Kann eine Zenerdiode, die einen Schalter gegen Induktivität schützt, wenn der Schalter geöffnet wird, die Einschaltgeschwindigkeit des Ventils beeinflussen, wenn Sie es wieder schließen?

Wie Sie wahrscheinlich wissen, ist in Anwendungen, in denen die Ausschaltgeschwindigkeit der Magnetventile entscheidend ist, die einfache Rücklaufdiode nicht wirksam. Einige Leute schalten einen Widerstand in Reihe mit der Rücklaufdiode, um das Problem zu lindern, aber für wirklich schnelle Anwendungen wird die Zenerdiode empfohlen.

Sie können es auf dem Bild sehen (drittes von links).

Ich denke (aber ich bin nicht sicher und bitte korrigiere mich, wenn ich mich irre), dass der Strom nur dann durch die Schleife fließt, wenn die Spannung höher als die Zenerspannung V_z ist.

Was ich nicht verstehe ist:

1. Was passiert mit der Spannung in der Spule, die niedriger als V_z ist? Wird es dort bleiben? Ich meine, irgendwann fällt die Spannung unter V_z und der Zweig mit der Diode ist ausgefallen! Aber wie kann die verbleibende Spannung alles im Stromkreis beeinflussen? und der nächste Einschaltbefehl?

2. Die wichtigste Frage: Wird sich dies negativ auf den nächsten Einschaltbefehl auswirken? Für meine Anwendung muss ich sie 10 Mal pro Sekunde ein- und ausschalten (ca. 5 Ein- / Ausschaltzyklen)

3. Und was ist der Kompromiss zwischen der Wahl eines höheren Wertes von V_z und eines niedrigeren Wertes ?! Angenommen, es erreicht nie die sichere Spannung des Schalters (MOSFET)? Bedeutet niedrigeres V_z langsameres Ausschalten? Wie kann V_z alles positiv / negativ beeinflussen?

Zu Ihrer Information , ich möchte Airtec 2P025-08 mit einem Arduino ein- und ausschalten. 12 VDC, 0,5 Ampere, Induktivität / Widerstand der Spule nicht bekannt!

Nur ein bisschen vorläufige Theorie.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, ohne jede Rücklaufdiode, wäre es einen Gleichrichter oder einen Zener, haben Sie eine (theoretisch unendlich) Rückschlag Spannung von der Induktivität (Ventilspule, Relaiswicklung oder was auch immer) , wenn Sie versuchen , ihren Strom abrupt zu unterbrechen. In Wirklichkeit wird der Rückschlag nicht unendlich sein, da der Spike in der Schaltung, an die er angeschlossen ist, irgendwelche unangenehmen Effekte auslöst: Er erzeugt elektrische Lichtbögen, treibt Halbleiter in einem zerstörerischen Durchschlag an, brät Widerstände an oder dringt durch das Dielektrikum von Kondensatoren. etc.

All dies in dem Versuch, die in der Induktivität gespeicherte Energie loszuwerden, die ist

$E_L = \frac 1 2\, L\, I_L^2$

$I_L$

$E_L$

$E_L$

Wenn Sie sich fragen, was passiert, wenn die Klemmwirkung aufhört, weil der Strom nicht ausreicht, um den Zener (oder die Klemmdiode) im Durchbruch (Leitung) zu halten, lautet die Antwort, dass sie wahrscheinlich schwingen wird, weil die Energie seitdem umgewandelt werden MUSS Die Stromquelle der Spule wurde abgeschaltet, und die gespeicherte Energie hängt vom Strom in der Spule ab. Die Spule wird die Energie nicht "halten", wie dies ein Kondensator tun würde, da dazu möglicherweise ein Strom in die Spule selbst fließen sollte. Daher wird die verbleibende Energie auf andere Weise umgewandelt: Streukapazität und Leckstrom der Dioden und parasitäre Kapazität der Spule selbst (zum Beispiel). Es ist eine Art nicht idealer nichtlinearer Tankkreis, der gedämpfte Schwingungen zeigt, bis die Energie vollständig in Wärme umgewandelt ist.

BEARBEITEN

(Als Antwort auf einen Kommentar von @supercat)

Hier sind einige Ergebnisse einer hastig konzipierten Schaltungssimulation mit LTspice, die die gedämpfte Schwingung zeigt, die in einer ähnlichen Situation wie der oben beschriebenen auftreten kann.

Die transiente Analyse erzeugt die folgenden Diagramme:

Wenn wir die interessanten Teile vergrößern, haben wir:

In der folgenden extrem vergrößerten Darstellung sehen Sie möglicherweise die geschätzte Frequenz der Oszillationen (ich habe das Bild verbessert, um zu zeigen, wo LTspice-Cursor platziert sind).

