Flyback dioda - Flyback diode
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Října 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |

A flyback dioda je dioda připojeno přes induktor slouží k eliminaci zpětného letu, což je náhlé napěťový hrot vidět přes induktivní zatížení když je jeho napájecí proud náhle snížen nebo přerušen. Používá se v obvodech, ve kterých jsou indukční zátěže ovládány spínače a v spínané napájecí zdroje a střídače.
Tato dioda je známá pod mnoha jinými jmény, jako např urážka dioda, komutační dioda, volnoběžná dioda, supresorová dioda, svorková diodanebo zachytit diodu.[1][2]
Úkon
Obr. 1 ukazuje induktor připojený k baterii - zdroj konstantního napětí. Rezistor představuje malý zbytkový odpor vinutí drátu induktoru. Když je spínač sepnutý, napětí z baterie je přivedeno na induktor, což způsobí, že proud z kladné svorky baterie protéká dolů přes induktor a odpor.[3][4] Nárůst proudu způsobuje a zpět EMF (napětí) přes induktor kvůli Faradayův zákon indukce který se staví proti změně proudu. Protože napětí na induktoru je omezeno na napětí baterie 24 voltů, je rychlost nárůstu proudu omezena na počáteční hodnotu Takže proud přes induktor roste pomalu, protože energie z baterie je ukládána do magnetického pole induktoru. Jak proud stoupá, klesá více napětí přes odpor a méně přes induktor, dokud proud nedosáhne ustálené hodnoty s veškerým napětím baterie přes odpor a žádným přes indukčnost.
Když je spínač otevřený na obr. 2 proud rychle klesá. Induktor odolává poklesu proudu tím, že vyvíjí velmi velké indukované napětí s polaritou v opačném směru baterie, kladné na spodním konci induktoru a záporné na horním konci.[3][1][4] Tento napěťový impuls, někdy nazývaný indukční „kop“, který může být mnohem větší než napětí baterie, se objevuje na spínacích kontaktech. To způsobí, že elektrony přeskočí vzduchovou mezeru mezi kontakty, což způsobí okamžik elektrický oblouk při otevření spínače se budou vyvíjet napříč kontakty. Oblouk pokračuje, dokud se energie uložená v magnetickém poli induktoru nerozptýlí jako teplo v oblouku. Oblouk může poškodit kontakty spínače, způsobit důlkovou korozi a hoření, případně je zničit. Pokud tranzistor se používá k přepínání proudu, například při spínání napájecích zdrojů, vysoké reverzní napětí může zničit tranzistor.
Aby se zabránilo indukčnímu pulzu napětí na odbočce, je přes induktor připojena dioda, jak je znázorněno na obr. 3.[3][1][4] Dioda nevodí proud, když je spínač sepnutý, protože je obráceně předpjatý napětím baterie, takže to nenarušuje normální provoz obvodu. Když je však spínač rozpojen, indukované napětí na induktoru s opačnou polaritou dopředné předsudky dioda a vede proud, omezuje napětí na induktoru a tím brání vytvoření oblouku na spínači. Induktor a dioda na okamžik tvoří smyčku nebo obvod napájený akumulovanou energií v induktoru. Tento obvod dodává do induktoru proudovou cestu, aby nahradil proud z baterie, takže indukční proud náhle neklesne a nevyvine vysoké napětí. Napětí na induktoru je omezeno na dopředné napětí diody, kolem 0,7 - 1,5V. Tento „volnoběžný“ nebo „zpětný“ proud procházející diodou a induktorem pomalu klesá na nulu, protože magnetická energie v induktoru je rozptýlena jako teplo v sériovém odporu vinutí. V malém induktoru to může trvat několik milisekund.


Tyto obrázky ukazují napěťový hrot a jeho eliminaci pomocí zpětné diody (1N4007 ). Induktorem je v tomto případě solenoid připojený k napájení 24 V DC. Každá křivka byla pořízena pomocí digitálního osciloskopu nastaveného na spuštění, když napětí na induktoru kleslo pod nulu. Všimněte si odlišného měřítka: levý obrázek 50 V / dělení, pravý obrázek 1 V / dělení. Na obrázku 1 se napětí měřené napříč přepínačem odráží / zvyšuje na přibližně -300 V. Na obrázku 2 byla přidána zpětná dioda antiparalelní se solenoidem. Namísto zvýšení na -300 V umožňuje dioda flyback vytvořit pouze přibližně -1,4 V potenciálu (-1,4 V je kombinací dopředného zkreslení 1N4007 dioda (1,1 V) a spodní část kabeláže oddělující diodu a solenoid[pochybný ]). Křivka na obrázku 2 je také mnohem méně skákací než křivka na obrázku 1, pravděpodobně kvůli oblouku u spínače pro obrázek 1. V obou případech je celková doba pro vybití solenoidu několik milisekund, i když nižší pokles napětí přes diodu zpomalí výpadek relé.
Design
Při použití s DC cívkou relé, zpětná dioda může způsobit zpožděný pokles kontaktů při odpojení napájení v důsledku pokračující cirkulace proudu v cívce relé a diodě. Pokud je důležité rychlé otevření kontaktů, je to odpor nebo předpětí Zenerova dioda může být zapojen do série s diodou, aby pomohl rychleji rozptýlit energii cívky, na úkor vyššího napětí na spínači.
