電感(inductor)是一個(gè)繞在磁性材料上的導(dǎo)線線圈(coil),電感通以電流時(shí)產(chǎn)生磁場(magnetic field),磁場很懶,不喜歡變化,結(jié)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(shí)的電感線圈就是普通導(dǎo)線。
如果我們想中斷電感中的電流,電感就會出力(電動(dòng)勢,EMF),試圖維持其中電流。如果電感自身構(gòu)成回路,電路中又沒有電阻(resistance),那么理論上,電子流永遠(yuǎn)在循環(huán)流動(dòng)。但是,除非我們采用超導(dǎo)體,否則所有的導(dǎo)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。
一旦電流變?yōu)榱悖捎陔姼锌偸窃噲D阻礙電流變化,此時(shí)它又想維持電路電流為零。所以,當(dāng)我們把電感接入電路中時(shí),電感馬上出力,試圖阻礙電流增加,但是電流還是慢慢在增加。電感感抗越大,電流增大的速度越慢。當(dāng)電流不再增加而到達(dá)穩(wěn)態(tài)值后,電感又樂不可支了,不用再出力了!如圖2所示。
圖2 電感電路ON
當(dāng)我們切斷電感中的電流時(shí),電感又出力想維持穩(wěn)態(tài)電流值。如果此時(shí)電感與一個(gè)電阻相連,則電阻兩端的電壓是其電阻值與電流的乘積。由于電感最大的本事就是阻止電流的突變,因此,不管電阻值是多少,在電路被切斷后的瞬間,電感中的電流與切斷前是一樣的。如果電阻值很大,則電流與電阻的乘積也非常大,結(jié)果,電感上會產(chǎn)生瞬時(shí)的高電壓。如圖3所示。
圖3 電感電路OFF
由于電感中的電流不能突變,如果要切斷電感電路,我們總是需要提供電感電流釋放回路。假如沒有提供釋放回路,電感電流就會自尋通道,比如,通過空氣釋放,通過開關(guān)觸點(diǎn)或者其他不應(yīng)導(dǎo)電的元件釋放。短時(shí)間的高電壓將對電路產(chǎn)生極大的破壞。
電感器能夠產(chǎn)生高電壓的能力在電源設(shè)計(jì)時(shí)非常有用,但也意味著,在沒有準(zhǔn)備好釋放通路時(shí)不可以隨便切斷電感電路。續(xù)流二極管從圖中可以看出斷電時(shí)EMF產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓(數(shù)倍甚至數(shù)十倍于電源電壓)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,又怎么能適時(shí)接通呢?即電感電路接通時(shí),釋放回路不通,而電感電路斷開時(shí)釋放回路就接通。如圖4所示。
電阻是雙向?qū)щ姷模O管就具有單向?qū)щ娞匦?。因此我們采用如圖5所示的電路,圖中并聯(lián)在電感兩端的二極管稱為續(xù)流二極管(flyback diode或flywheel diode)。
圖5 續(xù)流二極管電路
續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管通常和儲能元件一起使用,其作用是防止電路中電壓電流的突變,為反向電動(dòng)勢提供耗電通路。電感線圈可以經(jīng)過它給負(fù)載提供持續(xù)的電流,以免負(fù)載電流突變,起到平滑電流的作用!在開關(guān)電源中,就能見到一個(gè)由二極管和電阻串連起來構(gòu)成的的續(xù)流電路。這個(gè)電路與變壓器原邊并聯(lián)。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí),續(xù)流電路可以釋放掉變壓器線圈中儲存的能量。
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原文標(biāo)題:深入淺出講解繼電器兩端并聯(lián)二極管,這里有60%工程師都不知的“內(nèi)幕”
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