繼電器一定要添加二極體嗎?

作者 : 趙明燦,EDN China

前不久,本刊的一篇文章《簡單修改電路,讓600個產品起死回生!》遭來了一些不和諧的評論,什麼「小白設計」、「繼電器不加二極體能找到工作?」…諸如此類的。為什麼會出現這樣的評論呢?

前不久,本刊的一篇文章《簡單修改電路,讓600個產品起死回生!》中提到,原本沒問題的產品在採用新版本繼電器後,出現了吸合抖動的情況。後來,作者在繼電器線圈上並聯一個二極體,解決了這個問題…

但這篇文章在刊登於中國版《電子技術設計》(EDN China)網站後,卻遭來了一些不和諧的評論,什麼「小白設計」、「繼電器不加二極體能找到工作?」…諸如此類的。為什麼會出現這樣的評論呢?

一開始我的反應也是繼電器要反並聯一個二極體,起到續流作用。但在仔細查看了原文末的評論後,我發現情況並沒有那麼簡單。以下就帶大家瞭解具體情況。

未加二極體的情況

據TE Connectivity的應用筆記 「Coil Suppression Can Reduce Relay Life」 (抑制線圈會縮短繼電器壽命)所述,典型的拍合式繼電器在斷電或掉電以後,磁通量會發生下降,當磁力下降到小於彈簧力時,銜鐵開始斷開。隨著銜鐵繼續斷開,彈簧力會根據銜鐵位置而減小,但相反的磁力也會隨銜鐵位置和線圈電流衰減(兩者都會使線圈磁通量減小)而減小。

隨著繼電器線圈中的電流中斷,其上的磁通量崩潰,所產生的瞬態感應電壓就可能高達數百甚至數千伏。如圖1所示,在簡單的串聯開關電路中,線圈控制開關的兩端就會出現感應電壓和電源電壓兩者的疊加。

 

圖1:未加二極體的典型直流繼電器,其在吸合和釋放時的線圈電壓電流動態曲線。

(來源:TE Connectivity)

增加通用二極體的優缺點

在現今的邏輯控制系統中,通常會使用固態開關來對直流線圈繼電器進行控制,並會使用各種抑制技術來對這個開關進行保護,從而使其免受線圈斷電感應電壓的影響。這些技術通常通過對線圈分流來實現,目的是減輕線圈電流突然中斷而導致線圈磁通量發生崩潰。

一種非常普遍的做法是對線圈反並聯一個通用二極體,用它來阻止電源電壓而與反極性線圈感應電壓形成導通。這樣就為流經線圈的電流提供了一條返回路徑,就可以將線圈感應電壓的幅度限制在二極體的正向壓降,從而使線圈電流以及磁通量緩慢衰減(圖2)。

 

圖2:增加二極體的典型直流繼電器,其在吸合和釋放時的線圈電壓電流動態曲線。

(來源:TE Connectivity)

 

並聯二極體可為固態開關提供最大的保護,但卻可能對繼電器的開關性能產生非常不利的影響。眾所周知,迫使銜鐵斷開的合力是磁力與彈簧力之差,兩者都在發生變化,從而使合力隨時間和銜鐵位置變化。正是這個合力促使銜鐵和觸點彈簧發生轉換,進而引起銜鐵系統的速度和動量發生改變。

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