Verwendung von Snubber-Dioden für Gleichstrommotor und Relais

Ich programmiere in Arduino und baue Sachen, habe aber keinen technischen Hintergrund und verliere mich, wenn ich versuche, Datenblätter herauszufinden. Ich habe bereits einige Stunden damit verbracht und nur nach spezifischen Ratschlägen gesucht, welche Dioden verwendet werden sollen (es wäre noch besser, wenn jemand erklären würde, wie man diese Bestimmung trifft, aber es wäre sehr wünschenswert, nur auf die richtige zu zeigen).

Mein Setup ist dieser Frage sehr ähnlich und hat Feedback.

Ich habe mehrere der drei Dioden zu Hause:

  1. 1N4001 50V 1A
  2. 1N4148 50V 1A
  3. 15SQ045 45V 15A Schottky

Fragen 1: Ich bekomme viele Rückmeldungen, wenn ich das größere Relais schalte . Ich bin mir nicht sicher, wie viel Strom ein größeres Relais benötigt, aber es gibt definitiv ein Geräusch beim Schalten, das alle anderen mit Arduino verbundenen Komponenten durcheinander bringt. (Dieses Szenario ist Abbildung 4 hier sehr ähnlich. ) Ist eine der oben aufgeführten Dioden in diesem Szenario geeignet oder muss ich etwas anderes kaufen?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Frage 2: Ich habe auch mehrere Linearantriebe (alle 12 Volt und mit etwa 3 Ampere betrieben). Laut diesem Beitrag (Abbildung 2) muss ich 4 Dioden für jeden Motor verwenden, da sie umkehren. Funktioniert eine der oben aufgeführten Dioden in diesem Szenario? Wenn nicht, welches Modell sollte ich kaufen oder welches Zener-Modell sollte ich bekommen, wie in Abbildung 3 des referenzierten Beitrags angegeben? (Ich hätte eigentlich nichts dagegen, Zener zu kaufen, anstatt das, was ich habe - es wäre einfacher zu installieren und eleganter (Abbildung 3 des referenzierten Beitrags) - wenn jemand ein bestimmtes Modell empfehlen kann)

Vielen Dank.

Weitere Aufklärung und Nachverfolgung:

Danke Kyle. Kurzer kleiner Hintergrund zum Projekt: Wir bauen einen X-Wing-Kämpfer, um Geld für das MINT-Programm der Schule zu sammeln. Das Projekt hat 5 Jahre gedauert und wir konzentrieren uns nur darauf, es fertigzustellen. Ehrlich gesagt erinnere ich mich nicht einmal daran, wie die Dinge verdrahtet und codiert wurden (und ob ich den neuesten Code habe) und wäre sehr nervös, wenn ich irgendetwas anfassen würde, das mit Umcodierung / Neuverdrahtung zu tun hat, das erforderlich wäre, um Transistoren / Mosfets einzubauen ( aber beim nächsten Mal werde ich das auf jeden Fall machen). Das gesamte aktuelle Setup funktioniert wie es ist, außer dass es manchmal aufgrund von Rückmeldungen von Motoren durcheinander kommt. Hier ist das Video mit Hintergrundinformationen und einigen der Automatisierungen, die eingefügt wurden, und ein paar Bilder unten.

Daher besteht derzeit die einzige praktische Option darin, Dioden um die Linearaktuatoren herum anzubringen. Ich wollte nur Ihre Antwort bestätigen (sorry, ohne Hintergrund und Gehirn erschöpft, ich bin etwas dicht), um sicherzustellen, dass ich nichts falsch verstanden habe:

Wir möchten, dass die Diode einen kleineren Kondensator hat, damit sie sich schneller auflädt und die Spannungsspitze schneller dämpft, bevor sie zu hoch wird. Dies ist ein Grund, warum eine Schottky-Diode akzeptabel wäre. Das gilt also sowohl für das Relais (über der Spule) als auch für den Umkehr-Gleichstrommotor (Aktuator), richtig? DankeGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein paar Fragen kommen mir in den Sinn. (1) Warum erwägen Sie die Verwendung eines JFET zum Schalten eines Relais? Es gibt bessere Möglichkeiten. (2) Was ist die Absicht hinter der Verwendung eines kleineren Relais, um ein größeres zu aktivieren? Was motiviert diese Idee? (3) Was ist hier das eigentliche Ziel? Können Sie beschreiben, was Sie erreichen wollen – das große Ganze? Ist es nur der Betrieb von Motoren? Oder was genau? Verbringen Sie etwas mehr Zeit damit, über das Problem zu sprechen, mit dem Sie auf der größeren Ebene konfrontiert sind.

Antworten (2)

Die "richtige" Diode für diese Anwendung ist die Schottky-Diode.
Es ist eine viel schnellere Diode als die anderen. Zener sind NICHT die richtige Wahl.

Stellen Sie sich vor, es gibt einen Kondensator über der Diode (parallel). Dieser Kondensator muss aufgeladen werden, bevor die Diode zu leiten beginnt. Wenn der Kondensator größer ist, dauert es länger, bis er beginnt zu leiten, und dadurch kann die Spannungsspitze höher ansteigen, bevor sie gedämpft wird.

Alle Dioden haben diesen Kondensator in sich. Es heißt "Junction-Kapazität". Schottky-Dioden haben einen viel kleineren Kondensator als Siliziumdioden (z. B. 1N4148, 1N4001). Das heißt, sie schalten sich schneller ein – viel schneller.

1N4001 ist eine sehr langsame Diode - Es ist eine Leistungsdiode, die für niederfrequente Leistungsanwendungen wie 120/230-VAC-Gleichrichtung (dh 50 oder 60 Hz) ausgelegt ist. Das ist Tausende, vielleicht Millionen Mal langsamer als eine induktive Spannungsspitze von einem Relais, also ist es für diese Anwendung perfekt geeignet.

