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續(xù)流二極管的設計

2022年09月12日 15:55 IC先生 作者:IC先生 用戶評論(0

續(xù)流二極管(Freewheel/Flyback Diode)也稱為反激二極管,此外還有其它名稱,例如緩沖二極管、抑制二極管、捕獲二極管或換向二極管。

電源電流突然降低時,電感負載上出現(xiàn)突然的電壓尖峰時,這里使用捕捉二極管來消除反激,從而有助于電路免受損壞。續(xù)流二極管是簡化形式,其中電壓源通過開關連接到電感器

續(xù)流二極管的設計

在下圖中,一個續(xù)流二極管放置在電感器上。理想的續(xù)流二極管將具有非常大的峰值正向電流,這有助于處理因燒壞二極管而產生的電壓瞬變,電感器的電源適用于反向擊穿電壓和低正向電壓降。電壓浪涌可能是電源電壓的10倍,具體取決于所涉及的設備和應用。需要注意,不要低估通電電感器中包含的能量。

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當電源被移除和使用直流線圈繼電器時,續(xù)流二極管可能會導致觸點延遲下降。這是由于電流在二極管和繼電器線圈中不斷循環(huán)。觸點的打開至關重要,因為低阻值電阻與二極管串聯(lián),這有助于更快地消耗線圈能量。

肖特基二極管經常被應用在開關電源轉換器的反激二極管應用中,因為它們的正向壓降最低,即0.2V。在電感器重新通電的情況下,它們也在反向偏置中快速響應。這樣,在將能量從電感器轉移到電容器時,它消耗的能量會更少。

續(xù)流二極管工作原理

續(xù)流二極管的工作原理很簡單,這個分三個電路來說明,這將清楚地介紹它的實際工作原理。

在穩(wěn)態(tài)下,開關將閉合很長時間,因此電感器完全通電并表現(xiàn)為短路:

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現(xiàn)在電流是從正極端子流向電壓源的負極端子,通過電感。這時候,如果開關斷開,電感器將抵抗電流的突然下降。如果dI/dt很大,則電壓通過使用其存儲的磁場能量而變大,并在電感器上產生電壓。

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這種情況下,之前有負電勢的地方會產生極大的正電勢,而之前有正電勢的地方會產生負電勢。由于開關處于打開狀態(tài),因此沒有進行物理連接以允許電流繼續(xù)流動,由于打開開關的大電位差,就會在氣隙上產生電弧。

現(xiàn)在通過使用反續(xù)流二極管解決了這個問題。如下圖所示設計,直到能量通過電感器在導線中的損耗消散,以在連續(xù)環(huán)路、二極管和電阻器中從其汲取電流。

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當開關關閉電源時,二極管將反向偏置,并且出于實際目的在電路中不存在。然而,當開關斷開時,二極管相對于電感器變?yōu)檎蚱茫⒃试S在圓形回路中從電感器底部的正電位到頂部的負電位傳導電流。電感兩端的電壓將是續(xù)流二極管正向壓降的函數。消散的總時間可能會有所不同,但會持續(xù)幾毫秒。

續(xù)流二極管基本上連接在感應線圈上,以防止在設備斷電的情況下出現(xiàn)電壓尖峰。當給感性負載供電時會出現(xiàn)尖銳的電壓尖峰,即關閉線圈和其他電感器。然后,根據楞次定律,該電壓的方向將與施加的電壓相反。當電流開始流動并將能量存儲在線圈周圍的磁場中時,繼電器的線圈會被磁充電。

如果電源中斷,線圈中的電流趨于減小,這種影響會導致電壓浪涌。感應電壓將跨越連接到線圈的繼電器的觸點,產生火花和電弧時會影響觸點的壽命。

與此同時,可以驅動繼電器線圈的晶體管會因電壓尖峰而損壞電子元件。當續(xù)流二極管反向偏置連接到電源電壓時,電壓尖峰將反向。當這種情況發(fā)生時,就會通過二極管發(fā)生短路。這時電壓尖峰因此在線圈上短路,這將保護連接的電路。

根據等式V=Ldi/dt,感應設備產生電壓。當電流突然降至零時,di/dt的值會很大,從而導致“感應瞬間”電壓。這導致?lián)p壞其他組件。而續(xù)流二極管將為感應電流提供流動路徑。也就是說,關斷時通過二極管/電感組合的電流將等于關斷前流過的電流。

斷開時電流衰減指數I = imax(1-exp(-L/R)

Imax=初始電流、L = 電感、R = 電路的等效串聯(lián)電阻

續(xù)流二極管主要原理

當晶體管導通時,它將處于反向偏置并且不會存在于電路中。當晶體管關閉時,續(xù)流二極管將正向偏置。續(xù)流二極管將使電感器以環(huán)路的形式從自身汲取電流,直到全部能量消散在導線和二極管中。

當流向交流感應電機的電流突然中斷時,電感器試圖通過反轉極性來保持增加電壓和電流。在沒有“續(xù)流二極管”的情況下,電壓可能會變得非常高,并可能損壞開關器件IGBT晶閘管等。而如果帶有續(xù)流二極管,那么反向電流就可以流過二極管并消散。

當單個開關與開關鐵芯或鐵氧體芯變壓器一起使用時,續(xù)流二極管將減慢電流變化的速率,并且不會將功率傳輸到次級側,并且當電感器被開關裝置切換回時,很可能它會使核心飽和以通過大電流。在開關變壓器中,最好不要使用帶電機的續(xù)流二極管來斷開它,當需要良好的散熱器時,會耗散二極管本身的功率。

續(xù)流二極管應用

當感性負載被半導體器件關閉時,通常使用續(xù)流二極管,主要包括:

總結

以上就是關于續(xù)流二極管工作原理及其功能作用。其實,簡單來說,續(xù)流二極管就是一種配合電感性負載使用的二極管,當電感性負載的電流有突然的變化或減少時,電感二端會產生突變電壓,可能會破壞其他元件。這時候如果配合續(xù)流二極管時,其電流可以較平緩地變化,避免瞬間電壓的發(fā)生。

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( 發(fā)表人:湯梓紅 )

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