繼電器驅動保護電路(下)

本來今天（周六）早上想出去浪來著，誰知道有些突發的小情況，只能窩在家了。

書接上文，對於理解繼電器驅動保護電路的工作原理，首先要了解電感線圈的特性，下圖是電感中的電壓和電流的可能不可能出現的情況，概況來講：電感的電流不能突變，必須是連續的電流值，而不能是離散的點；還有就是要避免電流大幅度變化的場景，會造成很大的電壓脈衝在電感兩端，繼電器保護電路就是為了防護這個電壓脈衝。

在下圖中，開關S1有兩個狀態，閉合或打開；當S1閉合後，又包括了兩個過程：瞬態過程和穩態過程。在瞬態過程中，流過電感L的電流指數增加，而其兩邊的電壓指數下降；在過渡到最終的穩態過程後，流經電感的電流值為V／R，電感兩端電壓值無限接近0。

但當S1從閉合穩態下，突然打開時，瞬間在線圈L兩端會產生一個負的感應電壓，它與電阻R上面的壓降、電源Uin疊加後，仍然會在S1兩端產生一個很大的電壓，進而造成拉弧現象，將線圈中儲存的能量消耗掉；進入穩態過程後，電壓和電流都變成0。

那麼L兩端的負壓是怎麼產生的呢？這就要了解一下電磁感應定律了。電磁感應定律包括兩部分：法拉利定律與楞次定律。當通過線圈的磁通量發生變化時，就會在線圈的兩端產生感應電動勢，磁通量變化越快，感應電動勢越大，這就是法拉利定律；而楞次定律進一步規定了方向，即感應電動勢產生了感生電流，感生電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。簡單來說就是，線圈中原電流變小時，感生電流與原電流同向，阻礙它變小；而線圈中原電流增加時，感生電流的方向就與原電流反向，阻礙它變大；感生電流總是對著幹。

在上面的例子中，當S1突然打開後，原電流是變小的，所以感生電流與原電流同向，阻礙原磁通的減少，所以L兩端感應電動勢的方向為下正上負，對GND1是一個負電壓。下圖標識了開關閉合和斷開時電感兩端感應電動勢的方向。

前文也講過，在實際的現實應用中，我們使用半導體開關（MOSFET）來代替機械開關，實現高可靠的導通或關斷，同時又存在有高邊驅動和低邊驅動兩種電路；不過MOSFET耐壓有限，感應電動勢會對其造成損害，下圖可以看出無論高邊還是低邊，都會有一個很大的感應電動勢，會在MOS的DS兩端疊加成浪湧電壓，所以就需要一個鉗位保護電路，限制DS兩端電壓超過其最大可承受值。

以高邊驅動電動為例（低邊類似），鉗位保護電路有以下三種，用二極體和TVS管來實現對MOS管的保護（R為線圈的等效電阻）。

圖a中，用一個二極體並聯在電感兩端，為感生電流提供一個洩放的通路（經常被叫做續流二極體），通過二極體的導通壓降把MOS管兩端的電壓鉗位住；它的缺點是放電的速度慢，因為二極體的導通壓降很小。這個用法大家應該比較熟悉，開關電源裡面經常看到。

圖b中，用一個TVS管並聯到MOS的DS兩端，限制其兩端電壓，而且可以很快放電，但缺點是TVS管要承受來自於電源的浪湧電壓，如7637中的幾個波形。

圖c中，用一個二極體和TVS管串聯後，再並聯到電感的兩端，二極體用來防止驅動電路正常工作時從此導通，TVS用來鉗位，也可以很快放電，所以這種保護電路應用比較廣泛。

總結：

這一篇主要介紹了線圈反向電壓的產生原因和驅動保護電路的原理，對於電感的特性有了一個基本的概念介紹，但並沒有深入介紹器件選型與計算，實在是這一塊需要很深的了解才能說得清楚，放在以後加深理解後再分享。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，所有內容，僅供參考，如有錯誤，歡迎指出。