晶體管輸出型PLC接感性負載時注意事項

　　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、產生原因

　　通常情況下，一般把帶電感參數的負載，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品。由于感性負載在接通電源或者斷開電源的一瞬間，會產生反電動勢電壓，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，電感電流突然變為0，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。這時產生的反向電動勢電壓可高達幾百伏以上，很容易擊穿驅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內部晶體管輸出的內部構造，正航PLC內部晶體管輸出如下圖：

圖2 晶體管輸出內部機構圖

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實際規格為集電極與發射極耐壓值100V，集電極電流可達5A。正航公司對晶體管輸出的技術規范為額定電壓24VDC，額定電流為0.75A，在此額定范圍內，已留有足夠的余量。

在實際使用，我們發現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，并聯一個續流二極管。如下圖：

圖3 并聯續流二極管接線圖

感性負載在通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的晶體管產生反向電壓，此時產生的反向電動勢，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。續流二極管并聯在感性負載兩端，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，感性負載產生的感應電動勢通過二極管和感性負載構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。

在電磁閥線圈側并聯一個快速開關二極管，在電磁閥線圈失電時，產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 加并聯二極管

　　四、總結

晶體管輸出型PLC在接感性負載時會出現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一個續流二極管，通過續流二極管和感性負載構成續流電路，續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續流二極管要注意以下幾點：

　　(1)續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)續流二極管的極性不能接錯，否則將造成短路事故；

　　(4)續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。