续流二极管(flyback diode),与普通二极管不同的是,在正向工作状态下,它可充当一个低电阻和高速电路;而在反向截止状态下,它则表现出较高的电压耐受能力。
续流二极管是一种非常重要的电子元件,它用于直流电路中,主要的作用是控制电流的方向和大小。在使用感性器件的电路中常见续流二极管,如DC-DC电路、继电器控制电路、蜂鸣器控制电路等。
续流二极管的作用
续流二极管经常和储能元件一起使用,防止电压电流突变,提供通路。电感可以经过它给负载提供持续的电流,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用。
在开关电源中,就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量,防止感应电压过高,击穿开关管。
一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以了,用来把线圈产生的反向电势通过电流的形式消耗掉,可见“续流二极管”并不是一个实质的元件,它只不过在电路中起到的作用称做“续流”。
续流二极管实际工作原理
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:
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。
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。
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。
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)
lmax=初始电流、L =电感、R =电路的等效串联电阻
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