二极管在车上的应用

二极管是一种普遍应用的电子元件，基本特性是单向导电性，基于这一点在电力电子等电路上非常方便地解决了许多实际问题。随着二极管制造工艺的提高，各种类型二极管的性能参数亦得到提高，只要在应用中合理选择均能获得较好的应用效果。本文就作者所了解到的二极管在汽车改装车电路上的几点具体应用加以介绍。

１ 电感线圈的断电续流和电源反接保护
众所周知，电感线圈中的电流是不能突变的，当电感线圈中的直流电流断电时，在线圈的两端将产生很高的瞬间电压，同时使控制线圈的开关的分断能力降低很多。普遍应用的解决办法是在线圈两端反相并联一只二极管，使线圈中的电流在断路时通过二极管形成回路，这种二极管称为续流二极管，电路如图１ａ所示。在线圈断电时电流不能突变的原因是储存在电感线圈中的磁场能量需要经过一定的时间才能释放掉，由续流二极管所形成的续流电流就是释放这种能量的形式。所以，续流回路电阻越小，释放能量的时间就越短，而续流开始时的冲击电流就越大。有时为了降低这种冲击电流，可用电阻与二极管串联后再并联到线圈两端，如图１ｂ所示。
有些电器设备（电路板）当电源极性反接时将造成某些电子元件的损坏，或者要求永磁式直流电动机不能反转等。为避免这类损失可在用电器的电源端串联一只二极管，如图２ａ所示，正向时导通，电源反接时为阻断状态，用电器不能与电源构成回路。另一种反接保护是“无极性”电源连接，它是用桥式整流电路完成的，如图２ｂ所示，不论电源ＵＢ极性如何，用电器始终获得上正下负的电源极性。顺便提一下，当用电器的电源电压较低（如３ Ｖ以下）时，由于二极管正向导通压降的存在，可能会对某些用电器的工作有所影响。


２ 与门和或门
直接用二极管组成的门电路有以下优点：①带载能力强，由二极管的正向导通电流所决定；②电路简单，不需要增加其他任何元件；③不需要电源电压的转换，可直接使用汽车电源。下面以在支腿电路上的应用为例加以说明。
各种臂架举高类汽车改装车均设有支腿，通常将支腿分为垂直支腿和水平支腿，各有４个。进行作业时，先将４个水平支腿向外伸出，当每个水平支腿都伸出到位时才允许垂直支腿伸出。这显然是“与”逻辑关系的电路，如果用行程开关，可将每个开关的常开接点串联起来就能实现，但由于机械式行程开关存在可靠性不高的固有缺点，近些年来都改用接近开关。改用接近开关后，由于接近开关不能直接串联，因而这种与逻辑关系用二极管组成的与门

来完成，如图３所示。以三线ＮＰＮ型常闭式接近开关为例画出电路图，当４个水平支腿均伸出到位后，接近开关Ｋ１～Ｋ４均断开（非图示状态），三极管Ｔ１截止，Ｔ２导通，继电器ＫＡ得电动作，其常开接点转为闭合，使得垂直支腿允许伸出（图３中未画出），而当某一个开关（如Ｋ１）断开时，由接近开关内部电路可知，在二极管Ｄ１的负极端将加有高电位，但被Ｄ１阻断加不到三极管Ｔ１的基极。进一步地讲，Ｋ１～Ｋ４由闭合转为断开且全部断开（输入高电位）时，二极管的正极公共端才输出高电位，Ｄ１～Ｄ４组成正与门；而Ｋ１～Ｋ４由断开转为闭合只要有闭合的（输入低电位），二极管的正极公共端就为低电位，三极管Ｔ１就导通，二极管Ｄ１～Ｄ４组成负或门。结论：正与门等于负或门。
另一种应用是或门电路，如图４所示，这是４个垂直支腿反力不足（俗称“软腿”）的报警电路。当４个垂直支腿未与地面接触时，４个压力传感开关Ｋ１～Ｋ４是闭合的，蜂鸣器Ｈ响，指示灯Ｌ１～Ｌ４均亮；当４个垂直支腿反力足够时，４个开关将由闭合状态变为断开状态，蜂鸣器不响，指示灯均不亮。如果车辆在作业中，外力矩使某个支腿“软腿”，这个支腿上的压力传感开关将动作，如Ｋ１由断开状态重新闭合，指示灯Ｌ１亮，显示“软腿”的支腿，同时蜂鸣器报警。不难看出，只要压力传感开关有一个闭合，蜂鸣器就报警，二极管Ｄ１～Ｄ４组成正或门。

