Zener und gemeinsame Diode in Reihe [geschlossen]

Ich habe "Zener in Reihe mit Diode über Spule" gegoogelt und mir diese Schaltung ausgedacht: -

Wenn also der Zener kurzgeschlossen würde, was passieren würde, wenn der Transistor offene Schaltkreise öffnet: Der Strom, der früher in den BJT floss, würde durch die Diode und zurück zum oberen Anschluss der Spule fließen. Dies ist ein üblicher Schutzmechanismus für Relaisspulen. Ohne diesen Schutz würde die Spannung am Kollektor auf Hunderte von Volt ansteigen und den Kollektor-Basis-Bereich durchbohren, und dies würde in Mikrosekunden geschehen.

Ja, der Transistor würde sterben, aber das Relais würde sehr, sehr schnell deaktivieren, weil es die gespeicherte magnetische Energie sehr schnell zerstreut. Wenn Sie andererseits eine Diode (ohne Zener) verwenden, wird das Relais in einigen (vielleicht zehn) Millisekunden deaktiviert. Es dauert so lange, das Relais zu deaktivieren, weil die in der Spule aufgebaute Energie (dh ihr Magnetfeld) nicht so schnell in Wärme umgewandelt wird, wenn nur eine Diode verwendet wird.

Eine Diode fällt ~0,7 Volt ab und wenn der Relaisstrom 30 mA beträgt, ist das eine anfängliche Verlustleistung von nur 21 mW.

Wenn jedoch der Zener hinzugefügt wird, lässt die Diode effektiv mehr Spannung (z. B.) 10 V abfallen, und die anfängliche Verlustleistung beträgt eher 300 mW. Dies bedeutet, dass die Relaisspule ihre gespeicherte Energie schneller verliert und der zirkulierende Strom in der Spule (der weiterhin Magnetismus erzeugt, der das Relais aktiviert hält) viel schneller ertrinkt.

Der Vorteil ist, dass der Transistorkollektor nur eine Spannung sieht, die ungefähr Vcc + 11 V beträgt, und jeder, der diese Schaltung entwirft, wird sicherstellen, dass der Transistor für diesen leichten Überschuss ausgelegt ist.

Angenommen, dies ist die Schaltung, von der Andy spricht, liegt der Grund für den Zener teilweise darin, die Leistung wiederherzustellen, aber auch die Lebensdauer der Relaiskontakte zu verlängern . Ein einfacher Rücklauf (während der Transistor geschützt wird) kann das Relais selbst stark belasten und dazu führen, dass es verschweißt wird, da nicht genügend Kraft aufgebracht wird, um die Kontakte aufzubrechen. Aus der Appnote von TE, die diesem Thema gewidmet ist:

Eine sehr gängige Praxis besteht darin, die Spule einfach mit einer Allzweckdiode zu überbrücken und die Diode so zu platzieren, dass sie die Quellenspannung blockiert und mit der umgekehrten Polarität der durch die Spule induzierten Spannung leitet. Dies stellt einen Pfad für den in der stromlosen Spule fließenden Strom bereit, der extern in die Spule zurückgeleitet wird, wodurch die Größe der durch die Spule induzierten Spannung auf den Durchlassabfall der Diode begrenzt wird, wodurch der Spulenstrom und der resultierende magnetische Fluss langsam abfallen (siehe Abb. 2).

Dieser Dioden-Shunt bietet maximalen Schutz für den Festkörperschalter, kann jedoch sehr nachteilige Auswirkungen auf die Schaltfähigkeit des Relais haben. Es ist wichtig zu erkennen, dass die zum Öffnen des Ankers verfügbare Nettokraft die Differenz zwischen den magnetischen Rückhaltekräften und den Federöffnungskräften ist, die sich jeweils in einer Weise ändern, dass sich die Nettokraft sowohl mit der Zeit als auch ändert Ankerstellung. Es ist diese Nettokraft, die die Ankersystemgeschwindigkeit und Impulsenergie verursacht, wenn sie versucht, eine Anker- und Kontaktfederübertragung zu bewirken.

Ein langsam abfallender magnetischer Fluss (der langsamste wird bei einem einfachen Dioden-Shunt über der Spule erfahren) bedeutet das kleinste verfügbare Nettokraftintegral, um den Anker zu beschleunigen. Tatsächlich kann ein schneller Verlust der von steifen NO-Kontaktfedern gelieferten Öffnungskräfte in Verbindung mit langsam abklingenden Magnetkräften tatsächlich eine Periode der Nettokraftumkehr verursachen, in der die Ankergeschwindigkeit verlangsamt, gestoppt oder sogar vorübergehend umgekehrt wird, bis der Fluss weiter abfällt , wodurch schließlich verfügbare Federrückstellkräfte zugelassen werden, um zu bewirken, dass die Übertragung fortgesetzt wird.

Es ist ebenso wichtig zu erkennen, dass, wenn die Kontakte eines typischen Leistungsrelais schließen und sehr schnell ansteigende (z. B. ohmsche) mittlere oder hohe Stromlasten mit der Spannungsquelle verbinden, eine winzige geschmolzene Grenzfläche zwischen den Gegenkontakten auftritt, was zu einem Mikroschweiß- oder Haftzustand, der beim nächsten Öffnungstransfer getrennt werden muss. Die „Stick“-Kraft liegt normalerweise gut innerhalb der Fähigkeit der Nettoöffnungskraft, unterstützt durch das Moment des sich bewegenden Ankers, den Stick zu brechen und eine Kontaktübertragung zu bewirken. Der Verlust oder sogar die Umkehrung der Ankergeschwindigkeit (unter den Bedingungen eines einfachen Dioden-Nebenschlusses, wie oben beschrieben) und der damit einhergehende Verlust des Ankerimpulses, der zum Unterbrechen des Kontaktstifts erforderlich ist, kann jedoch dazu führen, dass der Stift nicht bricht und ein Kontakt „verschweißt“. “ ist erfahren. Je schneller der Spulenstrom abklingt,

Offensichtlich wird dies optimiert, wenn keine Unterdrückung verwendet wird. Eine nahezu optimale Abklingrate kann jedoch erreicht werden, indem eine Zenerdiode in Reihe mit einer Allzweckdiode verwendet wird. Wenn die Spulenquelle unterbrochen wird, wird der Spulenstrom durch diese Reihenschaltung geleitet, wobei eine Spannung gleich der Zener-Spannung (plus Vorwärtsdiodenabfall) aufrechterhalten wird, bis die Spulenenergie dissipiert ist. Dies ist in Abb. 3 dargestellt.

Die Diode blockiert den Zener im Vorwärtsleitungsmodus, während Zener und Diode beide leiten, wenn$V > V_{zener}+0.7V$. Der Zweck besteht darin, die induktive Energie schneller zu entladen, da nur die Flyback-Dide verwendet wird:
$Tau = L/R$, wenn also parallel zum Induktor eine Freilaufdiode mit niedrigem Durchlasswiderstand vorhanden ist, zirkuliert der Strom ziemlich lange. Angenommen, Sie haben eine große elektromechanische Bremse, wenn Sie die Versorgung trennen, zirkuliert der Strom mit konstanter Abklingzeit$Tau=L/R$. Wenn Sie nun einen größeren Widerstand anlegen, verkürzt sich die Abklingzeit, deshalb wird Zener oder Varistor verwendet, aber Varistor kann nur eine endliche Anzahl von Schüssen aufnehmen.