Problemi con i diodi flyback e problemi pull-in e hold attuali in questo circuito di relè

Anche se questa può essere una domanda di base, ma sto ancora lottando con essa. In questo schema, due diodi zener D1 e D2 sono collegati back-to-back attraverso la bobina del relè L1. BVds = -30V per Q1. Posso usare zener da 15 V (Vz = 15 V) per D1 e D2 invece di zener da 5,1 V? La bobina o i contatti del relè possono danneggiarsi durante lo spegnimento del relè? Se necessario, sto usando questo relè (bobina standard 5 V CC).

Inoltre, per ridurre il consumo di corrente costante della bobina del relè, voglio usare RC ckt mostrato a parte nello schema. Non appena si accende Q1, il condensatore non caricato appare temporaneamente come cortocircuito, causando la massima corrente che fluisce attraverso la bobina del relè e chiudendo i contatti del relè senza chiacchiere. Mentre il condensatore si carica, tuttavia, sia la tensione attraverso che la corrente attraverso la bobina del relè diminuiscono. Il circuito raggiunge uno stato stabile quando il condensatore si è caricato al punto che tutta la corrente attraverso la bobina del relè si sta muovendo attraverso R1. I contatti rimarranno chiusi fino a quando la tensione del convertitore non viene rimossa.

Qual è il posto migliore per inserire questa sezione RC - marcata 'A' o 'B' nello schema. Farà qualche differenza? La sezione B mi sembra la scelta migliore, poiché quando Q1 si spegne, il condensatore C1 può scaricarsi tramite R1 attraverso la terra. Come verrà scaricato C1 quando invece posiziono RC ckt nella sezione A? Mi sto perdendo qualcosa qui? Mettere questo RC ckt ha effetti collaterali? Qualche soluzione migliore?

Per favore, correggimi se sbaglio o mi manca qualcosa?

AGGIORNAMENTO1 il 09/07/2012 :

Dì nello schema sopra che ho una bobina standard da 6 V CC (vedi scheda tecnica sopra), relè da 48,5 ohm. E prendi C1 = 10uF dire. Supponiamo che R1C1 ckt sia posizionato nella sezione A nello schema sopra. L'alimentazione è a + 5V.

Per una caduta di 3 V (tensione di mantenimento) attraverso la bobina del relè, la corrente deve essere di 62 mA circa. attraverso la bobina. Quindi la caduta su R1 allo stato stazionario è 2V. Per una corrente di 62 mA attraverso la bobina del relè allo stato stazionario, R1 deve essere 32,33 ohm.

E la carica su C1 è 2 V x 10 uF = 20 uC, allo stato stazionario.

Ora in questa scheda tecnica, il tempo di funzionamento è il caso peggiore di 15 ms. Dai dati sopra abbiamo RC = 48,5ohm x 10uF = 0,485 ms. Quindi, non appena viene attivato Q1, il C1 verrà quasi completamente caricato in 2.425 ms.

Ora come faccio a sapere che questa durata di 2.425 ms è sufficiente affinché il relè chiuda i suoi contatti?

Allo stesso modo, non appena Q1 viene spento, a causa dell'emf posteriore generato e bloccato a 3,3 V dallo zener D2 (Vz = 3,3 V) più caduta del diodo D1 di 0,7 V, la tensione attraverso C1 sarà -2 V + (-3,3 V - 0,7 V) = -2 V. Ma la carica su C1 è ancora di 20uC. Poiché la capacità è costante, la carica deve diminuire quando la tensione attraverso C1 diminuisce da + 2V a -2V immediatamente dopo lo spegnimento di Q1.
Non è una violazione di Q = CV?

A questo punto, la corrente che fluisce attraverso la bobina del relè a causa dell'emf posteriore sarà 62 mA nella stessa direzione di prima dello spegnimento di Q1.

Questa corrente di 62 mA caricherà o scaricherà il C1? La tensione attraverso C1 è 6V non appena Q1 viene spento, giusto? Non ho capito come scorreranno le correnti in b / n R1, C1, D1, D2 e ​​bobina del relè non appena Q1 viene spento.

Qualcuno può far luce su questi problemi?

AGGIORNAMENTO2 il 14/07/2012 :

"La corrente in un induttore non cambierà istantaneamente" - Mentre c'è un diodo flyback D1 ( diciamo, D1 non è zener ma un diodo a segnale piccolo o schottky , e zener D2 viene rimosso nello schema sopra), non appena Q1 è spento, non ci sarà nemmeno un picco di corrente (nemmeno per pochi utenti)?

Sto chiedendo questo perché se c'è un picco di corrente, allora la quantità di corrente che fluirà durante questo picco (diciamo> 500mA in questo caso) potrebbe danneggiare il diodo flyback se avessi selezionato un diodo con una corrente massima di picco massima circa 200 mA circa.

62mA è la quantità di corrente che fluisce attraverso la bobina del relè quando Q1 è acceso. Quindi, la corrente attraverso la bobina del relè non supererà mai i 62mA - nemmeno per un momento (diciamo per alcuni usec) dopo lo spegnimento di Q1?

È possibile posizionare l'RC sul lato B o sul lato A. Quando i componenti vengono posizionati in serie, l'ordine di questi non ha importanza per il funzionamento.

