Quand / pourquoi utiliseriez-vous une diode Zener comme diode de volant (sur la bobine d'un relais)?

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Je viens de cogiter sur le tutoriel à http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_5.html , et dans la discussion sur les diodes de volant, il inclut cette phrase sans autre élaboration:

Outre l'utilisation de diodes à volant pour la protection des composants semi-conducteurs, d'autres dispositifs utilisés pour la protection comprennent les réseaux RC Snubber, les varistances à oxyde métallique ou les diodes MOV et Zener.

Je peux en quelque sorte voir comment un réseau RC pourrait être nécessaire s'il s'agit d'un gros appareil et que la bobine peut donc renvoyer plus de courant que vous ne souhaitez dissiper à travers une seule diode. (Veuillez me corriger si ce n'est pas la raison.)

Je n'ai pas la moindre idée de ce qu'est un MOV donc pour le moment je l'ignorerai. :-)

J'ai lu un peu sur les diodes Zener, mais je ne comprends pas pourquoi leur tension de claquage inverse inférieure pourrait être souhaitable ici?

Edit: je suis également perplexe par le diagramme suivant du tutoriel ci-dessus:

entrez la description de l'image ici

Cela ne prendrait-il pas de tension de retour et ne la déverserait-il pas dans le réseau Vcc? Ne serait-il pas préférable d'avoir la bobine de relais entre TR1 et la masse, et la diode dissipant la tension de retour à la masse?

Colclasure de Kaelin
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Voici un excellent article qui aide à comprendre le sujet.
icarus74

Réponses:

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Le courant provenant de l'ouverture du relais ne pénètre pas du tout dans le rail Vcc. Il suit le chemin indiqué ici:

entrez la description de l'image ici

L'énergie stockée est dissipée dans la chute de diode et la résistance de bobine du relais.

Dans la configuration de diode Zener, l'énergie stockée est dissipée dans la tension Zener complète de la diode. V * I est une puissance beaucoup plus élevée, donc le courant tombera plus vite et le relais pourrait s'ouvrir un peu plus vite:

entrez la description de l'image ici

Les MOV sont différents des Zeners, mais remplissent une fonction de circuit similaire: ils absorbent l'énergie lorsque la tension dépasse un certain niveau. Ils sont utilisés pour la protection contre les surtensions, pas pour des choses de précision comme les régulateurs de tension.

markrages
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1
Belle explication de la configuration Zener… est parfaitement logique lorsqu'elle est expliquée! Je ne comprends toujours pas pourquoi (dans un circuit plus grand avec plus de composants) le courant de la bobine de désexcitation ne passerait pas partout sur le réseau Vcc. Ne cherche-t-il pas un meilleur chemin vers la terre?
Kaelin Colclasure
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Non, rappelez-vous que la masse n'est qu'un nom pratique pour "zéro volt". Si vous aimez anthropomorphiser le courant, considérez le courant dans l'inductance lorsque le transistor s'ouvre: il veut continuer même après l'ouverture du commutateur et générera autant de tension que nécessaire pour y arriver. Les différents amortisseurs fournissent simplement des chemins pratiques pour ce courant.
markrages
3
Un bon moyen d'étudier les circuits d'amortissement est d'étudier les circuits de régulation à découpage.
markrages
1
@zebonaut: Lorsque l'on considère le courant, il est souvent utile de penser en termes d'électrons. Si un sélecteur de mode abaissé abaisse la tension de 3: 1, ignorant les inefficacités, la raison pour laquelle il peut produire trois fois plus de courant qu'il absorbe est que chaque électron provenant de l'alimentation passera en moyenne par la charge trois fois (en passant deux fois par la diode de recirculation pour éviter les déclenchements dans l'alimentation).
supercat
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La clé est que lorsque vous utilisez une diode, la dissipation est une décroissance exponentielle RL (comme RC). C'est être exponentiel qui le rend si long (d'autant plus que le courant de sortie peut être seulement de 25%). Avec un zener, c'est une puissance constante - à la valeur maximale, et non exponentielle.
Henry Crun
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La vitesse à laquelle le champ magnétique va s'effondrer dans un solénoïde, un électroaimant ou un appareil similaire lorsque l'alimentation est coupée sera proportionnelle à la tension qui peut apparaître à travers l'appareil. Si l'on actionne un solénoïde ou un relais de 12 volts avec un bouton-poussoir et aucune protection contre le retour, le relâchement du bouton peut faire apparaître des centaines ou des milliers de volts à travers la bobine jusqu'à ce que le champ s'effondre; en raison de la tension élevée sur la bobine, cependant, le champ s'effondrerait presque instantanément.

