Come scegliere un diodo flyback per un relè?

Un diodo viene messo in parallelo con una bobina del relè (con polarità opposta) per prevenire danni ad altri componenti quando il relè è spento.

Ecco un esempio schematico che ho trovato online:

Sto programmando di utilizzare un relè con una tensione della bobina di 5 V e un contatto nominale di 10 A.

Come posso determinare le specifiche richieste per il diodo, come tensione, corrente e tempo di commutazione?

Per prima cosa determinare la corrente della bobina quando la bobina è accesa. Questa è la corrente che fluirà attraverso il diodo quando la bobina è spenta. Nel relè, la corrente della bobina è indicata come 79,4 mA. Specificare un diodo per almeno 79,4 mA di corrente. Nel tuo caso, una corrente nominale 1N4001 supera di gran lunga il requisito.

La tensione inversa del diodo deve essere almeno la tensione applicata alla bobina del relè. Normalmente un designer mette molta riserva nella valutazione inversa. Un diodo nella tua applicazione con 50 volt sarebbe più che adeguato. Ancora una volta 1N4001 farà il lavoro.

Inoltre, 1N4007 (in singole quantità di acquisto) costa lo stesso ma ha una tensione di 1000 volt.

1. La tensione richiesta è la tensione nominale della bobina, poiché è quello che verrà applicato. Dagli un fattore 2 per sicurezza.

2. Il requisito corrente è la corrente nominale della bobina.

3. Probabilmente la velocità non è una considerazione per le bobine dei relè, poiché non vengono accese / spente molto spesso, rispetto ad esempio a un motore PWM.

Nel tuo caso, un 1N4001 probabilmente funzionerà bene.

Le cose non sono sempre così semplici come sembrano, sebbene nel caso dei relè dipenda fortemente dall'applicazione. Mentre il diodo fornisce un percorso di scarica sicuro che preserva il transistor di commutazione e l'alimentazione, può causare alcuni problemi in alcune applicazioni. I relè in chiusura possono formare una piccola saldatura sui contatti, e posizionando il diodo lì si sta essenzialmente impedendo l'apertura del relè con tutta la sua forza. Ciò può far sì che i contatti si "attacchino" un po 'più a lungo, e nel complesso è dannoso per il relè.

Un trucco che ho imparato qualche anno fa per evitare che ciò accadesse era mettere un diodo zener in serie (ovviamente in una direzione diversa) con il diodo normale, ciò consente di controllare la massima tensione e di scaricare la bobina del relè in un modo leggermente migliore. Ricordo che alcuni produttori di relè avevano delle note applicative abbastanza buone su questo, l'ultima che ho visto era di Tyco ma non sono riuscito a trovarla di nuovo, purtroppo.

Domanda: Di quale dimensione del diodo fly-back ho bisogno per il mio carico induttivo?

La mia risposta: i diodi fly-back sono dimensionati in base alla dissipazione di potenza

$P = 1/10(I^2)R$

P: potenza dissipata nel diodo fly-back

I: corrente stazionaria che fluisce attraverso l'induttore (diodo fly-back non conduttore)

R: resistenza del diodo fly-back in conduzione

Prova:

Il diodo fly-back si terrà a temperatura costante; i diodi hanno una resistenza costante nella conduzione se mantenuti a temperatura costante. (se la temperatura cambia, così fa la resistenza dei diodi)

Ora il diodo conduttore si comporta come un resistore, quindi la domanda diventa: quanta potenza devo dissipare nella resistenza interna del mio diodo?

$T = L/R$

$E = (1/2)L(I^2)$$P = E/time$ ). Qui, la potenza è in watt.

$5(L/R)$$(1/2)L(I^2)$

$P = ((1/2)L(I^2)R) / (5L)$$P = 1/10(I^2)R$

Considera un circuito come tale:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

R1 è la resistenza interna di L1 e R2 è la nostra resistenza di carica. D1 funziona come diodo fly-back e R3 è la resistenza di D1 nella conduzione.

Se l'interruttore è chiuso e aspettiamo per sempre, una corrente di 10 mA scorre attraverso il circuito e l'induttore immagazzina un'energia di 50μJ (50 micro Joule).

Utilizzando la conservazione della teoria energetica:

Se l'interruttore viene aperto, l'induttore inverte la polarità per cercare di mantenere la corrente di 10 mA. Il diodo fly-back è polarizzato in conduzione e un'energia di 50μJ viene dissipata attraverso la resistenza del diodo in$5(L/R) = 500\mathrm{ms}$. La potenza dissipata nel diodo è 50μJ / 500ms = 100μW (100 micro watt).

$(1/10) (10\mathrm{mA} ^2) (10\mathrm{ohms}) = 100\mathrm{\mu W}$

Quindi, per rispondere all'ultima domanda: la corrente del diodo durante la scarica può essere considerata uguale alla corrente di carica allo stato stazionario di 10 mA quando si utilizza l'equazione: $P = 1/10(I^2)R$. Mentre la corrente durante la scarica induttiva diminuisce effettivamente in modo esponenziale e non è fissa di 10 mA, questa semplificazione consentirà di calcolare rapidamente la potenza del diodo richiesta in un circuito conoscendo le condizioni iniziali.

Buona fortuna con i tuoi progetti e non usare mai la tecnologia per scopi malvagi.