Warum ist eine Diode parallel zu einer Relaisspule geschaltet?

In den meisten Stromkreisen mit Relais ist eine Diode parallel zur Spule des Relais geschaltet. Warum? Ist es immer eine gute Übung?

Da eine Induktivität (die Relaisspule) ihren Strom nicht sofort ändern kann, liefert die Rücklaufdiode einen Pfad für den Strom, wenn die Spule ausgeschaltet ist. Andernfalls tritt eine Spannungsspitze auf, die einen Lichtbogen auf den Schaltkontakten verursacht oder möglicherweise die Schalttransistoren zerstört.

Ist es immer eine gute Übung?

Normalerweise, aber nicht immer. Wenn die Relaisspule mit Wechselstrom betrieben wird, müssen eine bidirektionale TVS-Diode (oder eine andere Spannungsklemme) und / oder ein Überspannungsschutz (Serie RC) verwendet werden. Eine Diode würde in diesem Fall nicht funktionieren, da sie während der negativen Halbwelle des Wechselstroms als Kurzschluss fungieren würde. (Siehe auch Red Lion SNUB0000 für Anwendungsinformationen)

Bei Gleichstromrelais wird normalerweise, aber nicht immer, eine Diode verwendet. Wie Andy aka betonte, ist manchmal eine höhere Spannung als die von einer Diode allein zugelassene erwünscht, um das Relais schneller auszuschalten (oder andere wie Magnetspulen, Rücklauftransformatoren usw.). In diesem Fall wird manchmal eine unidirektionale TVS-Diode in Reihe mit der Rücklaufdiode hinzugefügt, die Anode an Anode (oder Kathode an Kathode) angeschlossen ist. Ein Vorwiderstand könnte anstelle der TVS-Diode verwendet werden, aber die Klemmspannung ist deterministischer, wenn die TVS-Diode verwendet wird.

Wenn ein MOSFET als Schaltelement verwendet wird, benötigen Sie normalerweise immer noch die Flyback-Diode, da die Body-Diode in die entgegengesetzte Richtung zeigt, um etwas Gutes zu tun. Eine Ausnahme bildet ein MOSFET mit "Repetitive Avalanche Rated" (z. B. IRFD220 ). Dies wird normalerweise mit einem Zenerdiodensymbol für die Body-Diode dargestellt. Diese MOSFETs sind so ausgelegt, dass sie die Spannung auf ein Niveau begrenzen, dem sie widerstehen können, wodurch die höhere Spannung für ein schnelleres Abschalten der Spule ermöglicht wird. Manchmal wird eine externe unidirektionale TVS-Diode (oder Zenerdiode) zu demselben Zweck parallel zum MOSFET geschaltet, oder wenn der MOSFET den "Repetitive Avalanche Current" oder "Repetitive Avalanche Energy" nicht verarbeiten kann, oder wenn die Avalanche Breakdown Voltage ist höher als gewünscht.

Ist es immer eine gute Übung?

Es ist fast immer eine gute Übung und sehr effektiv, ABER wenn Sie ein Relais benötigen, das so schnell wie möglich deaktiviert wird, gibt es alternative Methoden. Der Grund dafür ist, dass die gesamte in der Relaisspule gespeicherte Energie beim Öffnen des Stromkreises zur Relaisspule einen Strom durch die Schwungraddiode drückt, bis diese Energie "verbraucht" ist.

Die Diode wirkt wie ein Kurzschluss mit einem kleinen Spannungsabfall in Durchlassrichtung und mit dem Widerstand des Relais (möglicherweise 100 Ohm) wird die Deaktivierung des Relais um einige Millisekunden verzögert. Dies ist normalerweise kein Problem, aber wenn dies der Fall ist, bedeutet die Reihenschaltung eines Widerstands mit der Diode, dass die Energie erheblich schneller "verbraucht" wird.

