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  • MOS管驅動感性負載詳解
    • 發布時間:2023-05-06 17:03:38
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    MOS管驅動感性負載詳解
    1.負載在直流電路中的特點
    電阻性負載:電流電壓的關系符合基本歐母定律,I = U/ R 。
    感性負載:允許電流流過,但電流滯后于電壓,可儲能于電感。
    容性負載:阻止電流流過,也可儲能于電容。
    負載在交流電路中的特點是:
    電阻性負載:電流電壓的相位相同。
    感性負載:電流滯后于電壓。
    容性負載:電流超前于電壓。
    電機類的設備都算是感性負載,開關電源類的,如IT設備都算是容性負載。
    感性負載就是工作時電壓相位超前于電流相位,純感性的話電壓相位超前電流相位90度。
    純容性負載就是工作時電壓相位滯后于電流相位,純容性負載的話電壓相位滯后于電流相位90度。
    2.感性負載
    通常情況下,一般把負載帶電感參數的負載,即符合和電源相比負載電流滯后負載電壓一個相位差的特性的負載為感性(如負載為電動機;變壓器;)。
    通俗地說,即應用電磁感應原理制作的大功率電器產品,如電動機、壓縮機、繼電器、日光燈等等。
    這類產品在啟動時需要一個比維持正常運轉所需電流大得多(大約在3-7倍)的啟動電流。例如,一臺在正常運轉時耗電150瓦左右的電冰箱,其啟動功率可高達1000瓦以上。
    此外,由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間,會產生勢電壓,這種電壓的峰值遠遠大于車載交流供電器所能承受的電壓值,很容易引起車用逆變器的瞬時超載,影響逆變器的使用壽命。因此,這類電器對供電波形的要求較高。
    感性無功功率:在用電設備中,凡是用繞組和磁鐵組成的,在交流電路中產生電和磁交變的功能。在能量轉換過程中,有部分磁能仍回復到電能,那部分電流沒有消耗有功功率,稱為感性無功功率。在電感性負載的電路中,電流滯后電壓一個角度Ψ,cosΨ稱為功率因數。
    3.電感上的電壓電流變化
    電感反映的是一種器件對抗電流變化的能力。這種“對抗”體現在電感上產生了感應電流和感應電動勢(也叫:反向電動勢,Back EMF)。
    電感的單位是Henry,符號是L。
    L=1 Henry的定義是:電流以每秒鐘1安培的節奏變化(1A/s),如果在電感上產生的感應電動勢的電壓是1V,這種電感就是1 Henry。
    電感在對抗電流變化的過程中,伴隨著電能和磁能的轉化,電感的容量越大,所能轉化和儲存的能量也越大。
    電感上的電壓和電流的關系公式:V=-L*di/dt
    公式反映了電感上感應電動勢的電壓大小和電流變化快慢有關。
    在L恒定的情況下,電流變化越快,產生的感應電動勢電壓越高。特別是在電路開關斷開或閉合的時候,電流的瞬間變化,可以使得在電路開關的地方出現火花(把空氣擊穿才能產生火花,至少是上萬伏的電壓,瞬間電壓很高,持續時間短,但能量不一定大)。
    構建一個電感、電阻、電源(周期性方波)組成的電路,如下所示:
    感性負載 電路
    每個器件上都并聯了電壓表,便于查看波形。特別的,通過電阻上的電壓,可以推測整個電路上的電流(歐姆定律)。
    電源采用的是Max 10V,Min 0V,100Hz占空比百分之五十的方波。
    電感上電壓、電流波形變化:
    感性負載 電路
    其中,綠色波形表示電源電壓變化;黃色波形表示電感電壓變化;藍色波形表示電阻電壓變化,也反映了整個電路上的電流變化。
    當電源從0V->10V變化時,電感的電壓產生一個正脈沖(電壓突變),這個脈沖極性與電源電壓極性相反。由于電感電壓削弱了電源電壓的影響,所以電流沒有突然變大,整個電路的電流從0A開始,逐漸上升(電流不能突變),直至達到穩態。
    當電源從10V->0V變化時,電感的電壓產生一個負脈沖(電壓突變),這個脈沖極性與電源電壓極性相同。由于電感電壓延續了電源電壓的影響,所以電流沒有突然變小,整個電路的電流從1A(10V/10Ω)開始,逐漸下降(電流不能突變),直至達到穩態。
    電感與電磁學領域中的慣性器件是一致的,它不喜歡電流發生改變,總是利用自己的能量維持電流原本的狀態。
    注意,這個電路里面特意沒有放置開關器件,即使電源電壓最小是0V的時候,整個電路也是導通的。但如果放一個開關在電路里,開關斷開的情況和電源是0V的情況表現是不一樣的。
    開關突然關斷,相當于感性負載從電路中脫離,則線圈電感會產生過電壓并加載在電路上。過電壓以脈沖的形式出現,它的幅度等于電源電壓的三倍,對電路產生強烈的沖擊和影響。
    一般采取的措施就是在繼電器線圈上并聯反向二極管D,對線圈產生的反向電動勢給續流,讓他快速消除。
    實用中,有時在二極管支路中還串聯一只電阻。
    4.電感的阻抗
    與電容一樣,衡量不同頻率激勵下的電感表現需要用到阻抗,特別的,對于純電感電路,阻抗就是感抗。
    計算電感感抗的公式是X=2πfL。頻率越高,感抗越大。
    譬如,我們將上面圖中的電源激勵,從100Hz增大到1KHz,會發生什么?
    感性負載 電路
    在這個電路中,隨著頻率的升高,意味著電感阻抗變大了,于是電感上可以分配到更多的電壓,而電阻上分配的電壓變少了。
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