如何使用反激二極管防止繼電器燒壞？

感應(yīng)負載，比如螺線管和接觸器，可能會導(dǎo)致電弧放電和故障，這些故障會讓機電開關(guān)設(shè)備停止工作，造成昂貴的停機時間。

但實際上，解決這個問題所需的費用并不高。

想象一下，PLC的繼電器輸出卡是用來驅(qū)動大型液壓缸的直流螺線管。

但每隔幾個月，卡就會出現(xiàn)故障，導(dǎo)致設(shè)備停機和更換繼電器卡的不必要費用。

什么是反激電壓？

用電移動開關(guān)或柱塞的設(shè)備使用電磁學(xué)的概念，其中線圈在消耗電流的同時會產(chǎn)生磁場。

該磁鐵的強度足以移動金屬瓣甚至彈簧柱塞。更大的負載需要更多的電流。

當這個電磁鐵產(chǎn)生時，磁場被儲存在負載內(nèi)部。換句話說，您使用電流產(chǎn)生磁場，并且磁場現(xiàn)在存儲在該柱塞內(nèi)。

當線圈電流“關(guān)閉”時，存儲在柱塞內(nèi)的磁場仍然存在，并且在短時間內(nèi)，它試圖在線圈上產(chǎn)生電壓。

什么時候反激電壓好？

在某些情況下，這種產(chǎn)生的反向電壓是一個非常有用的特性。

汽車中的火花塞的工作原理是，電池的 12 伏電壓在精確的時刻為線圈供電（來自分配器、電子線圈組，甚至每個插頭上的線圈）。

當電池電壓被移除時，線圈試圖通過電路驅(qū)動電流 - 在這里，提供的路徑正好穿過火花塞的間隙。

但是 12 伏的電壓不足以產(chǎn)生跨越幾毫米的火花。幸運的是，線圈產(chǎn)生的電壓比原始充電電壓大很多倍，電流只持續(xù)片刻，直到磁場崩潰。

螺線管負載和典型反激二極管之間極性關(guān)

上圖顯示螺線管負載和典型反激二極管之間極性關(guān)系的電路原理圖，在這種情況下很常見。后面會顯示一個實際的接線示例。

什么時候反激電壓不好？

回到工業(yè)環(huán)境中，反向電壓比原始電壓大很多倍的事實令人擔憂。

如果控制電路為 24 伏，則反向反激電壓可能遠高于 100 伏。

如果電路中有一個小間隙，這肯定足以產(chǎn)生相當大的火花。火花塞點燃燃料可能很有用，但在控制系統(tǒng)中卻很危險。

差距以機電控制裝置的形式存在，即開關(guān)和機械繼電器。

當繼電器或開關(guān)觸點打開時，間隙會在幾毫秒內(nèi)從零增加到幾毫米，從而為理想的火花間隙提供充足的時間來產(chǎn)生可見的電弧。

我在一個關(guān)燈的控制柜內(nèi)看到了這種現(xiàn)象，透明冰塊繼電器內(nèi)部火花的視覺顯示非常引人注目。

如果繼電器很小，比如PLC 繼電器輸出卡上的繼電器，火花會很快使繼電器劣化，導(dǎo)致頻繁故障。

如果您似乎在模塊上不斷有單個 I/O 點出現(xiàn)故障，但電流卻在額定限制范圍內(nèi)，那么罪魁禍首可能是直流供電的線圈設(shè)備在斷電時會產(chǎn)生火花。

如何防止反激電壓？

有幾種方法可以防止這種有問題的現(xiàn)象。有些是涵蓋癥狀的簡單、廉價的解決方案，但其他解決方案可以完全預(yù)防問題。

緩沖二極管和電路

這些小型、廉價的設(shè)備有幾個名稱：緩沖、反激、續(xù)流、浪涌、保護等。

它們可以從電子零件分銷商處以幾美分的價格批量訂購，其中“整流二極管”這個名稱表示所需的理想穩(wěn)健等級。

許多制造商意識到這個問題，設(shè)計了集成解決方案，將二極管直接安裝到接線盒的接線中或直接安裝在基于線圈的設(shè)備內(nèi)部。

只需尋找“二極管”一詞，并確保以正確的極性安裝。

二極管是只有兩根導(dǎo)線的固態(tài)器件，電流只能單向流動。

它們與感性負載并聯(lián)安裝，因此當負載從控制器通電時，二極管反向偏置，不允許電流繞過自身。

Red/Black 和 Blu/WhtBlu 用于顯示負載的極性，與二極管相比（注意二極管主體上的灰色條紋）。

然而，在控制電壓被移除的那一刻，磁場試圖在線圈上產(chǎn)生電壓，線圈現(xiàn)在幾乎就像一個高壓電池。

瞬間，這個正向偏置二極管，允許電流在一個短回路中流動，線圈到二極管。

二極管能夠在很短的時間內(nèi)承受大電流，因此磁場（和電流）會在眨眼間安全地耗盡。

因為二極管將電壓保持在 1 伏以下，所以電壓永遠不會增加到產(chǎn)生火花的水平，因此消除了對危險的恐懼。

二極管的一種變體是電阻-電容 （RC） 串聯(lián)電路，允許場以可預(yù)測的速率放電。

該電路也可以與控制裝置并聯(lián)安裝，允許電流在開關(guān)或繼電器觸點周圍無害地排出。

固態(tài)開關(guān)器件

可以購買帶有直流輸出而不是繼電器輸出的 PLC 輸出模塊。

對于某些情況，這可能是一種有效的解決方案，但繼電器輸出的優(yōu)點是大型螺線管所需的高電流額定值。許多直流輸出卡根本無法處理這么大的電流。

直流輸出模塊通過限制反向電壓電弧危險的晶體管提供電流。

在非常短的時間內(nèi)具有高度的斷態(tài)電阻和高電壓容差，只有極高的持續(xù)電壓尖峰才會成為終端情況。

但是驅(qū)動負載所需的大電流絕不是短暫的，并且對于正常的晶體管輸出來說是（并且經(jīng)常聞到）麻煩。

交流供電負載

雖然 24 伏直流是常見的控制電壓，但反激現(xiàn)象會隨著交流電壓而消失，因為電感線圈沒有充電到恒定值，然后在斷電時突然放電。

許多螺線管可以找到120 AC和24 AC電壓，安裝和故障排除方法基本保持不變，繼電器卡仍然可以使用。

顯然，電壓源的變化和設(shè)備的更換可能會導(dǎo)致不希望的停機時間，但從長遠來看可能值得您花時間。