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一定要了解的继电器驱动保护电路的关键差异

2021/05/13
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五一这几天过得也很快,在家里招待了一些亲朋好友后,就回来上班了;前段时间在知乎上面与人讨论继电器驱动保护电路的优缺点,有些内容又加深了理解,感觉可以总结点东西出来,就有了本文。

 

之前写过两篇介绍继电器驱动保护电路的文章,链接如下,我先复习一下相关知识点。链接在此:继电器驱动保护电路(上)  继电器驱动保护电路(下)好了,已经复习完了,哈哈;里面提到了高边驱动的三种防护电路,如下图所示,而且进一步对比了它们的优缺点,下图中的R为线圈电阻

同样地,低边驱动也可以有这样的三种防护电路,如下图;可见无论怎么变化,防护器件都是接到驱动输出的一端,而另外一端要么接到电源VCC,要么接到GND。

我们知道在TVS与二极管串联的防护电路中,其中TVS的作用是钳位MOS开关两端电压,但同时也加快了线圈能量释放的速度,比单个续流二极管要更快,下面实际感受下。下图为单个二极管做防护时的仿真电路,示波器中的绿色波形代表电感线圈里面的电流,红色波形代表开关上面的电压,此时线圈能量释放大概要35us,而且由于单个二极管压降很小,所以开关上的电压不高。

下图为二极管+TVS管一起做防护时的仿真电路,此时线圈能量消耗时间大概为5us,比上面的时间确实小了很多,但同时也看到,放电时在开关上的电压却升高了很多,原因是增加了TVS两端钳位的电压降;所以要给TVS选取合适的钳位电压,这样才能有效对MOS开关进行防护。

接着提出一个问题:如果使用二极管与电阻串联的形式作为防护器件,是否可以呢?具体如下图所示,将钳位的TVS换成了电阻。

仿真如下图,还是前面的电路参数,只是将TVS换成了一个1KΩ电阻,发现使用电阻确实也可以加速放电,此时时间为1.7us。

将上面的电阻阻值改成500Ω,仿真得到线圈的能量释放时间为3us,是不是发现这个电阻阻值越小,放电速度反而越慢,感觉有点与认知不太符合哦。

这是因为电容充放电电路的时间常数为τ=RC,所以减小电阻R,可以有效缩短电容的充放电时间;但是对于电感来讲,其充放电的时间常数为τ=L/R,所以增大电阻R才能缩短电感的充放电时间。

不过虽然使用电阻也可以缩短放电时间,但是却不能将线圈的感应电压钳位住,上面的例子中可以看到示波器实际采集到的电压达到了几百V,所以不能使用二极管与电阻串联的形式进行防护。总结:这个月后面要好好准备一个材料,业余时间会比较紧张哦,尽量更新;以上所有,仅供参考。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。