Wird für diese einfache Mini-Magnetschaltung eine Diode benötigt?

Ich baue einen Mini-Flipper, der etwa 10x22cm groß ist. Um die Flossen anzutreiben, plane ich, dieses 5-V-Mini-Push/Pull-Solenoid zu verwenden: https://www.sparkfun.com/products/11015 , zusammen mit kurzzeitigen SPST-Tasten und einem 5-V-2-A-Wandnetzteil.

Dies sind die einzigen elektronischen Komponenten in der Maschine. Ich verwende keinen Arduino oder einen anderen Controller. Ist es in diesem Szenario ratsam, eine Diode (oder andere Komponenten) zum Schutz der Stromversorgung zu verwenden?

Wenn Dioden oder andere Komponenten ratsam sind, wäre ich Ihnen dankbar, wenn Sie auf einer sehr einfachen Ebene erklären könnten, warum sie benötigt werden und wo sie in die Schaltung eingefügt werden sollten. Das folgende Schema ist so ziemlich der aktuelle Umfang meiner Elektronikkenntnisse. Ich bin daran interessiert, mein Wissen zu erweitern, finde aber viele der Fachbegriffe, die auf dieser Seite verwendet werden, überwältigend.

Hier ist die Schaltung, die ich bisher habe:

Einfache Flipperschaltung

"Notwendig" ist offen für Interpretationen. Wenn Sie nicht mehr tun als das, was Sie zeigen, ist es wahrscheinlich, dass Ihre Schalter jedes Mal, wenn sie sich öffnen, auf Lichtbögen stoßen. Ob Sie das für ein Problem halten oder nicht, ist eine andere Sache. Sie können eine Diode verwenden, um dieses Problem zu mildern, aber nur eine Diode an sich bedeutet, dass die Solenoide mehr Zeit brauchen, um ihre Energie abzubauen. Sie können Zener und Dioden verwenden, um dies zu verbessern. Oder entwerfen Sie einen RC-Snubber. Oder ... na ja, ... Details sind wichtig. Und vielleicht ist die Lichtbogenbildung für Sie in Ordnung. Keine Ahnung. Um die 5-V-Versorgung mache ich mir jedoch weniger Sorgen.
Nun, dieser Mini-Flipper ist nur ein spielbarer Prototyp, um zu testen, wie alle meine lasergeschnittenen und 3D-gedruckten Teile zusammenpassen, die Geometrie des Gameplays usw., bevor ich ihn auf volle Größe skaliere und echte Flipper-Komponenten einbaue Es. Ich bin wahrscheinlich nicht so besorgt über die Lichtbögen für den Prototyp, außer dass es mir nichts ausmacht zu lernen, wie man die Diode zu dieser Schaltung hinzufügt, nur der Vollständigkeit halber. Wo würde ich es hinzufügen? Würde ich es in meiner Zeichnung oben auf beiden Seiten der Flipper-Taste anschließen?
Wie Sie wahrscheinlich bereits den hier geschriebenen entnehmen können, hängt viel von den Magnetspulendetails und dem Schalterdesign ab. Können Sie einige Details angeben?
Nun, es gibt ein Datenblatt für das Solenoid unter cdn.sparkfun.com/datasheets/Robotics/… . Was die Schalter betrifft, so ist die einzige Dokumentation, die ich finden kann, dass sie kurzzeitig SPST sind und für 250 VAC bei 1 A ausgelegt sind. Oh, und die Stromversorgung ist 5VDC bei 2A.
Meine Güte. Das Datenblatt erfordert einige Sorgfalt beim Lesen. Ich sehe keine Angabe zum Release-Zeitpunkt. Nur eine Einschaltdauer. Ich kann sehen, dass es so ist 4.5 Ω . Wenn ich die Auslösezeit wüsste, könnte ich die Induktivität abschätzen (multipliziere einfach die Auslösezeit mit dem Spulenwiderstand und es ist oft nahe.) Hier würde ich über 10 Henries bekommen, wenn ich von einer Freigabe von 3 Sekunden ausging. Aber das ist nur ein Teil ihrer Duty-Cycle-Spezifikation und ich bin sicher, dass sie schneller freigegeben wird. Aber es kann ein Henry oder so sein. (Was darauf hindeutet, dass Mr. EE75 wahrscheinlich einen guten Wert für Spice it ausgewählt hat.
Einige Dinge zu beachten. Wenn Sie es wirklich ernst meinen, ist die in der Spule vorhandene Energie ziemlich hoch und ein RC-Snubber (möglicherweise in Kombination mit anderen Methoden) muss in der Lage sein, damit umzugehen. In Ihrem Fall könnten Sie sogar auf der Suche nach C = 50 mF Und R = 200 M Ω . (Es gibt ein oder zwei Whitepaper zu diesem Thema.) Ein Problem besteht jedoch darin, dass Sie, wenn jemand den Knopf drückt, einen Hochleistungsmagneten benötigen, um den Ball anzutreiben. Aber wenn die Person den Knopf hält, möchten Sie zu einer Anordnung mit geringerer Leistung wechseln. Daher kann ein Endschalter erforderlich sein. Das wird schnell komplex.
Für die Zwecke dieser Diskussion und der kleinen Prototypmaschine möchte ich nicht die Frage berühren, wie man auf eine Anordnung mit geringerer Leistung umschaltet, wenn jemand den Knopf gedrückt hält. Das wird in den handelsüblichen Komponenten gelöst, die ich für die Maschine in voller Größe verwenden werde. Ich möchte einfach die Grundlagen verstehen, warum und wie ein Snubber oder eine Diode bei der Verwendung eines Solenoids angewendet wird. Ich habe gerade den Wikipedia-Eintrag für RC-Snubber gelesen und er fängt an, ein wenig Sinn zu machen.