３ 示高灯、支腿示宽灯、侧标志灯的常亮与频闪
汽车改装车通常保留汽车底盘的前灯、后灯和转向灯不变，而需增加侧标志灯、支腿示宽灯和示高灯。所增加的这３种信号灯的功能如下：①侧标志灯用于夜间行车（或驻车）时，以侧面方向显示车辆的存在，为常亮状态，与示宽灯、示高灯同时工作；②支腿示宽灯用于车辆作业时显示水平支腿的超宽，为频闪状态；③示高灯用于夜间行车时显示车辆的最高处，为常亮状态。作业时显示作业设备（如臂架、工作斗等）举升时所处的位置，为频闪状态。根据以上要求，用２只二极管可以实现，如图５所示。
原理如下：Ｓ为闪光器，当进入作业状态时，取力开关（即电源开关）Ｋ接通，闪光器工作，示高灯ＨＬ１、ＨＬ２和支腿示宽灯ＷＬ１～ＷＬ４为频闪状态，二极管Ｄ２将侧标志灯ＳＬ１～ＳＬ６阻隔；当行车状态时，底盘的后示宽灯工作，使示高灯和侧标志灯也随之工作，为常亮状态，二极管Ｄ１将支腿示宽灯阻隔。当所增加的侧标志灯与原底盘的后示宽灯电源线相连后，原车线路容量不足或过

载保护装置起作用时，可将侧标志灯经过继电器常开接点接入电源，而继电器线圈与原车后示宽灯相连，图５中未画出。

４ 电动机的正反转限位
在汽车改装车上有一些小容量的电动机（１０～５０ Ｗ），例如作业时的油门控制机构中的电动机，消防水炮的摆动电动机等。这些电动机在工作中需要正反转控制和极限位置限位，传统的方法是用继电器互锁实现换向与限位的，可参见《汽车电器》１９９６年第５期《发动机遥控电路综述》一文中的笔者所述。但如果使用二极管可使电路简化许多，如图６所示。
电路的工作原理如下：Ｋ为双路扭子开关，可实现电动机的正反转控制，当开关与上接点接通时，电流经正向极限位置限位开关Ｋ１、二极管Ｄ１、电动机Ｍ形成通路，电动机开始正转，而反向限位回路（Ｋ２和Ｄ２）不通，当机构运动到正向极限位置时，Ｋ１断开，电动机停转；如果开关与下接点接通，则反向限位回路形成通路，正向限位回路被阻断。

５ 测量电磁阀线圈电流
在汽车改装车上有许多电液比例控制的应用，如高空作业车、臂架式消防车、大吨位起重机等。在电液比例控制系统中，电液比例阀电磁线圈工作电流范围的调整是一项主要的工作，它的电流范围从最小值（０或数１０ ｍＡ）到最大值（约１ ０００ ｍＡ）对应于操纵手柄离开中位３°～５°到离开中位最大位置的电流平均值的连续变化，并由电流放大器实现这一变化，使比例电磁阀工作。通常测量这样的电流都是将电流表串联在电磁阀的线圈回路中，如图７ａ所示，调整完成之后需将电流表拆下恢复原来线路，可见不够方便。解决的办法是在电流放大器的输出回路中串联一只二极管，并在二极管的两端引出测量端子，将电流表直接与测量端子相连便可测出电流，如图７ｂ所示。由于二极管正向压降的存在，当电流表接入时电流将全部从电流表流过，而不流过二极管。

６ 熔断丝熔断显示
最后介绍一下利用发光二极管显示熔断丝熔断的电路，如图８所示。正常工作时电源ＵＢ经熔断丝Ｆ向负载ＲＬ供电，显示回路电阻Ｒ和发光二极管ＬＥＤ（Ｒ代表红色）无电流经过；而当Ｆ熔断或接触不良时电流将经过Ｒ和ＬＥＤ，使发光二极管亮。Ｒ是发光二极管的限流电阻。
以上６点仅是笔者在产品设计中所了解到的二极管的应用，实际上二极管在汽车、改装车电路上的应用还有很多，本文未能述及。在此与各位同行学者共勉。