Wann/warum würden Sie eine Zenerdiode als Schwungraddiode (auf der Spule eines Relais) verwenden?

Ich habe gerade über das Tutorial unter http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_5.html nachgedacht , und in der Diskussion über Schwungraddioden enthält es diesen Satz ohne weitere Ausarbeitung:

Neben der Verwendung von Schwungraddioden zum Schutz von Halbleiterkomponenten umfassen andere zum Schutz verwendete Geräte RC-Snubber-Netzwerke, Metalloxid-Varistoren oder MOV- und Zener-Dioden.

Ich kann irgendwie sehen, wie ein RC-Netzwerk benötigt werden könnte, wenn es sich um ein großes Gerät handelt, und daher könnte die Spule mehr Strom zurückwerfen, als Sie durch eine einzelne Diode abführen möchten. (Bitte korrigieren Sie mich, wenn das nicht der Grund ist.)

Ich habe keine Ahnung, was ein MOV ist, also ignoriere ich das im Moment. :-)

Ich habe ein bisschen über Zenerdioden gelesen, verstehe aber nicht, warum ihre niedrigere Durchbruchspannung hier wünschenswert sein könnte?

Bearbeiten: Ich bin auch verwirrt über das folgende Diagramm aus dem obigen Tutorial:

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Würde dies keine Rücklaufspannung aufnehmen und in das Vcc-Netz leiten? Wäre es nicht eine bessere Idee, die Relaisspule zwischen TR1 und Masse zu haben und die Diode die Rücklaufspannung gegen Masse abzuleiten?

Hier ist ein ausgezeichneter Artikel, der das Verständnis des Themas unterstützt.

Antworten (5)

Der Strom von der Relaisöffnung geht überhaupt nicht in die Vcc-Schiene. Es folgt dem hier gezeigten Pfad:

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Die gespeicherte Energie wird im Diodenabfall und im Spulenwiderstand des Relais abgebaut.

In der Zenerdiodenkonfiguration wird die gespeicherte Energie in der vollen Zenerspannung der Diode dissipiert. V * I ist viel leistungsstärker, sodass der Strom schneller abfällt und das Relais möglicherweise etwas schneller öffnet:

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MOVs sind anders als Zener, erfüllen aber eine ähnliche Schaltungsfunktion: Sie nehmen Energie auf, wenn die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Sie werden für den Überspannungsschutz verwendet, nicht für Präzisionsdinge wie Spannungsregler.

Schöne Erklärung der Zener-Konfiguration ... Macht absolut Sinn, wenn es ausgeschrieben ist! Ich verstehe immer noch nicht, warum (in einem größeren Stromkreis mit mehr Komponenten) der Strom von der Abschaltspule im Vcc-Netz nicht über die gesamte Platine fließen würde. Sucht es nicht einen besseren Weg zum Boden?
Nein, denken Sie daran, dass Masse nur ein praktischer Name für "Null Volt" ist. Wenn Sie den Strom anthropomorphisieren möchten, berücksichtigen Sie den Strom in der Spule, wenn der Transistor öffnet: Er will auch nach dem Öffnen des Schalters weiterlaufen und erzeugt so viel Spannung wie nötig, um dies zu erreichen. Die verschiedenen Snubber bieten nur bequeme Pfade für diesen Strom.
Eine gute Möglichkeit, Snubber-Schaltungen zu untersuchen, besteht darin, Schaltreglerschaltungen zu untersuchen.
+1 zum Zeichnen von Strömen in die Schaltpläne, in rot. Es scheint weniger üblich zu sein, sich daran zu gewöhnen, in Strömen statt in Spannungen zu denken, und erfordert möglicherweise einige Anstrengung, ist aber oft so viel einfacher ...
@zebonaut: Bei der Betrachtung von Strom ist es oft hilfreich, an Elektronen zu denken. Wenn ein Buck-Modus-Umschalter die Spannung um 3:1 heruntersetzt und Ineffizienzen ignoriert, kann er dreimal so viel Strom ausgeben, wie er aufnimmt, weil jedes Elektron, das von der Versorgung kommt, im Durchschnitt die Last drei durchlaufen muss Mal (zweimal durch die Umlaufdiode gehen, um Auslösungen durch die Versorgung zu überspringen).
Der Schlüssel ist, dass bei Verwendung einer Diode die Dissipation ein exponentieller RL-Abfall ist (wie RC). Es ist exponentiell, dass es so lange dauert (insbesondere, da der Auslösestrom nur 25 % betragen kann). Bei einem Zener ist es konstante Leistung - beim Maximalwert und nicht exponentiell.
Stellen Sie sich die erregte Spule als eine Batterie mit höherer Spannung vor, die ihre Energie mit der schnellsten Abkürzung, die sie finden kann, abführen muss.

