian)去(qu)二(er)極(ji)管(guan)結(jie)壓(ya)降(jiang)再(zai)除(chu)以(yi)回(hui)路(lu)電(dian)阻(zu)。這(zhe)裏(li)之(zhi)所(suo)以(yi)還(hai)要(yao)用(yong)一(yi)定(ding)電(dian)流(liu)以(yi)上(shang)的(de)二(er)極(ji)管(guan)是(shi)因(yin)為(wei)低(di)壓(ya)大(da)功(gong)率(lv)電(dian)機(ji)的(de)繞(rao)組(zu)內(nei)阻(zu)較(jiao)低(di)，所(suo)以(yi)瞬(shun)態(tai)電(dian)流(liu)會(hui)比(bi)較(jiao)大(da)
，串(chuan)個(ge)小(xiao)阻(zu)值(zhi)電(dian)阻(zu)就(jiu)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)
，因(yin)此(ci)造(zao)成(cheng)的(de)開(kai)關(guan)管(guan)瞬(shun)態(tai)加(jia)壓(ya)的(de)些(xie)許(xu)上(shang)升(sheng)因(yin)為(wei)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)本(ben)來(lai)就(jiu)不(bu)高(gao)，所(suo)以(yi)根(gen)本(ben)不(bu)必(bi)擔(dan)心(xin)，現(xian)在(zai)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)耐(nai)壓(ya)至(zhi)少(shao)都(dou)在(zai)50V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BUCK電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)，由(you)於(yu)繼(ji)電(dian)器(qi)線(xian)圈(quan)的(de)是(shi)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)，作(zuo)用(yong)是(shi)吸(xi)收(shou)驅(qu)動(dong)三(san)極(ji)管(guan)在(zai)斷(duan)開(kai)時(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)線(xian)圈(quan)的(de)自(zi)感(gan)電(dian)壓(ya)，根(gen)據(ju)楞(leng)次(ci)定(ding)律(lv)，電(dian)感(gan)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)在(zai)減(jian)小(xiao)時(shi)
，會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)自(zi)感(gan)電(dian)壓(ya)，這(zhe)個(ge)電(dian)壓(ya)的(de)方(fang)向(xiang)是(shi)正(zheng)電(dian)源(yuan)端(duan)為(wei)負(fu)，驅(qu)動(dong)管(guan)集(ji)電(dian)極(ji)為(wei)正(zheng)，這(zhe)個(ge)電(dian)壓(ya)會(hui)擊(ji)穿(chuan)三(san)極(ji)管(guan)

，所(suo)以(yi)在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)上(shang)並(bing)聯(lian)一(yi)個(ge)吸(xi)收(shou)二(er)極(ji)管(guan)
，吸(xi)收(shou)這(zhe)個(ge)自(zi)感(gan)電(dian)壓(ya)。

 

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

 

二er極ji管guan負fu極ji接jie直zhi流liu電dian源yuan正zheng極ji，繼ji電dian器qi線xian圈quan斷duan電dian時shi
，二er極ji管guan因yin勢shi利li導dao，為wei線xian圈quan高gao電dian壓ya提ti供gong釋shi放fang途tu徑jing。如ru果guo沒mei有you續xu流liu二er極ji管guan
，晶jing體ti管guan斷duan開kai時shi在zai線xian圈quan兩liang端duan產chan生sheng的de高gao電dian壓ya將jiang對dui晶jing體ti管guan電dian路lu造zao成cheng極ji大da的de損sun壞huai
，此ci時shi續xu流liu二er極ji管guan起qi到dao了le保bao護hu作zuo用yong。

 

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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