"Ein Zener mit Reihendiode"?

Er meint den linken Stromkreis (A).

Die Zenerdiode begrenzt die Spannung über der Induktivität auf ihren Nennwert. Die andere Diode dient nur dazu, die Zenerdiode in Durchlassrichtung zu sperren.

Bezüglich der Abklingzeit ist das besser als nur die normale Diode, denn eine normale Diode liefert gerade mal eine Spannung von ca. 0,7 V über der Diode. Für schnelles Abklingen wollen wir die maximal tolerierbare Spannung (z. B. so viel wie der Schalttransistor verarbeiten kann), um eine hohe Leistung zu haben, was bedeutet, dass Energie in kürzerer Zeit verbraucht wird.

Ausführlichere Erklärung:
Betrachten wir die Zeit nach dem Öffnen des Schalters (nachdem die Spule erregt wurde):
Der Strom durch die Spule fällt plötzlich ab, was zu einer Rückwärtsspannung über der Spule führt ("Rückwärts" bedeutet, dass jetzt der untere Anschluss positiver ist als die obere Klemme). Diese Spannung kann den Transistor (der als Schalter fungiert) beschädigen oder unerwünschte Funken erzeugen usw.
Um diese Spannung zu vermeiden oder zu begrenzen, kann sie durch eine normale Diode (Schaltung A ohne Z-Diode) geklemmt werden. Was tatsächlich passiert ist, dass die Gesamtenergie,$E = \frac{1}{2}LI^2$, die in der Induktivität gespeichert sind, müssen abgeführt werden. Energie ist das Integral der Leistung über die Zeit$E = \int P dt$, dh es dauert je nach Verlustleistung einige Zeit und bei größerer Leistung ist die Zeit kürzer. Die Leistung hingegen ist das Produkt aus Spannung im Quadrat über Widerstand (Induktor- und Diodenwiderstand)$P = \frac{V^2}{R}$, dh wir haben eine höhere Verlustleistung, dh eine höhere Energieabfallrate, wenn die Spannung höher gehalten wird (Schaltung A mit einer Zenerdiode).

Hier ist eine LTspice- Simulation der Situation

• ohne Zenerdiode (linker Teilkreis) und
• mit 10 V Zenerdiode (rechter Teilkreis)

Die obere Grafik zeigt die Verlustleistung in beiden Induktivitäten. Die Fläche unter beiden Leistungskurven muss gleich sein (= in der Induktivität gespeicherte Energie).

Die untere Grafik zeigt das Schaltsignal (rot) und die Spannungen an den unteren Anschlüssen der Induktivitäten.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. (a) Die Standard-Snubber-Diodenkonfiguration. (b) Die Ersatzschaltung nach dem Öffnen von SW1. (c) Der Zenerdämpfer. (c) Das Äquivalent der Zenerschaltung nach dem Öffnen von SW2.$R_L$ist der Spulenwiderstand der Induktivität.

Das Problem bei der in Abbildung 1a gezeigten Schaltung besteht darin, dass sie die Abfallverzögerung des Relais maximiert. Dies kann ein Problem sein, wenn eine schnelle Reaktion erforderlich ist, neigt aber auch dazu, die Kontakte langsam zu öffnen, und dies kann Lichtbögen verursachen.

Stellen Sie sich vor, die Relaisspule wäre rein induktiv und hätte keinen Widerstand und D1 wäre eine ideale Diode ohne Spannungsabfall. Wenn dann SW1 öffnete, würde die Induktivität den Strom für immer durch die Schleife fließen lassen. In jeder praktischen Schaltung ist der Spulenwiderstand,$R_L$wird die Energie verbrennen und der Strom wird abklingen.

Wenn wir der Schleife einen zusätzlichen Widerstand hinzufügen würden, indem wir einen Widerstand in Reihe mit D1 hinzufügen (siehe$R_{SNUB}$in Abbildung 2) können wir die Drop-out-Geschwindigkeit verbessern, indem wir die Energie schneller verbrennen. Es gibt zwei Dinge zu beachten:

1. Über dem zusätzlichen Widerstand entsteht ein Spannungsabfall, den der Schalter bewältigen muss.
2. Der Stromabfall ist exponentiell wie in einer Standard-LR-Schaltung. dh der Energieverlust erfolgt hauptsächlich durch Rs und nimmt exponentiell mit dem Strom ab.

Eine Verbesserung kann durch Hinzufügen der Zenerdiode D3 erreicht werden, wie in Abbildung 1c gezeigt:

• D2 verhindert, dass Durchlassstrom durch D3 die Relaisspule kurzschließt.
• Wenn SW2 öffnet, fließt Strom, wie in der Ersatzschaltung in Fig. 1d gezeigt.
• D2 ist vorwärts vorgespannt und D3 ist rückwärts vorgespannt.
• Die Induktivität bewirkt, dass die Spannung ansteigt, bis D3 im umgekehrten Modus durchbricht.
• Aus der Formel$V = -L \frac {di}{dt}$wir können das ableiten, da L und V dann konstant sind$\frac {di}{dt}$Die Änderungsrate des Stroms ist ebenfalls konstant. dh der Strom fällt linear ab, bis nicht mehr genug Energie vorhanden ist, um die Zener-Durchbruchspannung zu überschreiten.

Abbildung 1c lässt das Relais schneller fallen als 1a.

Ihre Schaltung B ist falsch. Beide Dioden leiten und schließen die Versorgung mit GND kurz (mit zwei Diodendurchlassspannungsabfällen).

Klarstellung zum zusätzlichen Widerstand

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Abbildung 2. (a) Hinzufügen eines Dämpfungswiderstands zum Beschleunigen des Relaisabfalls. (b) Ersatzschaltung, wenn SW1 geöffnet ist.

In der Schaltung von Abbildung 2 wird die in der Induktivität gespeicherte Energie in ihrem eigenen Innenwiderstand dissipiert,$R_L$und der externe Snubber-Widerstand$R_{SNUB}$.

Das potenzielle Problem dabei ist, dass der Strom eine Spannung erzeugt$R_{SNUB}$der Spannung IR. Wenn diese Spannung den Nennwert von SW1 überschreitet, kann es zu Schäden kommen. (SW1 kann ein mechanischer oder Halbleiterschalter sein.)