感性负载和二极管保护

假如突然断开一个给电感提供电流的开关，那将发生什么？因为电感具有如下特征：

V=L（dI/dt）

　　这就不可能突然切断对应的电流，因为会有一个无限大的电压加在电感两端。接着发生的是，电感两端的电压突然上升，知道他迫使电流继续流动。显然，这类控制感性负载的电子器件在电路中很容易受损，尤其是那些击穿后以满足电感电流连续性需要的元件。考虑如图1所示的电路，电路中的开关在初始时时闭合的，电流流过电感。当开关断开时，电感试图保持电流像之前那样连续的从A流向B，这意味着端点B电位变得比电位A高了。这时，在开关触点断开瞬间将产生1000V正电压。这将缩短开关的寿命并产生对附近电路有影响的脉冲干扰。如果这个开关是用三极管做的，那么肯定其寿命要缩短，也可能被损坏。

　　

图1

　　最好的解决办法就是将一个二极管接在电感的两端，如图2所示，当开关接通期间，二极管是反向偏压的（他来自与电感线圈电阻的直流压降）。在开关断开时，二极管进入导通状态，是开关端点比正电源电压高一个二极管的正向压降，这个二极管必须是可以应付初始电流的，即以前一直流经电感的稳态电流。

图2

如图二所示，假设断开负载电源的时刻为t=0，断开前为t<0,断开后t>0,则有感性负载的特性克制，t>0时，线圈中的电流方向同t<0时的电流方向一致，相对电源反接的二极管能为线圈提供有效的泄放回路。如图二所示，R=r0+Rd，此时，反电动势的幅值为：

e=I0R=I0*（r0+Rd），其中r0为线圈电阻，Rd为二极管正向电阻。

由于两个电阻都很小，古emax也很小。又由于硅二极管的导通电压小于1V，所以emax≤E+1V，

抑制的结果是：瞬变电压小于等于1V。

　　对于在负载接通电源时，二极管处于反接状态，他应该有足够的反向耐压值；而在断开负载电源时，他必须有足够的通流能力，所以对二极管，我们主要考虑反向耐压和最大整流电流。一般可根据UR>3E,If>Io来选择二极管。

　　这种保护电路的唯一缺陷就是他增快了电感电流的衰减，这是因为电感电流的变化率与他两端电压成正比例关系。在那些要求电流必须快速衰减的场合（如高速击打式打印机，高速继电器等），可以使用一个电阻跨接在电感两端，并通过适当选择该电阻值，使得Vsupply+IR小于开关两端的可允许最大电压值。欲得到一个给定最大电压值内的最快衰减，珂采用齐纳二极管来代替，他给出了斜坡向下的电流衰减，而不是指数衰减。

　　对于一些交流（包括交流变压器、交流继电器）驱动的电感电路，上述的保护电流将不起作用，这是因为开关闭合时，二极管会交替地在半周期内导通。对于这种情况，一种较好的解决方案是用一个“RC阻尼网络”，如图3所示电路。图中所示的是有交流电源驱动的小感性负载电路的典型值，因为变压器是感性的，这样的阻尼可用在各种有交流电源驱动的所有各种仪器中。一种可替换的保护器件是金属氧化物变阻器，即过渡性阻尼器。价格便宜，类似于圆形陶瓷电容，但却具有双向齐纳二极管的电特性。可用电压范围是10~1000V，且能够处理上千安的瞬态电流。采用这种过渡性阻尼器对于电子设备有良好的意义，他不仅防止了感性尖峰对其他附近设备的干扰，也防止了偶尔来自于电源供电线上的大尖峰脉冲设备对设备仪器自身的损坏。

 

 

 图3

 

　　如图3所示电路中，电容能把电磁线圈的磁场能量转化成电容器的电场能量储存起来，以降低能量的消散速度。由于电容器上的电压不能突然建立，从而有效的抑制了过电压。且由于电容器的电流相对于电压超前90度相位角，而线圈的电流相对于电压滞后90度相位角，所以电容的介入能够改变线路的固有频率。