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

當(dāng)電源電流突然降低時(shí)，電感負(fù)載上出現(xiàn)突然的電壓尖峰時(shí)，這里使用捕捉二極管來(lái)消除反激，從而有助于電路免受損壞。續(xù)流二極管是簡(jiǎn)化形式，其中電壓源通過(guò)開(kāi)關(guān)連接到電感器。

續(xù)流二極管的設(shè)計(jì)

在下圖中，一個(gè)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(chǎn)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(shè)備和應(yīng)用。需要注意，不要低估通電電感器中包含的能量。

當(dāng)電源被移除和使用直流線圈繼電器時(shí)，續(xù)流二極管可能會(huì)導(dǎo)致觸點(diǎn)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(diǎn)的打開(kāi)至關(guān)重要，因?yàn)榈妥柚?a target="_blank">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(jīng)常被應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的反激二極管應(yīng)用中，因?yàn)樗鼈兊恼驂航底畹停?.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(yīng)。這樣，在將能量從電感器轉(zhuǎn)移到電容器時(shí)，它消耗的能量會(huì)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(jiǎn)單，這個(gè)分三個(gè)電路來(lái)說(shuō)明，這將清楚地介紹它的實(shí)際工作原理。

在穩(wěn)態(tài)下，開(kāi)關(guān)將閉合很長(zhǎng)時(shí)間，因此電感器完全通電并表現(xiàn)為短路：

現(xiàn)在電流是從正極端子流向電壓源的負(fù)極端子，通過(guò)電感。這時(shí)候，如果開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感器將抵抗電流的突然下降。如果dI/dt很大，則電壓通過(guò)使用其存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量而變大，并在電感器上產(chǎn)生電壓。

這種情況下，之前有負(fù)電勢(shì)的地方會(huì)產(chǎn)生極大的正電勢(shì)，而之前有正電勢(shì)的地方會(huì)產(chǎn)生負(fù)電勢(shì)。由于開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，因此沒(méi)有進(jìn)行物理連接以允許電流繼續(xù)流動(dòng)，由于打開(kāi)開(kāi)關(guān)的大電位差，就會(huì)在氣隙上產(chǎn)生電弧。

現(xiàn)在通過(guò)使用反續(xù)流二極管解決了這個(gè)問(wèn)題。如下圖所示設(shè)計(jì)，直到能量通過(guò)電感器在導(dǎo)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。

當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉電源時(shí)，二極管將反向偏置，并且出于實(shí)際目的在電路中不存在。然而，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，二極管相對(duì)于電感器變?yōu)檎蚱?，并允許在圓形回路中從電感器底部的正電位到頂部的負(fù)電位傳導(dǎo)電流。電感兩端的電壓將是續(xù)流二極管正向壓降的函數(shù)。消散的總時(shí)間可能會(huì)有所不同，但會(huì)持續(xù)幾毫秒。

續(xù)流二極管基本上連接在感應(yīng)線圈上，以防止在設(shè)備斷電的情況下出現(xiàn)電壓尖峰。當(dāng)給感性負(fù)載供電時(shí)會(huì)出現(xiàn)尖銳的電壓尖峰，即關(guān)閉線圈和其他電感器。然后，根據(jù)楞次定律，該電壓的方向?qū)⑴c施加的電壓相反。當(dāng)電流開(kāi)始流動(dòng)并將能量存儲(chǔ)在線圈周?chē)拇艌?chǎng)中時(shí)，繼電器的線圈會(huì)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(huì)導(dǎo)致電壓浪涌。感應(yīng)電壓將跨越連接到線圈的繼電器的觸點(diǎn)，產(chǎn)生火花和電弧時(shí)會(huì)影響觸點(diǎn)的壽命。

與此同時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)繼電器線圈的晶體管會(huì)因電壓尖峰而損壞電子元件。當(dāng)續(xù)流二極管反向偏置連接到電源電壓時(shí)，電壓尖峰將反向。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就會(huì)通過(guò)二極管發(fā)生短路。這時(shí)電壓尖峰因此在線圈上短路，這將保護(hù)連接的電路。

根據(jù)等式V=Ldi/dt，感應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生電壓。當(dāng)電流突然降至零時(shí)，di/dt的值會(huì)很大，從而導(dǎo)致“感應(yīng)瞬間”電壓。這導(dǎo)致?lián)p壞其他組件。而續(xù)流二極管將為感應(yīng)電流提供流動(dòng)路徑。也就是說(shuō)，關(guān)斷時(shí)通過(guò)二極管/電感組合的電流將等于關(guān)斷前流過(guò)的電流。

斷開(kāi)時(shí)電流衰減指數(shù)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(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，它將處于反向偏置并且不會(huì)存在于電路中。當(dāng)晶體管關(guān)閉時(shí)，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(dǎo)線和二極管中。

當(dāng)流向交流感應(yīng)電機(jī)的電流突然中斷時(shí)，電感器試圖通過(guò)反轉(zhuǎn)極性來(lái)保持增加電壓和電流。在沒(méi)有“續(xù)流二極管”的情況下，電壓可能會(huì)變得非常高，并可能損壞開(kāi)關(guān)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(guò)二極管并消散。

當(dāng)單個(gè)開(kāi)關(guān)與開(kāi)關(guān)鐵芯或鐵氧體芯變壓器一起使用時(shí)，續(xù)流二極管將減慢電流變化的速率，并且不會(huì)將功率傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)，并且當(dāng)電感器被開(kāi)關(guān)裝置切換回時(shí)，很可能它會(huì)使核心飽和以通過(guò)大電流。在開(kāi)關(guān)變壓器中，最好不要使用帶電機(jī)的續(xù)流二極管來(lái)斷開(kāi)它，當(dāng)需要良好的散熱器時(shí)，會(huì)耗散二極管本身的功率。

續(xù)流二極管應(yīng)用

當(dāng)感性負(fù)載被半導(dǎo)體器件關(guān)閉時(shí)，通常使用續(xù)流二極管，主要包括：

• 繼電器驅(qū)動(dòng)器
• H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
• 全波整流器

總結(jié)

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