A proposito dei diodi. Quando si disattiva il relè, si verificherà una tensione negativa (possibilmente grande) sullo scarico del FET e un diodo flyback viene utilizzato per limitare tale tensione a una caduta di diodo 0,7 V. Quindi i diodi non servono a proteggere la bobina, ma il FET. L'uso degli zener consentirà a questa tensione di raggiungere -5,7 V o -15,7 V se si utilizzassero gli zener da 15 V. Non c'è motivo di correre rischi qui, anche se il FET è in grado di gestire -30 V. Quindi userei semplicemente un raddrizzatore o un diodo di segnale, o ancora meglio un diodo Schottky.

modifica re il tuo commento
Puoi effettivamente usare uno zener (combinato con un diodo comune, D1 non deve essere uno zener) per ridurre il tempo di spegnimento e Tyco lo menziona anche in questa nota applicativa , ma non leggo come se insistessero su di esso. Le immagini dell'oscilloscopio nel primo collegamento mostrano una drastica riduzione del tempo di spegnimento, ma che misura il tempo tra la disattivazione del relè e la prima apertura del contatto, non il tempo tra la prima apertura e il ritorno alla posizione di riposo, che cambia molto meno.

modificare il relè a 6 V e il circuito RC
Come ho detto in questa risposta, è possibile far funzionare un relè al di sotto della sua tensione nominale e poiché la sua tensione di funzionamento è di 4,2 V, è possibile utilizzare anche la versione a 6 V del relè a 5 V. Se usi una resistenza in serie non superiore a 9 Ω avrai quel 4.2 V, e quindi non hai bisogno del condensatore (tieni d'occhio la tolleranza per i 5 V!). Se vuoi andare più in basso sei da solo; la scheda tecnica non fornisce una tensione di mantenimento. Ma supponiamo che questo sarebbe 3 V. Quindi puoi usare un resistore in serie da 32 Ω e avrai bisogno del condensatore per attivare il relè.

Il tempo di funzionamento è massimo 15 ms (che è lungo), quindi quando il condensatore si carica, la tensione del relè non dovrebbe scendere sotto 4,2 V fino a 15 ms dopo l'accensione.

Ora dobbiamo calcolare il tempo RC per quello. R è il parallelo tra la resistenza della bobina del relè e la resistenza in serie (è colpa di Thévenin), quindi è 19,3 Ω. Poi

$3 V + 2 V \cdot e^{\dfrac{- 0.015 ms}{19.3 \Omega \text{ C}}} = 4.2 V$

Risolvere per ci dà almeno 1500 µF.$\text{C}$

Ri-spegnimento:
non puoi violare Q = CV, è la Legge. La tensione di serraggio è di 3,3 V + 0,7 V = 4 V. Ciò significa che quando si spegne il FET dal lato inferiore del condensatore per un momento verrà tirato a -4 V e rapidamente salirà di nuovo a 0 V. Il lato alto è 2 V superiore e seguirà semplicemente quella caduta di 4 V mentre il condensatore si scarica attraverso il resistore parallelo. Il condensatore non noterà nemmeno la caduta. La costante del tempo di scarica è di 1500 µF 32 Ω = 48 ms, quindi il condensatore si scarica a 20 mV (1% del suo valore iniziale) in 220 ms. $\times$

I 62 mA non caricheranno né scaricheranno il condensatore. Spesso applichiamo la Legge corrente di Kirchhoff (KCL) ai nodi, ma si applica anche alle regioni:

Traccia un confine attorno a C1 e R1 e vedrai che c'è solo un percorso verso il mondo esterno poiché la strada verso la FET è interrotta. Poiché la corrente totale deve essere zero, non può esserci corrente attraverso quella connessione univoca. La bobina deve occuparsi da sola dei 62 mA, e lo fa usando il loop formato dagli zeners.

Un relè può essere modellato come un induttore con una significativa resistenza in serie. Quando la corrente nell'induttore raggiunge un certo livello, il contatto verrà "assorbito". Quando la corrente scende al di sotto di un certo livello inferiore, il contatto verrà rilasciato.

Il motivo per cui sono necessari diodi flyback è che gli induttori si comportano, per usare un'analogia meccanica, come una "massa di fluido mobile". Proprio come non è possibile che una massa fisica in movimento si fermi istantaneamente, e la quantità di forza generata da una massa in movimento quando colpisce qualcosa è proporzionale all'accelerazione che la cosa cerca di impartire alla massa, anche con gli induttori. La corrente in un induttore non cambierà istantaneamente, ma cambierà invece ad una velocità proporzionale alla tensione che lo attraversa. Al contrario, la tensione attraverso un induttore sarà proporzionale alla velocità con cui le forze esterne tentano di cambiare la velocità con cui la corrente scorre attraverso di essa. Un dispositivo che tenta di arrestare istantaneamente la corrente in un induttore non riuscirà a fermarla all'istante,

La funzione di un diodo flyback è di fornire alla corrente nell'induttore un percorso diverso dal transistor. La corrente dovrà continuare a fluire da qualche parte, almeno per un po ', e un diodo flyback fornisce un percorso sicuro. L'unica limitazione con un semplice diodo flyback è che può consentire alla corrente di continuare a fluire "troppo bene". La velocità con cui cadrà la corrente nell'induttore è proporzionale alla caduta di tensione attraverso l'induttore (che include la caduta di tensione nella resistenza in serie implicita). Più bassa è la tensione attraverso l'induttore, maggiore sarà il tempo necessario affinché la corrente in esso diminuisca. L'aggiunta di un diodo zener in serie con il diodo flyback aumenterà la velocità con cui la corrente dell'induttore cadrà, e quindi diminuirà il tempo prima che il relè si spenga.