反激二極管也被稱為續流二極管、緩沖二極管、抑制二極管、鉗位二極管或換向二極管,是一種電子元件,通常應用在開關電源和其他涉及電感性負載的電路中。它的主要功能是保護電路,防止感性負載在開關斷開時產生的反激電壓(或反電動勢)對電路造成損害。
當電路中的開關元件(如晶體管)關閉時,流經電感的電流不能瞬間改變,這會導致電感兩端產生一個高壓脈沖,即反激電壓。反激二極管被連接在電路中,以便在開關關閉時立即導通,為電感器中儲存的能量提供一個釋放的通路,通常是回到電源或者在電路的其他部分耗散掉。這樣既保護了開關元件不受高電壓尖峰的沖擊,又提高了能量的利用率。
在反激變換器拓撲中,#反激二極管#尤其關鍵,它參與了能量的傳遞過程,當開關管關閉時,變壓器次級繞組感應的電壓使二極管正向導通,完成能量從變壓器到輸出負載的傳遞,并在下一個開關周期前為電感元件中的磁場能量提供釋放途徑。為了減小能量損耗和提高效率,常選用具有快速恢復特性的二極管,如快恢復二極管或肖特基二極管。
反激二極管工作原理
我們通常所說的“反激二極管”因其在電路中具有續流作用而得名。一般選用快恢復二極管或肖特基二極管作為“反激二極管”,在電路中通常用于保護元件不被感應電壓擊穿或燒壞,并聯在兩端產生感應電動勢的元件,與其形成回路,使產生的高電動勢被回路中的續流電流消耗掉,從而保護電路中的元件不被損壞。
反激二極管并聯在線圈的兩端。當線圈通過電流時,線圈兩端會產生感應電動勢。當電流消失時,其感應電動勢在電路中的元件上產生反向電壓。當反向電壓高于元件的反向擊穿電壓時,就會導致三極管、晶閘管等元件損壞。回掃二極管并聯在線圈兩端。當流過線圈的電流消失時,線圈產生的感應電動勢被二極管與線圈形成的電路所消耗,從而保護了電路中其他元件的安全。
反激二極管反并聯在電路中的繼電器或電感線圈的兩端。當電感線圈斷電時,兩端的電動勢并不會立即消失。此時,殘余電動勢通過二極管釋放。起到這種作用的二極管稱為反激二極管。其實它還是一個二極管,只不過這里只起到續流的作用。例如,繼電器線圈兩端反接的二極管或者單向晶閘管兩端反接的?也是反接的。?
為什么要反接二極管?由于繼電器的線圈是一個大的電感器,它可以以磁場的形式存儲電能,所以當它吸合時,它存儲了大量的磁場。當控制繼電器的三極管由導通變為截止時,線圈斷電,但線圈內有磁場。此時會產生反向電動勢,電壓可高達1000V以上,很容易擊穿三極管或其他電路元件。這是因為二極管的連接正好與反向電動勢同向,而反向電動勢通過反激二極管以電流的形式被中和,從而保護其他電路元件,所以一般都是采用二極管更快的切換速度。與晶閘管電路一樣,晶閘管一般用作接觸開關。如果控制大的感性負載,也會產生同樣的高壓反電動勢,其原理與繼電器相同。反激二極管也用在顯示器上,一般用在消磁繼電器的線圈上。
反激二極管功能
反激二極管通常與儲能元件一起使用,以防止電壓和電流突然變化并提供路徑。電感可以通過它向負載提供連續的電流,從而避免負載電流突然變化,起到平滑電流的作用。在開關電源中,可以看到由二極管和電阻串聯組成的續流電路。該電路與變壓器的初級側并聯。當開關二極管關斷時,續流電路可以釋放變壓器線圈中儲存的能量,防止感應電壓過高而擊穿開關二極管。一般可選擇快恢復二極管或肖特基二極管,用于以電流的形式耗散線圈產生的反向電勢。可見,“反激二極管”并不是一個實質性的元件,只是在電路中起到一定的作用。這種效應稱為“連續流”。
反激二極管的應用及注意事項
反激二極管廣泛應用于各種需要處理反電動勢或感應電壓的電路中,特別是在開關電源和電感性負載控制領域。以下是一些主要應用及注意事項:
應用場景:
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開關電源:特別是在反激式開關電源中,反激二極管用于在開關管關閉期間,通過變壓器次級向負載提供能量并保持輸出電壓穩定。
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電機控制:在直流電機的電樞回路中,反激二極管用于在電機線圈斷電時,為電機產生的反電動勢提供通路,避免電壓尖峰損壞驅動電路。
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繼電器驅動:用于吸收繼電器線圈斷電時產生的感應電壓,保護驅動電路。
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電磁閥和電磁鐵:類似地,用于吸收這些設備斷電時的反向電壓。
注意事項:
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正向壓降:選擇低正向壓降的二極管(如肖特基二極管),可以減少功耗和提高效率。肖特基二極管的正向壓降約為0.2V,遠低于普通硅二極管的0.7V。
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反向恢復時間:在高頻應用(如高于100kHz的開關頻率)中,應選擇反向恢復時間短的二極管,以減少開關損耗和發熱,提高整體效率。
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額定電流和電壓:確保所選二極管的額定電流大于電路中的最大電流,額定電壓大于可能出現的最大反向電壓,以避免過載和擊穿。
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熱管理:考慮到二極管在導通時會有能量損耗,需要適當的散熱措施,特別是對于大功率應用。
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安裝位置:在設計布局時,盡量縮短二極管的引線長度,減少寄生電感,這有助于降低開關瞬態過程中的電壓尖峰。
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同步整流:在某些高效率設計中,可考慮使用MOSFET作為同步整流器替代傳統的二極管,進一步降低導通損耗。