Antworten (1)

JA. Lichtbogentemperaturen übersteigen 5000 K, wenn der Schalter für einige Mikrosekunden öffnet und langsam den Silbergehalt des Kontakts erodiert und der Widerstand ansteigt. Bessere Kontakte haben eine Palladium-Silber-Legierung, die bei höheren Temperaturen robuster ist. Billigkontakte haben weder Silber noch Palladium.

Aus diesem Grund werden DC-Relaiskontakte mit induktiven Lasten auf ~25 % der ohmschen Nennlast herabgesetzt.

Plan B

Nach dem Nachdenken denke ich, dass ein Widerstandsdämpfer am besten funktioniert. Die Diodenmethode reduziert EMI zu stark und verlangsamt die Flipper-Aktion auf T=L/Rs

Messen Sie also den Serienwiderstand (DCR) der Magnetspule mit einem DMM und wählen Sie einen Widerstand über der Induktivität, der etwa dem 50-fachen dieses Werts entspricht. Dadurch wird der Strom nur geringfügig erhöht, aber die Reaktion des Solenoids beschleunigt und die Lichtbogenspannung für Solenoidstrom und Snubber-R-Wert auf V = IR reduziert.

Es hängt von Ihrem DC-Solenoid ab.
Wenn die Spule 0,1 A bei 5 V zieht, sind es 5/0,1 = 50 Ohm,
dann verwenden Sie 50 x 50 = 2500 Ohm/= 50 % Toleranz 1/2 W

plan A

Der Diodenstrom oder die Nennleistung muss ähnlich der Spule sein, damit sie leitet, wenn der Schalter öffnet, indem die Lichtbogenspannung umgangen oder auf 1 Diodenabfall auf die gegenüberliegende Schiene umgeleitet wird. Es geht normalerweise vom Schalter in umgekehrter Polarität auf die gegenüberliegende Versorgungsschiene ( + oder Return)

Unten als High- und Low-Side-Schalter dargestellt. Nur zu Ihrer Information.

Andernfalls wird ohne eine Diode ein hohes EMI-Impulsrauschen dort erzeugt, wo die Kontakte einen Lichtbogen bilden. Sie können dies zwischen den Kanälen in jedem AM/SW-Radio hören. (solange der Flipper nicht zu laut ist) hah.

Lösung 1N400x x = Nummer, egal Nummer der Verpolungsspannung) direkt über Schalter in umgekehrter Polarität.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der Stromversorgungsstrom hat keine Spitzen, da die Diode als Bypass-Schalter für denselben Gleichstrom fungiert, wenn der Flipper aktiviert wird, sodass der Strom einfach sanft abfällt. Aber ohne eine Diode muss die Versorgung jeden transienten Lichtbogenspannungsabfall absorbieren (was sie normalerweise tut), und dies erzeugt auch mehr abgestrahlte EMI. Verwenden Sie also eine beliebige 1A-Diode.

