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续流二极管的工作原理及作用特点

501 2022-07-08 来源: IC先生 作者: IC先生

续流二极管(Freewheel/Flyback Diode)也称为反激二极管,此外还有其它名称,例如缓冲二极管、抑制二极管、捕获二极管或换向二极管。

当电源电流突然降低时,电感负载上出现突然的电压尖峰时,这里使用捕捉二极管来消除反激,从而有助于电路免受损坏。续流二极管是简化形式,其中电压源通过开关连接到电感器

续流二极管的设计

在下图中,一个续流二极管放置在电感器上。理想的续流二极管将具有非常大的峰值正向电流,这有助于处理因烧坏二极管而产生的电压瞬变,电感器的电源适用于反向击穿电压和低正向电压降。电压浪涌可能是电源电压的10倍,具体取决于所涉及的设备和应用。需要注意,不要低估通电电感器中包含的能量。

续流二极管

当电源被移除和使用直流线圈继电器时,续流二极管可能会导致触点延迟下降。这是由于电流在二极管和继电器线圈中不断循环。触点的打开至关重要,因为低阻值电阻与二极管串联,这有助于更快地消耗线圈能量。

肖特基二极管经常被应用在开关电源转换器的反激二极管应用中,因为它们的正向压降最低,即0.2V。在电感器重新通电的情况下,它们也在反向偏置中快速响应。这样,在将能量从电感器转移到电容器时,它消耗的能量会更少。

续流二极管工作原理

续流二极管的工作原理很简单,这个分三个电路来说明,这将清楚地介绍它的实际工作原理。

在稳态下,开关将闭合很长时间,因此电感器完全通电并表现为短路:

稳态状态

现在电流是从正极端子流向电压源的负极端子,通过电感。这时候,如果开关断开,电感器将抵抗电流的突然下降。如果dI/dt很大,则电压通过使用其存储的磁场能量而变大,并在电感器上产生电压。

电流从正极端子流向电压源的负极端子

这种情况下,之前有负电势的地方会产生极大的正电势,而之前有正电势的地方会产生负电势。由于开关处于打开状态,因此没有进行物理连接以允许电流继续流动,由于打开开关的大电位差,就会在气隙上产生电弧。

现在通过使用反续流二极管解决了这个问题。如下图所示设计,直到能量通过电感器在导线中的损耗消散,以在连续环路、二极管和电阻器中从其汲取电流。

续流二极管应用

当开关关闭电源时,二极管将反向偏置,并且出于实际目的在电路中不存在。然而,当开关断开时,二极管相对于电感器变为正向偏置,并允许在圆形回路中从电感器底部的正电位到顶部的负电位传导电流。电感两端的电压将是续流二极管正向压降的函数。消散的总时间可能会有所不同,但会持续几毫秒

续流二极管基本上连接在感应线圈上,以防止在设备断电的情况下出现电压尖峰。当给感性负载供电时会出现尖锐的电压尖峰,即关闭线圈和其他电感器。然后,根据楞次定律,该电压的方向将与施加的电压相反。当电流开始流动并将能量存储在线圈周围的磁场中时,继电器的线圈会被磁充电。

如果电源中断,线圈中的电流趋于减小,这种影响会导致电压浪涌。感应电压将跨越连接到线圈的继电器的触点,产生火花和电弧时会影响触点的寿命。

与此同时,可以驱动继电器线圈的晶体管会因电压尖峰而损坏电子元件。当续流二极管反向偏置连接到电源电压时,电压尖峰将反向。当这种情况发生时,就会通过二极管发生短路。这时电压尖峰因此在线圈上短路,这将保护连接的电路。

根据等式V=Ldi/dt,感应设备产生电压。当电流突然降至零时,di/dt的值会很大,从而导致“感应瞬间”电压。这导致损坏其他组件。而续流二极管将为感应电流提供流动路径。也就是说,关断时通过二极管/电感组合的电流将等于关断前流过的电流。

断开时电流衰减指数I = imax(1-exp(-L/R)

Imax=初始电流、L = 电感、R = 电路的等效串联电阻

续流二极管主要原理

当晶体管导通时,它将处于反向偏置并且不会存在于电路中。当晶体管关闭时,续流二极管将正向偏置。续流二极管将使电感器以环路的形式从自身汲取电流,直到全部能量消散在导线和二极管中。

当流向交流感应电机的电流突然中断时,电感器试图通过反转极性来保持增加电压和电流。在没有“续流二极管”的情况下,电压可能会变得非常高,并可能损坏开关器件IGBT、晶闸管等。而如果带有续流二极管,那么反向电流就可以流过二极管并消散。

当单个开关与开关铁芯或铁氧体芯变压器一起使用时,续流二极管将减慢电流变化的速率,并且不会将功率传输到次级侧,并且当电感器被开关装置切换回时,很可能它会使核心饱和以通过大电流。在开关变压器中,最好不要使用带电机的续流二极管来断开它,当需要良好的散热器时,会耗散二极管本身的功率。

续流二极管应用

当感性负载被半导体器件关闭时,通常使用续流二极管,主要包括:

总结

以上就是关于续流二极管工作原理及其功能作用。其实,简单来说,续流二极管就是一种配合电感性负载使用的二极管,当电感性负载的电流有突然的变化或减少时,电感二端会产生突变电压,可能会破坏其他元件。这时候如果配合续流二极管时,其电流可以较平缓地变化,避免瞬间电压的发生。

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