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- 晶体管输出型PLC接感性负载时注意事项
- 发布时间: 2012.08.16
- 一、问题背景
我公司目前提供的PLC按输出类型分为继电器输出型和晶体管输出型。相较于继电器输出，晶体管输出有驱动电流小，频率高，寿命长等特点。适用于控制伺服控制器、固态继电器等要求频率高、寿命长的应用场合。在实际使用中，客户在晶体管输出端会接一些感性负载，例如:电磁阀。由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，而这个电压可高达几百伏，很容易击穿PLC输出的晶体管。我公司维修部也曾接到过客户使用晶体管输出的PLC接电磁阀烧坏输出晶体管的维修品，所以我们建议客户在接感性负载时，加上一些保护晶体管的元器件。
二、产生原因
通常情况下，一般把带电感参数的负载，即符合电压超前电流特性的负载，称为感性负载。通俗地说，即应用电磁感应原理制作的大功率电器产品。由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，如下图：
图1 感性负载反向电动势电压
因为电感是以磁场的形式储存电能，所以当电流减小时或突然降为0（电源断开）时，磁能要转换为电能，这个电能就是电压（反向电动势），因为它有阻碍电流减小的趋势，它势必通过反向电动势来给外部电路供能量。根据P＝UI，如果I很小，则U很大，也就是说假如电路短路，电感电流突然变为0，则电感的感应电动势会非常大，其中能量也只能通过辐射消耗了。这时产生的反向电动势电压可高达几百伏以上，很容易击穿驱动晶体管或其他电路元件。
三、解决方案
首先我们了解一下晶体管输出的内部构造，PLC内部晶体管输出如下图：
图2 晶体管输出内部机构图
当有输出时，接通光电耦合器C1，光电耦合器是一种把电子信号转换成为光学信号，然后又回复电子信号的半导体器件。光电耦合器接通，驱动晶体管导通，Q0.0输出24V。输出电路输出的三极管是一个PNP型的，所以输出电流只能是从Q0.0流出的，接线时要注意。
正航PLC选用的晶体管，集电极与发射极耐压值为100V，集电极电流可达5A。我公司对晶体管输出的技术规范为额定电压24V DC，额定电流为0.75A，在此额定范围内，已留有足够的余量。
在实际使用，我们发现有些客户会在输出端接一些电磁阀，接触器等感性器件。由于感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反电动势电压，而这个电压可高达几百伏，很容易击穿PLC输出的晶体管。所以我们建议客户在接感性器件时，并联一个续流二极管。如下图：
图3 并联续流二极管接线图
感性负载在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的晶体管产生反向电压，此时产生的反向电动势，电压可高达几百伏以上。当反向电压高于晶体管的反向击穿电压时，会使晶体管造成损坏。续流二极管并联在感性负载两端，当流过感性负载中的电流消失时，由于二极管的接入正好和反向电动势方向一致，感性负载产生的感应电动势通过二极管和感性负载构成的回路做功而消耗掉，从而保护了电路中的晶体管和其它元件的安全。
在电磁阀线圈侧并联一个快速开关二极管，在电磁阀线圈失电时，产生的反电动势冲击可以得到明显抑制。如下图：
图4-1未接二极管
图4-2 加并联二极管
四、总结
晶体管输出型PLC在接感性负载时会出现烧坏输出点晶体管的情况，这是由于感性负载在触点断开瞬间会产生一个反向电动势，这个反向电动势可高达几百伏，很容易烧坏输出点的晶体管。在感性负载两端反并联一个续流二极管，通过续流二极管和感性负载构成续流电路，续流电路可以释放掉感性负载中储存的能量，防止感应电压过高，击穿晶体管。
在感性负载两端反并联续流二极管要注意以下几点：
(1)续流二极管一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管（例如1N5819）；
(2)续流二极管与感性负载必须接触良好，防止因接触不良造成元器件损坏；
(3)续流二极管的极性不能接错，否则将造成短路事故；
(4)续流二极管对直流电压总是反接的，即二极管的负极接直流电的正极端。