Aaaah, Elektronik, es ist eine verwirrende und grausame Geliebte.

Macht es aber Spaß.

Hierbei geht es um die Reaktionsgeschwindigkeit verschiedener Komponenten des Problems und / oder der Lösung.

Erstens: Die Durchlassspannung und der Durchlassstrom einer Diode werden verknüpft. Je höher die Spannung ist, die Sie daran anlegen können, desto leichter fließt der Strom.

Zweitens: Eine Spule, in der Strom fließt und die dann ausgeschaltet wird, reagiert unglaublich schnell. Wenn der Strom nicht innerhalb von Bruchteilen von Bruchteilen einer Mikrosekunde fließen kann, kann er zu unerträglichen Spannungen ansteigen (100, wenn nicht 1000).

Das Hinzufügen eines Widerstandes in Reihe ist also ein netter kleiner Trick, um die Reaktion leicht zu optimieren. Dadurch kann die Spulenspannung ein wenig weiter ansteigen, bevor die Diode beginnt, die Leistung zu verlieren. Aber auch der Widerstand befindet sich im Strompfad und behindert seine eigene Hilfe, sodass es sich tatsächlich um eine minderwertige Lösung handelt.

Die Zenerdiode ist jedoch oh, sie ist magisch. Sobald Sie die Durchbruchspannung erreicht haben, bricht sie wirklich zusammen! Die Spannungs-Strom-Kurve einer Zenerdiode beim Durchbruch ist viel eindrucksvoller. Dies hat mit der Komprimierung des Sperrfeldes zu tun, wenn Strom fließen kann, wenn ich ein 380-Seiten-Buch sehr schlecht umschreiben darf.

Wenn Sie also die Zenerkonduktanz erreicht haben, kann der Strom in einem Moment wirklich weg sein, und wie ich bereits erwähnt habe, ist es ein Kinderspiel, wenn die Spule die Zenerkonduktanz erreicht.

In Bezug auf die Zenerspannung ist der Unterschied in dieser Anwendung zwischen 3 V und 6 V ausgeprägter als der Unterschied zwischen 6 V und 12 V und so weiter. In der Regel ist die Regel von Vz> 2 * VCC ausreichend, um ein schnelles Ausschalten zu gewährleisten. Wichtiger ist, dass Ihr Zener mit der aktuellen Spitze umgehen kann.

Der Grund, warum Zener nicht so beliebt sind wie normale Schutzdioden, ist ihre derzeitige Handhabbarkeit und die Zerstörung Ihres Schutzgeräts kann den Zweck ein wenig beeinträchtigen.

Ich werde jetzt abrunden, da ich noch einkaufen muss, bevor ich mich nach Deutschland wage.

EDIT: PS: 10 mal pro Sekunde ist keine Hochgeschwindigkeitsanforderung. Das Abschalten mit hoher Geschwindigkeit für ein Relais liegt in der Größenordnung von einer Millisekunde oder weniger. Ich habe vergessen, diesen Punkt oben zu vermerken, bevor ich etwas poste. Und ein schnelles Ausschalten beeinträchtigt ein erneutes Einschalten nicht.

In Ordnung, Ihre Fragen:

1. Es wird sehr schnell abklingen, höchstens Millisekunden. Tatsächlich geht die Spannung nicht sofort auf Null, da es sich um einen LC-Tank-Schaltkreis handelt, der hauptsächlich über eine verteilte Spulenkapazität verfügt, sondern auch über Streu- und Transistorkapazität, sodass er bei hohen Frequenzen „klingelt“. Die Spule hat einen hohen Widerstand, daher ist der Q-Wert niedrig und das Klingeln wird schnell gedämpft.

2. Wenn Sie länger als 10 ms warten, hat dies keine Auswirkungen auf den nächsten Vorgang.

3. Ein höherer Vz-Wert ist für den Transistor schwieriger, führt jedoch zu einem schnelleren Ausschalten. Das Einschalten ist davon nicht betroffen (es gibt andere Tricks zur Verbesserung der Einschaltgeschwindigkeit). Wenn Sie Vz unter die maximal mögliche Versorgungsspannung (ungünstigster Fall) plus einen Diodenabfall senken, leitet die Zenerdiode, wenn die Spule eingeschaltet ist, und zerstört möglicherweise den Zener und den Transistor. Die rechte Schaltung hat dieses Problem nicht (eine anhaltende Überspannung kann jedoch zu einer Überhitzung der Zenerdiode führen).