Die 1N4148 ist eine "Kleinsignal"-Diode - zum Schalten von sehr sehr leichten Signalen mit geringer Leistung gedacht. Es ist winzig und nicht dazu geeignet, diese Hochspannungsspitzen ohne Ausfall zu dämpfen.

In meiner Firma verwenden wir für denselben Zweck millionenfach 1N5819-Dioden an kleinen Gleichstrommotoren. Beachten Sie die Diode, die Sie haben. Ich habe ein Datenblatt gefunden, in dem die Übergangskapazität nicht aufgeführt ist, aber es IST eine Hochleistungsdiode. Hohe Leistung entspricht wahrscheinlich einem großen Übergang, was eine große Kapazität bedeutet. Mit anderen Worten, von den drei Dioden, die Sie zur Hand haben, ist dies die beste Wahl. Aber es ist vielleicht keine gute Wahl ... Vielleicht möchten Sie nach einer viel schnelleren Diode suchen (1N5819 ist wahrscheinlich zu klein für Ihre Anwendung - suchen Sie nach einem größeren Gerät mit sehr geringer oder keiner "Rückwärtsverzögerung" - das ist ein Maß für Schaltgeschwindigkeit).

Es gibt andere Optionen. Zum Beispiel könnten Sie einen Transistor verwenden, um den Aktor LANGSAM zu schalten. Transistoren sind nicht nur ein/aus. Wenn Sie einen MOSFET verwenden und ein kleines RC-Netzwerk an das Gate anschließen, verlangsamt sich die Änderungsrate von EIN nach AUS, wodurch die Änderungsrate des Stroms durch Ihren Aktor begrenzt wird. Gemäß dem Faradayschen Gesetz ist die induzierte Spannung proportional zur Änderungsrate des Stroms. Wenn Sie also 1 ns brauchen, um es zu stoppen, erhalten Sie eine riesige Spitze. Nehmen Sie sich ein paar Millisekunden Zeit, um es auszuschalten, Sie werden wahrscheinlich keine messbare Spitze bekommen. Ein zu langsamer oder zu kleiner MOSFET, und Sie werden ihn verbrennen - Ein Hochleistungs-MOSFET wie wahrscheinlich "alles" in einem TO-220-Gehäuse sollte ausreichend sein.

Ich bin mit Ihnen nicht einverstanden, was die Geschwindigkeit der Diode betrifft. Der Geschwindigkeitsunterschied betrifft das Ausschalten der Diode, nicht ihr Einschalten. Die Sperrschichtkapazität beeinflusst die Einschaltgeschwindigkeit nicht. Darüber hinaus hängt diese Kapazität hauptsächlich von der Stromstärke ab, und der in der Frage angegebene Schottky hat eine viel höhere Kapazität als der 1N4001 (IN4001: Cj = 15pF / 15SQ045: Cj = 450pF). Als Relais können Sie jede beliebige Diode verwenden (natürlich keine Zener), da die erforderliche Schaltgeschwindigkeit sehr gering ist (höchstens einige Schaltvorgänge pro Sekunde).

Kurze Antwort: Sie könnten sicherlich jede der drei Dioden verwenden. In Ihrer Anwendung benötigen Sie keine schnellen Dioden (Relais sind langsam). Sie müssen nur sicherstellen, dass die Diode der Versorgungsspannung der Relaisspule sowie dem Strom in der Spule standhält.

Jetzt denke ich, dass der 1N4001 am besten geeignet sein sollte (oder 1N4148, außer dass er eine niedrigere Nennstromstärke hat. Vielleicht reicht er aus?). Die Schottky-Diode könnte funktionieren, aber Sie brauchen weder ihre Geschwindigkeit noch ihre Stromstärke.

Wenn Sie ein Relais mit einem Arduino (oder einem anderen Mikrocontroller) ansteuern möchten, würde ich eine ähnliche Schaltung wie diese vorschlagen . Diese Schaltung lässt sich sicherlich noch vereinfachen:

  • außer wenn Sie das Relais bei sehr hohen Geschwindigkeiten ein- und ausschalten müssen (übrigens NICHT empfohlen), können Sie die Zenerdiode in Reihe mit dem 1N4001 sicherlich entfernen
  • R2 kann entfernt (durch offenen Stromkreis ersetzt) ​​werden, wenn Sie immer mit einem Arduino-Pin verbunden sind
  • R1 kann weggelassen werden (ersetzt durch Kurzschluss)

Für den Mosfet: Ein BS170 sollte für die meisten Relais ausreichen.

Was die Sperrschichtkapazität einer Diode betrifft, verzögert dies nicht das Einschalten der Diode, zumindest nicht hier. Darüber hinaus hat die von Ihnen vorgeschlagene Schottky-Diode die höchste Sperrschichtkapazität (450 pF) im Vergleich zu 1N4001 (15 pF) oder 1N4148 (4 pF).

Das Problem, das bei den als Freilaufdioden eingesetzten Dioden auftreten kann, ist eher die Abschaltgeschwindigkeit. Der genaue Name lautet „Reverse Recovery Time“ (trr). Wenn Sie ein Schaltnetzteil (mit Schaltfrequenzen im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert Kilohertz) herstellen würden, wäre dieser Parameter von großer Bedeutung, und Sie würden sicherlich kein 1N4001 verwenden.

Nochmals vielen Dank für Ihre Kommentare. Ich habe Schottky verwendet, seit ich sie zur Hand hatte (auch wenn es ein Overkill war) und es funktioniert wie ein Zauber - kein Feedback mehr.
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