电感电路突然断开，会发生什么？

一、电感特性

开关闭合时电流从直流电压源正端流出，在此导通期间，图中电感上端电压高于其下端电压。此后，开关断开，输入直流电压源与电感断开，电流要保持连续，且与原方向保持一致，因此在开关关断期间，可将电感视为一个电压源，维持电流连续。因此，图中用灰线在电感两端标示了一假想电压源（电池模型），其极性符合电流从电压源正极流出的规则。这使电感下端高于其上端电压。可见，为维持电流连续，电感电压需发生反向。

二、电路仿真验证

1、用TINA软件进行如下仿真，用一个NMOS管代替开关模块，给NMOS管的控制信号栅极一个0-6v的方波信号，来控制NMOS管的开通与关闭。当开关突然断开时，观察电感左右两侧的电压变化情况。
VF1: 电感右侧电压，开关断开时，为保持电流连续，所以电感产生一个反向电动势，极性为左负右正。所以电感右侧电压VF1电压要高于左侧电压，进行震荡，然后最后稳定于DC电压10V水平。从仿真图可知最大为17.7V，最小为1.53V。


整体仿真结果如下图所示：

2、更换电感和开关位置

开关在左侧，电感在右侧，当开关突然断开时，根据感应电动势方向可知，电感左侧VF2电压要小于右侧，右侧电压由于最后会减小到0V，所以电感左侧电压要变为负值才能满足其感应电动势方向。仿真图可以看到VF2电压最小值为-3.2V。电感右侧VF1会从10V降低到0V。

三、电感电路实际应用场景及解决方案

1、应用场景

在实际电感应用电路中，例如继电器开关，控制带有电感负载(马达)的通路时，当没有采取任何防护措施时，在继电器的触点位置会产生电火花，就是由于电感的感应电动势在开关位置处产生高压，空气被电离产生电弧。

触点在断开感性负载时，会产生感应电势，（有时断开瞬间电流会是正常值的10倍以上）或是较大电流断开时，空气会被电离产生电弧，电弧的高温像电弧焊一样，会熔化电极触点，造成粘连，（直流电路更为严重）。
电弧的危害：1、损害触点 2、电路断开时间延长 （某些场合不允许 ETS 跳机） 3、损伤人、设备

2、解决方案

1）电感负载两端并联二极管
开关闭合时，由于二极管单向导通特性，不会对主通路产生影响；
开关断开后，电感产生的感应电动势上负下正，通过并联的二极管泄放电压，来减少对开关的损伤。
对二极管选型要求：

The diode must be able to handle the initial current at turn off, which equals the steady-state current flowing through the inductor when the switch is closed. In addition, the voltage rating for the diode needs to handle the swing between positive- and negative-voltage levels. A rule of thumb(1) is to select a diode rated for at least the amount of current the inductor coil draws and at least twice the voltage rating of the operating voltage of the load.

此种方案的缺点是泄放感应电动势时间过长，所以可以采用Zener Diode并联在电感负载两侧，如下图所示，电感电流迅速消失。

3、RC消火花电路

如下图所示，采用RC串联电路，与开关进行并联，这样感应电动势可以消耗在电容和电阻上面，减少对开关的损坏。

4、Schottky Diode for Transient Procetion
当开关突然断开时，在芯片输出管脚到负载端，由于存在实际走线长度，存在寄生电感，产生感应电压，如下图所示，VL=-20V，芯片Output端口为负压，为了保护芯片输出端口内部的Diode，可以加入一个Schottky Diode，具体如下图所示：

选择Schottky Diode时，需要选择尽量小的VF，让其先于芯片内部保护二极管导通，才能起到保护作用。

四、参考链接

1、电感基础知识（四）——电感充放电时间常数
2、ADI: Switching Inductive Loads With Safe Demagnetization
3、知乎：电感电路直接断开会发生什么？
4、RC专题：阻容电路应用（消火花、加速）
5、继电器线圈泄放电路&&及触点RC吸收电路
6、Schottky Diode for Transient Protection