一、問題背景
上海正航電子科技有限公司目前提供的PLC按輸出類型分可分為繼電器輸出型和晶體管輸出型。相較于繼電器輸出,晶體管輸出有驅(qū)動電流小,頻率高,壽命長等特點。適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長的應用場合。在實際使用中,客戶在晶體管輸出端會接一些感性負載,例如:電磁閥。由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間,會產(chǎn)生反電動勢電壓,而這個電壓可高達幾百伏,很容易擊穿PLC輸出的晶體管。正航維修部也曾接到過客戶使用晶體管輸出的PLC接電磁閥燒壞輸出晶體管的維修品,所以我們建議客戶在接感性負載時,加上一些保護晶體管的元器件。
二、產(chǎn)生原因
通常情況下,一般把帶電感參數(shù)的負載,即符合電壓超前電流特性的負載,稱為感性負載。通俗地說,即應用電磁感應原理制作的大功率電器產(chǎn)品。由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間,會產(chǎn)生反電動勢電壓,如下圖:
圖1 感性負載反向電動勢電壓
因為電感是以磁場的形式儲存電能,所以當電流減小時或突然降為0(電源斷開)時,磁能要轉(zhuǎn)換為電能,這個電能就是電壓(反向電動勢),因為它有阻礙電流減小的趨勢,它勢必通過反向電動勢來給外部電路供能量。根據(jù)P=UI,如果I很小,則U很大,也就是說假如電路短路,電感電流突然變?yōu)?,則電感的感應電動勢會非常大,其中能量也只能通過輻射消耗了。這時產(chǎn)生的反向電動勢電壓可高達幾百伏以上,很容易擊穿驅(qū)動晶體管或其他電路元件。
三、解決方案
首先我們了解一下正航PLC內(nèi)部晶體管輸出的內(nèi)部構(gòu)造,正航PLC內(nèi)部晶體管輸出如下圖:
圖2 晶體管輸出內(nèi)部機構(gòu)圖
當PQ0.0有輸出時,接通光電耦合器S1,光電耦合器是一種把電子信號轉(zhuǎn)換成為光學信號,然后又回復電子信號的半導體器件。光電耦合器接通,驅(qū)動晶體管T1導通,Q0.0輸出24V。輸出電路輸出的三極管是一個PNP型的,所以輸出電流只能是從Q0.0流出的,接線時要注意。
T1實際規(guī)格為集電極與發(fā)射極耐壓值100V,集電極電流可達5A。正航公司對晶體管輸出的技術規(guī)范為額定電壓24VDC,額定電流為0.75A,在此額定范圍內(nèi),已留有足夠的余量。
在實際使用,我們發(fā)現(xiàn)有些客戶會在輸出端接一些電磁閥,接觸器等感性器件。由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間,會產(chǎn)生反電動勢電壓,而這個電壓可高達幾百伏,很容易擊穿PLC輸出的晶體管。所以我們建議客戶在接感性器件時,并聯(lián)一個續(xù)流二極管。如下圖:
圖3 并聯(lián)續(xù)流二極管接線圖
感性負載在通過電流時,會在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。當電流消失時,其感應電動勢會對電路中的晶體管產(chǎn)生反向電壓,此時產(chǎn)生的反向電動勢,電壓可高達幾百伏以上。當反向電壓高于晶體管的反向擊穿電壓時,會使晶體管造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在感性負載兩端,當流過感性負載中的電流消失時,由于二極管的接入正好和反向電動勢方向一致,感性負載產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管和感性負載構(gòu)成的回路做功而消耗掉,從而保護了電路中的晶體管和其它元件的安全。
在電磁閥線圈側(cè)并聯(lián)一個快速開關二極管,在電磁閥線圈失電時,產(chǎn)生的反電動勢沖擊可以得到明顯抑制。如下圖:
圖4-1未接二極管
圖4-2 加并聯(lián)二極管
四、總結(jié)
晶體管輸出型PLC在接感性負載時會出現(xiàn)燒壞輸出點晶體管的情況,這是由于感性負載在觸點斷開瞬間會產(chǎn)生一個反向電動勢,這個反向電動勢可高達幾百伏,很容易燒壞輸出點的晶體管。在感性負載兩端反并聯(lián)一個續(xù)流二極管,通過續(xù)流二極管和感性負載構(gòu)成續(xù)流電路,續(xù)流電路可以釋放掉感性負載中儲存的能量,防止感應電壓過高,擊穿晶體管。
在感性負載兩端反并聯(lián)續(xù)流二極管要注意以下幾點:
(1)續(xù)流二極管一般選擇快速恢復二極管或者肖特基二極管(例如1N5819);
(2)續(xù)流二極管與感性負載必須接觸良好,防止因接觸不良造成元器件損壞;
(3)續(xù)流二極管的極性不能接錯,否則將造成短路事故;
(4)續(xù)流二極管對直流電壓總是反接的,即二極管的負極接直流電的正極端。
轉(zhuǎn)載請注明出處。