电感换向电路

二极管的一个普遍用途是减轻电感性“反冲”：当通过电感器的直流电流中断时产生的高压脉冲。

无保护的感应反冲

以下图中这个没有电感反冲保护的简单电路为例。

感应反冲： (a) 开关打开。 (b) 开关闭合，电流从电池流过与电池极性匹配的线圈。磁场储存能量。 (c) 开关打开，由于磁场坍塌，电流仍然在线圈中流动。注意线圈上的极性变化。 (d) 线圈电压随时间变化。

当按钮开关被启动时，电流通过电感器，在它周围产生磁场。当开关断开时，其触点打开，中断通过电感器的电流，并导致磁场迅速崩溃。因为线圈中感应的电压与变化率成正比 随着磁通量的推移（法拉第定律：e =NdΦ/dt），线圈周围磁性的这种快速崩溃会产生高压“尖峰”。

如果所讨论的电感器是电磁线圈，例如螺线管或继电器（其目的是在通电时通过其磁场产生物理力），则感应“反冲”的效果根本没有任何用处。事实上，这对开关是非常不利的，因为它会导致触点过度电弧，大大降低其使用寿命。

带保护的感应回弹

在减轻开关打开时产生的高压瞬变的实用方法中，最简单的莫过于所谓的换向二极管 如下图。

带保护的感应反冲： (a) 开关打开。 (b) 开关闭合，在磁场中储存能量。 (c) 开关打开，电感反冲被二极管短路。

在该电路中，二极管与线圈并联放置，这样当直流电压通过开关施加到线圈时，二极管将反向偏置。因此，当线圈通电时，二极管不传导上图（b）中的电流。

然而，当开关打开时，线圈的电感通过感应反极性电压来响应电流的减少，以努力将电流保持在相同的幅度和相同的方向。线圈两端电压极性的突然反转使二极管正向偏置，二极管为电感器的电流提供了一条电流路径，因此其储存的能量会缓慢消散，而不是在上图 (c) 中突然消散。

结果，由坍缩磁场在线圈中感应出的电压非常低：仅仅是二极管的正向压降，而不是像以前那样的数百伏。因此，在此放电时间内，开关触点的电压降等于电池电压加上大约 0.7 伏（如果二极管是硅二极管）。

整流二极管

用电子术语来说，换向 是指电压极性或电流方向的反转。因此，换向二极管的目的 是在电压反转极性时起作用，例如，当通过电感线圈的电流被中断时。换向二极管的一个不太正式的术语是缓冲器 ，因为它“怠慢”或“抑制”了感应反冲。

整流二极管的缺点

这种方法的一个值得注意的缺点是它给线圈放电带来了额外的时间。由于感应电压被钳制在一个非常低的值，其磁通量随时间的变化率相对较慢。请记住，法拉第定律将磁通量变化率 (dΦ/dt) 描述为与感应的瞬时电压 (e 或 v ）。如果瞬时电压被限制在某个低值，那么磁通量随时间的变化率也将被限制在一个低（慢）值。

如果电磁线圈被换向二极管“抑制”，与原始情况（无二极管）相比，磁场将以相对较慢的速度消散，在原始情况下，释放开关后磁场几乎立即消失。所讨论的时间很可能不到一秒，但比没有安装换向二极管的情况要慢得多。如果线圈用于驱动机电继电器，这可能是一个无法忍受的后果，因为继电器在线圈断电时会拥有一个自然的“时间延迟”，即使是几分之一秒的不必要的延迟也可能对某些系统造成严重破坏。电路。

使用整流二极管的理想操作

不幸的是，人们无法消除感应反冲的高压瞬变和 保持线圈快速退磁：不会违反法拉第定律。然而，如果缓慢的去磁是不可接受的，则可以通过允许线圈的电压上升到某个更高的水平（但不会高到没有换向二极管的情况下）来在瞬态电压和时间之间达成妥协。下图中的示意图显示了如何做到这一点。

(a) 带有串联电阻的整流二极管。 (b) 电压波形。 (c) 没有二极管的电平。 (d) 带二极管的电平，无电阻。 (e) 二极管和电阻的妥协水平。

与整流二极管串联的电阻器可使线圈的感应电压上升到大于二极管正向压降的水平，从而加速退磁过程。当然，这会使开关触点承受更大的压力，因此必须调整电阻器的大小以将瞬态电压限制在可接受的最大水平

相关工作表：

• 直流电机理论工作表
• 杂项二极管应用工作表