来源:物联网全栈开发

经过这一段时间对继电器续流电路的深入分析,对该电路设计、器件以其参数选型加深了理解。
最后,利用multisum仿真软件进一步模拟分析,确保理论分析的正确性;
电路如下图所示:
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仿真电路

继电器K1为软件提供的虚拟继电器,可以设计其吸合电流、断开电流、电感量、电阻值;
Q1为NPN三极极,通过频率为1Hz的方波信号控制继电器通断;
采用虚拟示波器观测Q1集电极的电压;
继电器K1的参数设置为:吸合电流I=50mA,断开电流=25mA,电感量L=1mH,电阻值R=50Ω。
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继电器参数

仿真分析
当继电器线圈两端没有并联续流二极管时,multisim会给出怎么样的反向电动势呢?
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不接续流二极管时的反向电动势

结论:当不接续流二极管时,断开时的反向电动势高达几千伏。
当继电器线圈两端并联续流二极管时,结果如下:
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并联续流二极管之后的电压波形

进一步展开之后,Q1的集电压被续流二极管钳位至5.0+0.7=5.7V,持续时间为40uS;
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展开之后的波形

继电器吸合时,电流 c4a7a78ac8de4bf4a87edcf650e266b6.jpg
断开时,继电器线圈通过D1放电,其放电时间常数为 9ed63372008f487fa27327b5bd376750.jpg
等效电路为:
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线圈放电等效电路

电流表示为: bbeabef3d260488aa38c34c0ac8ea918.jpg
反向电动势表示为: dd63edddd8d146b1aa1ba31950736f6e.jpg
当放电至0.7V时,续流二极管截止,对应的时间为:
dad584918db0423b9f4a841f510f9a8c.jpg ,即集电极被钳位至5.7V的持续时间约为40uS。
与仿真结果一致。
当线圈电感增加至10mH,线圈电阻降低至20Ω时,反向电动势的衰减时间增加至960us。
而理论计算为: 9a4087b2afcb4ee68fd08ceb156acdd1.jpg ,与与仿真结果基本一致。
如何缩短电流以及反向电动的衰减
由上述分析,衰减时间与续流电路的电阻成反比,电阻越大,衰减越快。
对于大功率的继电器,为了加快电流的衰减,可以在续流二极管上串联电阻。
如下图,当续流二极管串入200Ω时,衰减时间缩短至110us左右。
这与理论计算值 303dd8b4cc0449919841c39e072e9f5a.jpg 基本一致。
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串联电阻之后的波形

但是不幸的是,Q1集电极断开时的瞬间电压被电阻R4抬升至 9f205a572c0d4e4889141b14a3a96aaf.jpg ,这与仿真测出的52V一致。
当接入电阻以加速电流衰减之后,为了降低Q1集电极的电压,以避免Q1被击穿,在电阻R4两端并联电容C1,构成RCD吸收电路。
根据允许抬升的电压 698bb28bfdb745ef989fccbe7a78ca01.jpg ,通过下式公式估算并联电容的大小。
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仍以上述仿真电路为例,比如,最大允许抬升的电压为20V,则得到:
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RCD吸收电路的波形

并联电容之后,衰减时间由于电容影响增加于200uS,但是峰值电压下降至17V左右,与理论分析基本一致。
当电容C1的容量减小时,Q1集电极的电压也随之增加,以0.1uF为例,峰值电压上升至37V。
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减小电容,峰值电压增加