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(tu)3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

 

xuliuerjiguantongchanghechunengyuanjianyiqishiyong
，qizuoyongshifangzhidianluzhongdianyadianliudetubian，weifanxiangdiandongshitigonghaodiantonglu。dianganxianquankeyijingguotageifuzaitigongchixudedianliu，yimianfuzaidianliutubian，qidaopinghuadianliudezuoyong!zaikaiguandianyuanzhong
，jiunengjiandaoyigeyouerjiguanhedianzuchuanlianqilaigouchengdedexuliudianlu。zhegedianluyubianyaqiyuanbianbinglian。dangkaiguanguanguanduanshi
，xuliudianlukeyishifangdiaobianyaqixianquanzhongchucundenengliang。

 

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+xuliuerjiguandengxiaoneizu。yibanqingkuangxia
，youyuxuliuerjiguandejiaoliudengxiaoneizuyaobiqudongsanjiguandejiaoliudengxiaoneizuxiao。suoyichangguisheji，yibanxuliuerjiguandezuidadianliu，querbeiyudianjizuidadianliu。

 

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

 

般ban感gan性xing負fu載zai比bi電dian阻zu性xing負fu載zai更geng容rong易yi使shi觸chu點dian受shou到dao損sun作zuo，如ru果guo使shi用yong適shi當dang的de保bao護hu電dian路lu可ke以yi使shi感gan性xing負fu載zai對dui觸chu點dian的de影ying響xiang與yu電dian阻zu性xing負fu載zai基ji本ben相xiang當dang
，但dan請qing注zhu意yi如ru果guo不bu正zheng確que使shi用yong，可ke能neng會hui產chan生sheng反fan效xiao果guo。

 

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

 

感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)會(hui)產(chan)生(sheng)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)，感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)的(de)方(fang)向(xiang)和(he)加(jia)在(zai)它(ta)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)方(fang)向(xiang)是(shi)相(xiang)反(fan)的(de)
，當(dang)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)突(tu)然(ran)斷(duan)電(dian)

，感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)還(hai)在(zai)

，由(you)於(yu)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)與(yu)原(yuan)來(lai)的(de)電(dian)壓(ya)方(fang)向(xiang)相(xiang)反(fan)，在(zai)沒(mei)有(you)斷(duan)電(dian)的(de)時(shi)候(hou)
，還(hai)有(you)原(yuan)來(lai)的(de)電(dian)壓(ya)與(yu)之(zhi)抵(di)消(xiao)
，斷(duan)電(dian)後(hou)就(jiu)沒(mei)有(you)與(yu)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)抵(di)消(xiao)的(de)電(dian)壓(ya)了(le)，這(zhe)個(ge)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)損(sun)壞(huai)
，加(jia)個(ge)二(er)極(ji)管(guan)以(yi)後(hou)，這(zhe)個(ge)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)好(hao)與(yu)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)，回(hui)路(lu)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)正(zheng)好(hao)和(he)二(er)極(ji)管(guan)是(shi)正(zheng)向(xiang)導(dao)通(tong)的(de)，就(jiu)可(ke)以(yi)釋(shi)放(fang)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)的(de)電(dian)流(liu)了(le)。

 

 

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

 

fanshidianluzhongdejidianqixianquanliangduanhediancifajiekouliangduandouyaojiexuliuerjiguan。jiefarushangmiandetu
，erjiguandefujijiexianquandezhengji
，erjiguandezhengjijiexianquandefuji。buguo，niyaoqingchu，xuliuerjiguanbingbushiliyongerjiguandefanfangxiangnaiyatexing，ershiliyongerjiguandedanfangxiangzhengxiangdaotongtexing。

 

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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