Schottkyho diody jsou preferovány v aplikacích s flyback diodami pro spínání výkonových měničů, protože mají nejnižší dopředný pokles (~ 0,2 V spíše než> 0,7 V pro nízké proudy) a jsou schopné rychle reagovat na zpětné zkreslení (když je induktor znovu napájen) . Rozptylují tedy méně energie při přenosu energie z induktoru na kondenzátor.
Indukce při otevření kontaktu
Podle Faradayův zákon indukce, pokud se změní proud přes indukčnost, tato indukčnost indukuje napětí, takže proud bude dál proudit, dokud bude v magnetickém poli energie. Pokud proud může proudit pouze vzduchem, je napětí tak vysoké, že vzduch vede. Proto je u mechanicky spínaných obvodů téměř okamžitý rozptyl, ke kterému dochází bez zpětné diody, často pozorován jako oblouk přes otevírací mechanické kontakty. Energie se v tomto oblouku rozptýlí primárně jako intenzivní teplo, které způsobuje nežádoucí předčasnou erozi kontaktů. Dalším způsobem, jak rozptýlit energii, je elektromagnetické záření.
Podobně pro nemechanické přepínání v pevné fázi (tj. Tranzistor) mohou velké poklesy napětí přes neaktivovaný spínač v pevné fázi zničit dotyčnou součást (buď okamžitě, nebo zrychleným opotřebením).
Část energie se také ztrácí ze systému jako celku az oblouku jako širokého spektra elektromagnetického záření ve formě rádiových vln a světla. Tyto rádiové vlny mohou způsobit nežádoucí kliknutí a vyskočení na blízkých rádiových přijímačích.
Aby se minimalizovalo anténní záření této elektromagnetické energie z vodičů připojených k induktoru, měla by být zpětná dioda připojena co možná nejblíže k induktoru. Tento přístup také minimalizuje ty části obvodu, které jsou vystaveny nežádoucímu vysokému napětí - dobrá technická praxe.
Derivace
Napětí na induktoru je podle zákona elektromagnetická indukce a definice indukčnost:
Pokud není žádná zpětná dioda, ale pouze něco s velkým odporem (například vzduch mezi dvěma kovovými kontakty), řekněme, R2, budeme to přibližovat jako:
Pokud otevřete spínač a ignorujeme ho PROTICC a R1, dostaneme:
nebo
což je diferenciální rovnice s řešením:
Pozorujeme, že proud bude klesat rychleji, pokud je odpor vysoký, například se vzduchem.
Nyní, když otevřete spínač s diodou na místě, musíme jen zvážit L1, R1 a D1.Pro Já > 0, můžeme předpokládat:
tak:
který je:
jehož řešení je:
Můžeme vypočítat čas potřebný k vypnutí určením, za kterou t to je Já(t) = 0.
Aplikace
Diody Flyback se běžně používají, když jsou indukční zátěže vypnuty polovodičovými zařízeními: in relé Řidiči, H-můstek řidiči motorů atd. A spínaný napájecí zdroj také využívá tento efekt, ale energie se nerozptyluje do tepla a místo toho se používá k čerpání paketu dodatečného náboje do kondenzátoru za účelem napájení zátěže.
Pokud je indukční zátěží relé, může zpětná dioda znatelně zpozdit uvolnění relé tím, že udržuje proud cívky delší. Odpor v sérii s diodou způsobí rychlejší rozpad cirkulujícího proudu při nevýhodě zvýšeného zpětného napětí. Zenerova dioda v sérii, ale s obrácenou polaritou, pokud jde o flyback diodu, má stejné vlastnosti, i když s pevným nárůstem reverzního napětí. V tomto případě by měla být zkontrolována jak napětí tranzistoru, tak výkonová charakteristika rezistoru nebo zenerovy diody.
Viz také
Reference
- ^ A b C Wilcher, Don (2012). Naučte se elektroniku pomocí Arduina. Apress. str. 74–75. ISBN 978-1430242673. Citováno 2020-05-14.
- ^ Agarwal, Tarun (2016-08-26). „Volnoběžka nebo Flyback dioda a jejich funkce“. ELPROCUS. Citováno 21. května 2018.
- ^ A b C Herrick, Robert J. (2003). DC / AC obvody a elektronika: Principy a aplikace. Cengage Learning. 879–881. ISBN 0766820831.
- ^ A b C Jacob, J. (2001). Výkonová elektronika: principy a aplikace. Cengage Learning. str. 292–294. ISBN 0766823326.
Další čtení
- Ott, Henry (1988). Techniky redukce šumu v elektronických systémech (2. vyd.). Wiley. ISBN 978-0471850687.
externí odkazy
- Technické poznámky k relé - Američan Zettler
- Poznámky k aplikacím relé - TE Connectivity
- Obvod RC relé - Evox Rifa
- Aplikační obvody miniaturních signálních relé - NEC / Tokin
- Čas zapnutí / vypnutí diody a tlumení relé - Clifton Laboratories
- „dioda pro hroty cívky relé a hroty pro vypnutí motoru?“ - sci.electronics.design