继电器的保护二极管如何选择

继电器在实际应用中,通常都会使用三极管或MOS管控制,其最基本的应用电路如图:

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那为什么要在继电器线圈上并联一个二极管呢?我们可以看看没有并联二极管时电路会出现什么情况,我们使用下图所示的电路参数仿真一下:
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其中,L1相当于电磁继电器中的线圈,当开关进行闭合与断开动作时,其波形如下图所示:
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当开关闭合时,电压波形还是正常的,但是当开关断开的一瞬间,电感将产生很高的电压,远远超过了电源电压值(上图中的峰值未完全显示),普通的电磁继电器使用3904或8050之类的通用三极管就完全可以驱动了,其集电极-发射极最高耐压值也就几十伏。
当控制开关断开的瞬间,由于电感中的电流不能突变,将会产生上负下正极性的反向电动势,如下图所示:
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这个反向电动势的峰值就非常高,三极管的集电极将承受电源电压VCC与电感反向电动势串联的高压VL(相当于升压电路),此时电路如下图所示:
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这时三极管Q1集电极的承受的电压为VCC+VL,很有可能超过三极管的集电极-发射极极限电压VCEO而击穿三极管,因此,我们可以在线圈两端并联一个二极管再仿真一下,如下图所示:
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其电压波形如下图所示:
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开关管断开瞬间的反向电动势有了一些改善,但反向电动势还是非常高,其实二极管并联是没有错的,只不过型号不是很适合。普通二极管的单向导电特性取决于P型半导体与N型半导体接触形成的PN结,由于结电容的存在,反应时间并不太短,开关断开的瞬间,二极管还来不及导通,相当于没有接二极管一样。
肖特基二极管(也称肖特基势垒二极管,Schottky Barrier Diode,SBD)的单向导电性是由金属与半导体接触形成的,它的特点是开关速度快,我们用肖特基二极管替换后再重新仿真一下,如下图所示:
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其波形如下图所示:
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其实瞬间还是有一点点的反向电压,但已经控制在可以接受的范围内了,由于并联的二极管主要用来防止开关断开瞬间电感电流产生突变,也称之为续流二极管。
所以继电器的保护二极管应该选择肖特基二极管。

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