Plan B links

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Diese Position für die Diode funktioniert nur, wenn es sich um einen Zener handelt. Es ist der Stromrichtung durch das Solenoid entgegengesetzt. Ein Kondensator oder Snubber wäre da viel ratsamer.
Gehirnfurz. danke Ja, ein Zener oder eine Diode wird funktionieren.
Eine große Kappe benötigt auch ein großes R für eine gute Dämpfung, und dies verlangsamt die Reaktionszeit des Flippers drastisch und springt nicht mehr in die Position und langsamere Beschleunigung zurück. Welche RC-Werte würdest du vorschlagen? Ich denke, sie sind nur für Wechselstromschalter nützlich. tinyurl.com/y3os44v3 @EdgarBrown
Ich sehe, dass 1uF und 500 Ohm auch perfekt sein könnten. für 1H, 10 Ohm
Es muss lediglich der Spannungsaufbau reduziert und verlangsamt werden, um Lichtbögen zu vermeiden. Sie benötigen nicht zu viel Kapazität, um dies zu erreichen. Der genaue Wert hängt von der Induktivität ab, aber ich würde bei etwa 1 nF 100 Ohm beginnen. Das wäre viel schneller als jede mechanische Reaktion (und wahrscheinlich langsam genug, um außerhalb des AM-Bands zu bleiben).
Möchten Sie Ihren Vorschlag mit Analyse posten? oder ich?
Ich habe derzeit keinen Zugriff auf einen Schaltungseditor, also können Sie fortfahren.
Ich habe ein Javascript für dich verlinkt
Lassen Sie mich konkreter werden. Mein Telefon hat (noch) keinen Schaltungseditor. 8^)
Ich denke, eine in Sperrrichtung vorgespannte (gewöhnliche) Diode über der Spule ist eine gute Lösung für mit Gleichstrom betriebene Relais oder Magnete. Es verlängert zwar die Ausschaltzeit, aber für einen Flipper ist das wahrscheinlich nicht von Bedeutung. Ich verwende RC-Snubber für Schütze oder andere induktive Lasten, die mit Wechselstrom betrieben werden, aber für Gleichstrom ist die Diode einfacher und perfekt effektiv.
Ich habe simuliert, dass mit einer 1A-Diode mit 1 Ohm Rs und einem Solenoid mit 50 Ohm die L / R = T-Abschaltreaktion um den Faktor 50 zunimmt, was sie für schnelle Flips träge macht. Sie möchten, dass die Abfallzeit viel kürzer ist als die Stromanstiegszeit, aber den Spannungsanstieg begrenzen. Also kam ich auf 50x. 5V, aber es könnte 10x sein, aber 0,02x wie das der Diode macht es 50x langsamer. Wenn die Luftionisationszeit [us] durch eine Diode geklemmt wird, ist sie klein, so dass sie mit einer langsamen Rampe zünden kann, aber es gibt nur 5,7 V mit einer Diode, aber mit 250 V könnte es bei 2,5 kV/mm oder nach 0,1 mm Abstand sein. Stimmen Sie zu?
Gute Antwort. | Ich denke, erwähnt, aber nicht gezeigt, ist ein Widerstand in Reihe mit einer Diode. Hat fast die gleiche Rolle wie ein Zener, ist aber einfacher einzustellen (das Ändern von R ist normalerweise weniger störend als das Ändern von Zener). Dies verringert die Abklingzeit um einen Faktor von ~~= RSchaltung/(Radded + RSchaltung) und erhöht Voc um Ipeak.Radded, was im Vergleich zu üblichen Lichtbogenspannungen beim Öffnen des Schalters sehr klein sein kann.
Diode + R eliminiert auch den verschwendeten statischen Strom, bis er ausgeschaltet wird. Aber ich habe einen Zener modelliert und festgestellt, dass der Rs von 1 Ohm für einen 1-W-Zener + Diode die Slew-Slew-Rate des Solenoids immer noch um ein viel längeres L / R erhöht. Für MOSFET-Halbbrücken ist es jedoch sinnvoll, dies zu verwenden, um die MOSFET-PWM-Schaltverluste auf Kosten der Zenerverluste zu reduzieren. die viel niedrigere L-Werte verwenden als ein Solenoid. zur Info @RussellMcMahon
Beachten Sie, dass meine Simulationstitel jetzt falsch sind und ich den RC-Snubber entfernt habe, der zu langsam war oder Audioklingeln zugunsten der schnellen l50R-Lösung verursachte, während die Diodenreaktion aufgrund des langsamen Stromabfalls von DCR auch nicht schnell ist, wie der Titel sagt /Rs von 50 für Rs=1 Ohm. und ja R + Diode funktioniert noch besser ..
Wird für diese einfache Mini-Magnetschaltung eine Diode benötigt?
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