什么是Lenz Law？對pcb電路設(shè)計(jì)有哪些幫助？

如果您的團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常反對您的想法，那么團(tuán)隊(duì)會(huì)議可能會(huì)讓您感到沮喪。處理反向電流就像處理這樣的對手一樣。僅僅遵循規(guī)范并提出合理的論據(jù)是不夠的;在處理反對意見時(shí)，在團(tuán)隊(duì)設(shè)置以及PCB設(shè)計(jì)中，您需要開發(fā)一種替代方法。

什么是Lenz Law？

以防萬一你需要對你的物理基礎(chǔ)進(jìn)行更新，Lenz Law指出任何感應(yīng)電磁場（反電動(dòng)勢）都會(huì)產(chǎn)生與變化相反的電流和磁場。這個(gè)理論可以通過倫茨定律方程簡化：

方程上的負(fù)號表示磁通量與變化相反時(shí)發(fā)生的相反變化在誘導(dǎo)反電動(dòng)勢中也是如此。

楞次定律也可以從另一個(gè)角度表達(dá)，其中感應(yīng)電流在與引起它的變化相反的方向上流動(dòng)。事實(shí)上，這一陳述使您更接近Lenz Law在PCB設(shè)計(jì)中的影響。

Lenz Law，Back-EMF和電感線圈

圖1：電感器通電

可以安排最簡單的Lenz Law演示簡單連接直流電池，開關(guān)和電感線圈，如上圖所示（圖1）。當(dāng)開關(guān)閉合，形成完整的電路時(shí)，電流以逆時(shí)針方式流動(dòng)。根據(jù)Lenz定律，電感器上的電磁場將在與電池引起的電流相反的方向上被感應(yīng)。

圖2：電感器斷電

當(dāng)反電動(dòng)勢在電感器處積聚時(shí)，開關(guān)打開，電路斷開。正如倫茨法強(qiáng)調(diào)的那樣，感應(yīng)電流總是反對改變它的因素。結(jié)果，當(dāng)電感器試圖繼續(xù)電流流動(dòng)時(shí)，電感器處的磁場改變方向和極性。電路斷開時(shí)產(chǎn)生的相反電磁場稱為反電動(dòng)勢。

反電動(dòng)勢是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)中的反電動(dòng)勢總是假設(shè)電壓值幾乎相同。

反電動(dòng)勢和預(yù)防的破壞性影響

雖然反電動(dòng)勢可以是直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，也可能是導(dǎo)致PCB出現(xiàn)多重問題的威脅。 PCB設(shè)計(jì)中最具感應(yīng)性的元件之一是機(jī)械繼電器。機(jī)械繼電器由感應(yīng)線圈組成，感應(yīng)線圈在通電時(shí)變?yōu)殡姶拧?/p>

機(jī)械繼電器通電通常是無害的，但當(dāng)繼電器釋放時(shí)，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢會(huì)影響硬件的穩(wěn)定性。例如，每次釋放繼電器時(shí)，微控制器都可能會(huì)經(jīng)歷硬復(fù)位，或者反電動(dòng)勢可能會(huì)以相反的極性引入足夠大的電流以損壞直接元件。

下面的示意圖（圖3）顯示了機(jī)械已經(jīng)斷電的繼電器。在繼電器的感應(yīng)線圈處感應(yīng)的反電動(dòng)勢試圖在繼電器通電時(shí)保持電流的流動(dòng)。由于晶體管現(xiàn)在處于“關(guān)閉”狀態(tài)，如果超過結(jié)的擊穿電壓，增加的正電壓可能會(huì)造成損壞。

圖3：繼電器斷電，產(chǎn)生反電動(dòng)勢

如果要連接直流電機(jī)，反電動(dòng)勢也會(huì)引起繼電器電弧放電打開繼電器的觸點(diǎn)。由于直流電動(dòng)機(jī)由感應(yīng)線圈制成，因此當(dāng)斷開時(shí)，同樣的倫茨定律理論也適用。當(dāng)反EMF試圖保持減小的電流時(shí)，高反向電位可能引起繼電器觸點(diǎn)的間隙上的電弧放電。這種現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致電磁干擾（EMI），從而影響硬件穩(wěn)定性。

減輕反電動(dòng)勢影響的最簡單方法是使用反激式二極管。這是通過在線圈通電時(shí)以相反的極性在感應(yīng)線圈上放置二極管來完成的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，二極管變?yōu)檎蚱?，提供安全放電反電?dòng)勢的路徑，而不會(huì)影響其他附近組件。

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