继电器驱动保护电路（下）

来源：新能源BMS

继电器驱动保护电路（上）

书接上文，对于理解继电器驱动保护电路的工作原理，首先要了解电感线圈的特性，下图是电感中的电压和电流的可能\不可能出现的情况，概况来讲：电感的电流不能突变，必须是连续的电流值，而不能是离散的点；还有就是要避免电流大幅度变化的场景，会造成很大的电压脉冲在电感两端，继电器保护电路就是为了防护这个电压脉冲。

在下图中，开关S1有两个状态，闭合或打开；当S1闭合后，又包括了两个过程：瞬态过程和稳态过程。在瞬态过程中，流过电感L的电流指数增加，而其两边的电压指数下降；在过渡到最终的稳态过程后，流经电感的电流值为V/R，电感两端电压值无限接近0。

但当S1从闭合稳态下，突然打开时，瞬间在线圈L两端会产生一个负的感应电压，它与电阻R上面的压降、电源Uin叠加后，仍然会在S1两端产生一个很大的电压，进而造成拉弧现象，将线圈中储存的能量消耗掉；进入稳态过程后，电压和电流都变成0。

那么L两端的负压是怎么产生的呢？这就要了解一下电磁感应定律了。电磁感应定律包括两部分：法拉利定律与楞次定律。当通过线圈的磁通量发生变化时，就会在线圈的两端产生感应电动势，磁通量变化越快，感应电动势越大，这就是法拉利定律；而楞次定律进一步规定了方向，即感应电动势产生了感生电流，感生电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。简单来说就是，线圈中原电流变小时，感生电流与原电流同向，阻碍它变小；而线圈中原电流增加时，感生电流的方向就与原电流反向，阻碍它变大；感生电流总是对着干。

在上面的例子中，当S1突然打开后，原电流是变小的，所以感生电流与原电流同向，阻碍原磁通的减少，所以L两端感应电动势的方向为下正上负，对GND1是一个负电压。下图标识了开关闭合和断开时电感两端感应电动势的方向。

前文也讲过，在实际的现实应用中，我们使用半导体开关（MOSFET）来代替机械开关，实现高可靠的导通或关断，同时又存在有高边驱动和低边驱动两种电路；不过MOSFET耐压有限，感应电动势会对其造成损害，下图可以看出无论高边还是低边，都会有一个很大的感应电动势，会在MOS的DS两端叠加成浪涌电压，所以就需要一个钳位保护电路，限制DS两端电压超过其最大可承受值。

以高边驱动电动为例（低边类似），钳位保护电路有以下三种，用二极管和TVS管来实现对MOS管的保护（R为线圈的等效电阻）。

图a中，用一个二极管并联在电感两端，为感生电流提供一个泄放的通路（经常被叫做续流二极管），通过二极管的导通压降把MOS管两端的电压钳位住；它的缺点是放电的速度慢，因为二极管的导通压降很小。这个用法大家应该比较熟悉，开关电源里面经常看到。

图b中，用一个TVS管并联到MOS的DS两端，限制其两端电压，而且可以很快放电，但缺点是TVS管要承受来自于电源的浪涌电压，如7637中的几个波形。

图c中，用一个二极管和TVS管串联后，再并联到电感的两端，二极管用来防止驱动电路正常工作时从此导通，TVS用来钳位，也可以很快放电，所以这种保护电路应用比较广泛。