Die Kehrseite ist, dass Ihr Steuertransistor einen Spannungsimpuls "erleiden" muss, der wesentlich höher als Vsupply + 0,7 V ist - bei Verwendung eines Widerstands kann dies die doppelte Versorgungsspannung sein, bei den meisten Schaltungen kann jedoch ein Transistor gefunden werden, der angemessen ist bewertet ist normalerweise kein problem.

Wenn der Strom durch eine Spule abgeschaltet wird, versucht die Spule (die eine Induktivität ist), den Strom aufrechtzuerhalten. Wenn für diesen Strom kein Pfad vorhanden ist, steigt die Spannung über der Spule schnell an, und der Strom findet einen Pfad durch die Isolation eines Chips oder Transistors, der diese Komponente zerstört. Die Diode liefert einen Pfad für diesen Strom, so dass die in der Spule gespeicherte Energie sicher abgeführt werden kann.

Also ja, es ist eine gute Idee, einen Entladungspfad bereitzustellen.

Eine Diode parallel zur Spule wird wahrscheinlich am häufigsten verwendet, es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, z. B. eine Dämpfung (R + C) oder eine Zenerdiode gegen Erde. Ein Widerstand in Reihe mit der Diode kann das Relais schneller abfallen lassen.

Wenn ein elektromechanisches Relais durch einen mechanischen Schalter oder einen Halbleiter schnell abgeschaltet wird, erzeugt das zusammenbrechende Magnetfeld einen erheblichen Spannungsübergang in seinem Bemühen, die gespeicherte Energie zu verteilen und der plötzlichen Änderung des Stromflusses entgegenzuwirken. Ein 12-VDC-Relais kann zum Beispiel beim Ausschalten eine Spannung von 1.000 bis 1.500 Volt erzeugen. Es ist daher üblich, Relaisspulen mit Bauteilen zu unterdrücken, die die Spitzenspannung auf ein viel kleineres Niveau begrenzen, indem ein Entladungspfad für die gespeicherte magnetische Energie bereitgestellt wird.

Die Verwendung einer Freilaufdiode ist nicht immer die beste Vorgehensweise. Hier sind einige Unterdrückungsmethoden:

1. Eine bilaterale transiente Suppressordiode
2. Eine in Sperrrichtung vorgespannte Gleichrichterdiode in Reihe mit einer Zenerdiode C. Ein Metalloxid-Varistor (MOV).
3. Eine in Sperrrichtung vorgespannte Gleichrichterdiode in Reihe mit einem Widerstand.
4. Ein Widerstand ist oft die wirtschaftlichste Unterdrückung, wenn die Bedingungen seine Verwendung erlauben.
5. Eine in Sperrrichtung vorgespannte Gleichrichterdiode.
6. Ein Widerstandskondensator "Snubber". Im Allgemeinen die unwirtschaftlichste und nicht mehr praktikable Lösung.
7. Eine bifilar gewickelte Spule mit der zweiten Wicklung als Unterdrückungsvorrichtung. Dies ist nicht sehr praktisch, da es dem Relais erhebliche Kosten und Größe hinzufügt.

Die vorgeschlagene Technik zur Relaisspulenunterdrückung besteht darin, eine in Sperrrichtung vorgespannte Gleichrichterdiode und eine Reihen-Zenerdiode parallel zur Spule zu verwenden. Dies ermöglicht dem Relais eine optimale Auslösedynamik und eine gute Kontaktlebensdauer.

Immer wenn der Stromfluss durch eine Drahtspule stoppt, wird eine Spannungsspitze erzeugt. Diese Spitze resultiert aus dem Zusammenfallen des Magnetfeldes um die Spule. Die Bewegung des Feldes über die Spule erzeugt sehr hohe Spannungsspitzen, die elektronische Komponenten beschädigen können. Dies ist, wenn Klemmdiode ins Spiel kommt. Durch die Installation der C-Diode parallel zur Spule wird ein Bypass für die Elektronen erzeugt, während der Stromkreis offen ist oder Strom durch die Spulenstopps fließt.