Die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld in einem Solenoid, Elektromagneten oder ähnlichen Gerät zusammenbricht, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, ist proportional zu der Spannung, die über dem Gerät auftreten darf. Wenn man ein 12-Volt-Solenoid oder -Relais mit einem Druckknopf und ohne Rücklaufschutz betätigt, kann das Loslassen des Knopfs dazu führen, dass Hunderte oder Tausende von Volt an der Spule erscheinen, bis das Feld zusammenbricht. Aufgrund der großen Spannung an der Spule würde das Feld jedoch fast augenblicklich zusammenbrechen.

Das Hinzufügen einer einfachen Fangdiode verhindert, dass eine signifikante Spannung am Solenoid oder Relais erscheint, wenn es losgelassen wird. Es wird jedoch auch dazu führen, dass die Spule viel länger magnetisiert bleibt, als dies sonst der Fall wäre. Wenn es 5 ms dauern würde, bis das Magnetfeld in einer Relaisspule die volle Stärke bei 12 Volt erreicht, dauert es etwa 17 Mal so lange (dh 85 ms), bis es sich durch eine Fangdiode auflöst. In manchen Situationen könnte das ein Problem sein. Durch Hinzufügen einer anderen Schaltung zum Abfallen der Spannung kann die Spule viel schneller abgeschaltet werden.

Übrigens, wenn man häufig viele 12-V-Relais schaltet, würde ich erwarten, dass man eine Menge Energie sparen könnte, indem man die Klemmdioden eine Kappe auflädt und dann dieser Kappe Energie für einen anderen Zweck entnimmt. Ich bin mir nicht sicher, ob oder wo das gemacht wird, aber in so etwas wie einem Flipper scheint es ein nützliches Konzept zu sein.

Die Idee, die Energie über die Klemmdiode zu speichern, ist genial.
Ein praktischer Trick besteht darin, die Relaisspule als Induktor eines Sperrwandlers zu verwenden. Verwenden Sie zB das 5-V-Relais, um eine 12-V-Versorgung herzustellen. Ein weiterer Trick besteht darin, ein kleines Signalrelais zu verwenden, das an die Pins eines batteriebetriebenen Mikroprozessors angeschlossen ist, um die VDD des Prozessors nach oben zu ziehen, sodass genügend Spannung vorhanden ist, um das Relais selbst zuverlässig zu schalten.
Es dauert tatsächlich die gleiche Zeit, nicht 17x. Der größte Teil der Verlustleistung liegt in der Spule R, nicht in der Diode. siehe Simulation in meiner Antwort. Das eigentliche Problem ist, dass es sich um einen exponentiellen RL-Abfall handelt und das Relais möglicherweise nicht löst, bis 20 % Strom erreicht sind

Die Zenerdiode würde normalerweise in Reihe mit der Freilaufdiode gehen, Kathode zu Kathode (aufeinander gerichtet). Dadurch bricht die Spannung schneller zusammen und daher bricht das Spulenfeld schneller zusammen und daher öffnet das Relais/der Magnet schneller. Bei Schaltnetzteilen (SMPS) wird dies auch als Zener-Snubber bezeichnet.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Siehe auch diese Frage / Antwort: Frage zur Zenerdiode

@Henry Crun, wie hast du die Zeichnung verkleinert?

Einige dieser Antworten sind verwirrt darüber, was mit einer einfachen Diode passiert. Die Energie wird hauptsächlich in RSpule abgeführt, nicht in der Diode.

Der Schlüssel ist, dass bei Verwendung einer Diode die Dissipation ein exponentieller RL-Abfall ist (wie RC). Es ist exponentiell, dass es so lange dauert (insbesondere, da der Auslösestrom nur 20 % betragen kann). Bei einem Zener ist es ein linearer Abfall auf Null.

Dies simuliert ein echtes Relais aus seinen Datenblattwerten von R und L.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie werden feststellen, dass die Einschaltzeit (Stromanstieg) länger ist als die Ausschaltzeit bei Verwendung einer Diode (L1, D1).

Dies ist nicht korrekt, da die Induktivität bei geschlossenem Relaisanker (besserer Magnetkreis) größer (0,74 H) als bei geöffnetem Relaisanker (0,49 H) ist. Die echte Einschaltzeit (mit 0,49H) und die Ausschaltzeit mit einer Diode sind fast gleich.

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Die Ströme L2, L4 sind gleich, da in beiden Fällen der gleiche Abfall auftritt (und derselbe Vdrain am Fet.

ignoriere das

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung

Hier ist ein App-Hinweis zur Verwendung normaler + Zener-Dioden, um Komponenten zu schützen und trotzdem schnell stromlos zu machen. Es zeigt Abklingzeit und Spannungswerte für mehrere Methoden.

Nur-Link-Antworten sind nicht großartig. Es wäre eine bessere Antwort, wenn Sie der eigentlichen Antwort die wichtigsten Punkte hinzufügen könnten.
Wann/warum würden Sie eine Zenerdiode als Schwungraddiode (auf der Spule eines Relais) verwenden?
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