L'ajout d'une simple diode de capture empêchera toute tension significative d'apparaître sur le solénoïde ou le relais lorsqu'il est relâché. Cependant, cela entraînera également la bobine à rester magnétisée beaucoup plus longtemps qu'elle ne le ferait autrement. S'il fallait 5 ms pour que le champ magnétique dans une bobine de relais atteigne sa pleine intensité à 12 volts, il lui faudrait environ 17 fois plus de temps (soit 85 ms) pour se dissiper à travers une diode de capture. Dans certaines situations, cela pourrait être un problème. L'ajout d'autres circuits pour réduire la tension peut permettre à la bobine de se désexciter beaucoup plus rapidement.

BTW, si l'on commute de nombreux relais 12V fréquemment, je m'attendrais à ce que l'on puisse économiser une bonne quantité d'énergie en faisant charger les diodes à un capuchon et en prenant ensuite l'énergie de ce capuchon à d'autres fins. Je ne sais pas si ou où cela a été fait, mais dans quelque chose comme un flipper, il semblerait que ce soit un concept utile.

supercat
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L'idée de stocker l'énergie à travers la diode à pince est brillante.
abdullah kahraman
une astuce pratique consiste à utiliser la bobine de relais comme inducteur d'un convertisseur flyback. Par exemple, utilisez le relais 5V pour faire une alimentation 12V. Une autre astuce consiste à utiliser un petit relais de signal attaché à des broches de microprocesseur fonctionnant sur batterie, pour tirer le processeur VDD vers le haut, afin qu'il y ait suffisamment de tension pour commuter de manière fiable le relais lui-même.
Henry Crun
Cela prend en fait le même temps, pas 17x. L'essentiel de la dissipation se trouve dans la bobine R, pas dans la diode. voir la simulation dans ma réponse. Le vrai problème est que c'est une décroissance exponentielle RL, et le relais peut ne pas libérer jusqu'à ce que le courant de 20% soit atteint
Henry Crun
5

La diode zener irait normalement en série avec la diode de roue libre, cathode à cathode (pointant l'une vers l'autre). Cela provoque un effondrement plus rapide de la tension et donc le champ de la bobine s'effondrera plus rapidement et donc le relais / solénoïde s'ouvrira plus rapidement. Dans les alimentations à découpage (SMPS), il est également connu comme un amortisseur Zener.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Voir aussi cette question / réponse: question diode zener

Aaron
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@Henry Crun, comment avez-vous réduit le dessin?
Aaron
2

Certaines de ces réponses sont confuses quant à ce qui se passe avec une simple diode. L'énergie est dissipée principalement dans Rcoil, pas dans la diode.

La clé est que lorsque vous utilisez une diode, la dissipation est une décroissance exponentielle RL (comme RC). C'est être exponentiel qui le rend si long (d'autant plus que le courant de sortie peut n'être que de 20%). Avec un zener c'est une baisse linéaire à zéro.

Cela simule un véritable relais à partir de ses valeurs de feuille de données de R et L.

schématique

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Vous remarquerez que le temps de marche (montée actuelle) est plus long que le temps d'arrêt à l'aide d'une diode (L1, D1).

Ce n'est pas correct car l'inductance est plus grande (0,74 H) lorsque l'armature du relais est fermée (meilleur circuit magnétique) que lorsqu'elle est ouverte (0,49 H). Le temps réel de marche (avec 0,49 H) et le temps d'arrêt avec une diode sont presque les mêmes.

entrez la description de l'image ici

Les courants L2, L4 sont les mêmes, car il y a la même baisse dans les deux cas (et le même Vdrain sur le fet.

ignorer cela

schématique

simuler ce circuit

Henry Crun
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Voici une note d'application sur l'utilisation de diodes normales + Zener pour protéger les composants et toujours se mettre hors tension rapidement. Il montre le temps de décroissance et les valeurs de tension pour plusieurs méthodes.

John SS
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Les réponses de lien uniquement ne sont pas bonnes. Ce serait une meilleure réponse si vous pouviez ajouter les points clés à la réponse réelle.
pipe