电气工程专业的学生学习电磁学，当电感器通电时，能量会储存在电感器中。这可以从理论意义上提出，并可以应用于开关模式电源等主题。没有引起太多关注的是，许多设备中都嵌入了电感器，并且能量和能量耗散的规则仍然适用于这些设备。现实世界充斥着继电器，很可能这位初出茅庐的工程师将面临激活一些继电器的问题。成功它开得很好，但等一下……当它关闭时，微型电脑就坏了。怎么搞的？

继电器，比如螺线管、接触器、电机，谁知道还有什么是电感器（又称线圈），它们在通电时储存能量。但是当线圈断电时，这种能量会发生什么？线圈产生反EMF（电动势），该反EMF由V=-L（di/dt）给出。首先，注意它是负的，其次在过程的早期dt很小，所以V将是一个很大的数字。换句话说，这意味着在由电子设备驱动的线圈端子上会出现电压尖峰。可能会发生两种情况：电压可能高到足以损坏或摧毁电子驱动器；并且尖峰可能辐射并扰乱在附近运行的微型（和其他电子器件）的操作。在极端情况下，它甚至可能导致严重故障。它还可能产生足够的发射，从而导致射频发射认证问题。

由于不可能去掉所有的电感器，我们必须抑制这种反电势。直流开关最常见的技术是使用与继电器线圈并联的二极管（又称续流二极管），如图1a所示。当负载通电时，二极管反向偏置，没有任何影响。当负载断电时，二极管变为正向偏置。存储的能量通过线圈耗散回来，驱动器处的电压被箝位到高于继电器电源电压0.7V。应根据以下内容适当指定二极管。它必须具有等于电源电压的PIV（峰值反向电压）。通过线圈的电流不能瞬间改变，因此当激活时流过线圈的电流在去激活时通过二极管分流，然后衰减，因此流过线圈的电压是预期通过二极管的最大电流。续流二极管技术非常普遍，你可以购买内置二极管的继电器（你有没有想过为什么线圈的引脚会极化？），或者像这样的半导体驱动器ULN2803单位其具有集成到硅上的二极管。

然而，续流二极管并不是万灵药。在某些情况下，取决于负载，反向电流可以保持线圈激活，直到能量充分耗散。让我们假设螺线管控制着一个旋转栅门。打开旋转栅门可能会延迟几百毫秒，当这种情况发生在我的健身房时，当你撞上锁着的大门时，你会很恼火。我见过二极管被MOV（金属氧化物压敏电阻器）或双极TVS（瞬态电压抑制器）取代，但我不喜欢这样，因为这两种类型的设备似乎都会因多次故障而老化，最终停止工作。在MOV的情况下，当反EMF超过其击穿电压时，它会在导线上短路，所以它并不比二极管好。TVS在击穿时保持固定电压，并且电流流动的时间减少。

续流二极管也有可能损坏继电器。应用程序备注“线圈抑制会缩短继电器寿命TE表示，二极管和齐纳串联比单独使用二极管效果更好。

我还看到了图1b所示配置中使用的MOV、TVS和快速齐纳二极管。我对设备类型的老化持保留意见。


图1。不同的直流反电动势抑制技术。 （来源：作者）  

直到现在，这一切都是关于直流供电的线圈。AC呢？嗯，有一种技术既适用于交流也适用于直流，它基本上包括在电感器两端连接电阻器和电容器，如图2a所示。这种组合被称为“缓冲器”。如图2b所示，在通电开关两端连接一个缓冲器并不罕见。这样做的优点是减少了开关上的电弧，而且由于它更有可能在PCB上，因此很容易在布局中添加电阻器和电容器。在某些情况下，对于长电线，可能需要同时使用两个电路。

然而，开关两端的缓冲器有一个缺点——只要有电容器，就有交流路径。除了电压可能会让毫无戒心的工程师或维修技术人员感到惊讶之外，开关上还会有漏电流，在某些情况下甚至可能会激活负载。一种应对措施是在负载两端添加一个泄放电阻器或电容器，以消除泄漏。


图2:抑制反电动势的缓冲器连接。（来源：作者）

当线圈断电时，电路处于阻尼LCR配置。由于线圈和电容器是电抗性的，大部分能量以热量的形式通过电阻器耗散。在现实世界中，所有组件都会产生一些热量。但这当然引出了一个问题：你使用什么价值观？在这个领域，你会发现面板制造商和该行业的其他支持者有经验法则，无论不同的专家怎么说，他们都会坚持这些价值观。（这些是令人怀疑的方便的120R和0.1uF。）考虑到变量太多，为每个特定情况进行设计可能是不切实际的。在研究这个话题时，我发现甚至有一本关于这个话题的书。”用于电力电子的缓冲电路“尽管我怀疑它更多的是针对开关模式电源的设计者。然而，我发现价值计算的最佳指南是缓冲电容器应用指南来自Cornell Dubilier。

当然，你可以走捷径，简单地购买商业上可用的线圈抑制器，但无论如何，下次你试图在现实世界中控制一些事情时，不要给自己一个不愉快的惊喜。反EMF计划！

其他参考文献：

  1. 使用Rabbit 3000微处理器的嵌入式系统设计：接口、网络和应用程序开发由Kamal Hyder和Bob Perrin撰写。

  2. 继电器线圈抑制在直流继电器中的应用：TE继电器产品的应用说明。