Architecting Life

之前分享了使用 NMOS 驱动电磁铁通断来实现的段码时钟（见 电磁铁驱动的段码时钟找到解法了，先来一位试试），在评论区有朋友指出电路中电磁铁没有并联续流二极管，我之前虽然接触过这个概念，但是对于为什么要使用并没有很深刻的概念，并且似乎也没有出问题？

但是这肯定是有问题的，为了学习一下没有续流二极管有什么危害，还是来测试看看。

原电路设计

在原来的电路中，电磁铁连接在 12V 和 NMOS 的 Drain 上，通过 Gate 控制 NMOS 的导通，从而接通电磁铁，实现对段码上永磁铁的推动，实现段码的翻转。

示波器观察

在测试时使用 10V 对电磁铁进行供电，并且通过单片机对 NMOS 进行操作，在翻转段码时，对电磁铁进行接通 50ms 的操作。

然后示波器连接在 NMOS 的 Drain 上，观察电压变化。

未接续流二极管电压变化

可以看到在关闭 NMOS 的瞬间，有一个极高的尖刺出现，示波器显示电压为 37.6V，这理论上已经超过了 NMOS 的工作电压 😂。

放大看可以看到这个电压持续了 300us 再逐渐降低到正常工作电压的 10V。

反向电动势是如何产生的？

顺便向 AI 学习了一下为何会有这个反向电动势：

核心原理是 电感中的电流不能突变（楞次定律）。

• 导通阶段： 当NMOS导通时，电流从电源正极，流过电磁铁线圈，再通过导通的NMOS到地，形成回路。线圈（电感）内部储存了磁能，其电流稳定上升至 I = Vcc / R（R为线圈直流电阻）。
• 断开瞬间： 突然关闭（关断）NMOS时，回路的电流路径被强行切断。线圈为了维持电流不会瞬间变为零，它会“反抗”这种变化。
• 电压飙升： 线圈维持电流的唯一方法，就是瞬间在自身两端产生一个非常高的电压。这个电压的极性是：试图保持电流按原方向流动。在低侧驱动电路中，这意味着线圈的下端（接MOS管漏极的一端）电压会急剧升高，甚至远高于电源电压Vcc，而线圈上端（接Vcc的一端）电压则可能被拉低或跟随变化。

优化电路

优化起来也比较简单，添加一个续流二极管即可，电磁铁线圈电阻为 26R，在 10V 下工作电流为 380mA，SS14 应该足以应付这个情况。

优化后示波器观察

电磁铁的焊盘用了 2.54mm 间距，刚好够一个 SOD-123FL 封装的二极管焊接上去，手动补一个之后再用示波器观察一下。

可以看到在关断 NMOS 之后的波形就相当正常了，并且最高电压也只有 13.6V。

小结

平时 DIY 的电路中比较少会有感性负载，电动机、线圈什么的用的比较少，对这块了解不够深入。

虽然板子简单，但是还是会出错，要学习的东西还有好多 😃。