续流二极管:电机断电瞬间的“高压泄洪道”
短文标题:续流二极管:电机断电瞬间的“高压泄洪道”
你有没有想过一个问题:用MOS管驱动直流电机,MOS管关断时电机停了,但MOS管也可能烧了。为什么?因为电机绕组是电感。电流不能突变,断电瞬间产生高压反击——没有续流二极管,MOS管扛不住。
反电动势的破坏力,电机正常工作时电流路径:VCC→电机→MOS管→GND。MOS管关断(ns级),回路被切断。电感要维持电流,产生反向电压:V = L × di/dt实例计算:L=1mH,I=1A,dt=100ns → V = 1mH × (1A/100ns) = 10,000V!实际电路分布电容会吸收部分能量,但电压尖峰仍可达几十到几百伏,远超MOS管V(BR)DSS(通常30V~60V)。MOS管被击穿,烧毁。
续流二极管的工作原理,在电机两端反向并联一个二极管(阴极接VCC侧,阳极接MOS管侧):
- MOS管导通时:二极管反偏,不起作用
- MOS管关断时:电机产生反电动势,二极管变为正偏导通
电流回路改变:电感电流→二极管→电感自身→形成闭合环流。能量在绕组内阻上消耗,MOS管两端电压被钳位在 VCC + 0.7V。续流二极管不是“阻挡”反电动势,是给它搭一座“泄洪道”。
二极管选型要点
推荐型号:SS34(3A/40V)、FR107(1A/1000V)、1N5819(1A/40V)。
肖特基导通压降低(0.3~0.5V),钳位效果更好。
位置很关键,续流二极管必须紧挨着电机驱动输出端(MOS管漏极和电源之间),越近越好。长导线会引入额外电感,削弱保护效果,反电动势尖峰仍然可能击穿MOS管。PCB布局时,二极管跨接在电机驱动输出端的两个焊盘上。
H桥中的续流,H桥驱动电机正反转,需要4个续流二极管(每个MOS管反向并联一个)。关断时,电流通过另一侧MOS管的体二极管或外部并联二极管续流。许多H桥芯片(TB6612、DRV8833、L298N)内部已集成续流二极管,使用前查数据手册确认。外接MOS管搭H桥时,续流二极管必须外置。
(本文灵感源于于振南《新概念ARM32单片机》教程第6.10节、第6.11节。)
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