Probleme mit Flyback-Dioden und Probleme mit dem Pull-In & Hold-Strom in dieser Relaisschaltung

Dies mag zwar eine grundlegende Frage sein, aber ich kämpfe immer noch damit. In diesem Schema sind zwei Zenerdioden D1 und D2 über die Relaisspule L1 hintereinander geschaltet. Die BVds = -30 V für Q1. Kann ich 15V (Vz = 15V) Zenere für D1 und D2 anstelle von 5,1 V Zenern verwenden? Können die Relaisspule oder die Kontakte beim Ausschalten des Relais beschädigt werden? Bei Bedarf verwende ich dieses Relais (5V DC Standard Coil).

Um den Stromverbrauch der Relaisspule im eingeschwungenen Zustand zu verringern, möchte ich den im Schaltplan gezeigten RC-CTKT verwenden. Sobald Q1 eingeschaltet wird, erscheint der ungeladene Kondensator vorübergehend als Kurzschluss, wodurch maximaler Strom durch die Relaisspule fließt und die Relaiskontakte ohne Rattern geschlossen werden. Wenn sich der Kondensator auflädt, nehmen jedoch sowohl die Spannung über als auch der Strom durch die Relaisspule ab. Die Schaltung erreicht einen stationären Zustand, wenn der Kondensator so weit aufgeladen ist, dass der gesamte Strom durch die Relaisspule durch R1 fließt. Die Kontakte bleiben weiterhin geschlossen, bis die Antriebsspannung entfernt wird.

Welches ist der beste Ort, um diesen RC-Abschnitt mit der Bezeichnung "A" oder "B" schematisch zu platzieren. Wird es einen Unterschied machen? Abschnitt B scheint mir die beste Wahl zu sein, da sich der Kondensator C1 beim Ausschalten von Q1 über R1 über Masse entladen kann. Wie entlädt sich C1, wenn ich stattdessen RC ckt in Abschnitt A platziere? Vermisse ich hier etwas? Hat das Setzen dieses RC-Ckt irgendwelche Nebenwirkungen? Eine bessere Lösung?

Bitte korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege oder etwas vermisse.

UPDATE1 am 09.07.2012:

Angenommen, im obigen Schaltplan habe ich eine 6-V-DC-Standardspule (siehe Datenblatt oben) und ein 48,5-Ohm-Relais. Und nehmen Sie C1 = 10uF sagen. Angenommen, R1C1 ckt befindet sich in Abschnitt A im obigen Schema. Die Stromversorgung liegt bei + 5V.

Für einen Abfall von 3 V (Haltespannung) an der Relaisspule muss der Strom ca. 62 mA betragen. durch Spule. Der Abfall über R1 im eingeschwungenen Zustand beträgt also 2V. Für einen Strom von 62 mA durch die Relaisspule im eingeschwungenen Zustand muss R1 32,33 Ohm betragen.

Die Ladung an C1 beträgt im eingeschwungenen Zustand 2 V x 10 uF = 20 uC.

In diesem Datenblatt wird die Betriebszeit als 15 ms Worst-Case angegeben. Aus den obigen Daten ergibt sich RC = 48,5 Ohm x 10 uF = 0,485 ms. Sobald Q1 eingeschaltet ist, ist der C1 in 2,425 ms fast vollständig aufgeladen.

Woher weiß ich nun, dass diese Dauer von 2,425 ms ausreicht, damit das Relais seine Kontakte schließt?

In ähnlicher Weise beträgt die Spannung an C1 -2 V + (-3,3), sobald Q1 aufgrund der durch den Zener D2 (Vz = 3,3 V) und einen Diodenabfall der Diode D1 von 0,7 V erzeugten und auf 3,3 V geklemmten Gegen-EMK ausgeschaltet wird V - 0,7 V) = -2 V. Die Ladung an C1 beträgt jedoch immer noch 20 uC. Da die Kapazität konstant ist, muss die Ladung abnehmen, wenn die Spannung an C1 unmittelbar nach dem Ausschalten von Q1 von + 2 V auf -2 V abnimmt.
Ist es nicht eine Verletzung von Q = CV?

Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Strom, der aufgrund der Gegen-EMK durch die Relaisspule fließt, 62 mA in der gleichen Richtung wie vor dem Ausschalten von Q1.

Wird dieser 62-mA-Strom den C1 laden oder entladen ? Die Spannung an C1 beträgt 6V, sobald Q1 ausgeschaltet ist, oder? Ich habe nicht verstanden, wie Ströme zwischen R1, C1, D1, D2 und der Relaisspule fließen, sobald Q1 ausgeschaltet ist.

Kann jemand Licht in diese Fragen werfen?

UPDATE2 am 14.07.2012:

"Der Strom in einer Induktivität ändert sich nicht sofort" - Während es eine Flyback-Diode D1 gibt ( sagen wir, D1 ist kein Zener, sondern ein Kleinsignal oder eine Schottky-Diode , und der Zener D2 wird im obigen Schema entfernt), sobald Q1 ist ausgeschaltet, wird es nicht einmal eine aktuelle Spitze geben (nicht einmal für wenige usecs)?

Ich frage dies, weil, wenn es eine Stromspitze gibt, die Strommenge, die während dieser Spitze fließt (sagen wir in diesem Fall> 500 mA), die Rücklaufdiode beschädigen könnte, wenn ich eine Diode mit einer maximalen Vorwärtsspitzenstromstärke von ausgewählt hätte nur ungefähr 200mA oder so.

62 mA ist die Strommenge, die durch die Relaisspule fließt, wenn Q1 eingeschaltet ist. Wird der Strom durch die Relaisspule niemals 62 mA überschreiten - nicht einmal für einen Moment (etwa für einige Benutzer), nachdem Q1 ausgeschaltet wurde?

Sie können den RC entweder auf der B-Seite oder auf der A-Seite platzieren. Wenn Komponenten in Reihe geschaltet werden, spielt die Reihenfolge für die Arbeit keine Rolle.

Über die Dioden. Wenn Sie das Relais ausschalten, wird eine (möglicherweise große) negative Spannung am Drain des FET verursacht, und eine Flyback-Diode wird verwendet, um diese Spannung auf einen Diodenabfall von 0,7 V zu begrenzen. Die Diode (n) dienen also nicht zum Schutz der Spule, sondern des FET. Wenn Sie die Zenere verwenden, kann diese Spannung auf -5,7 V oder -15,7 V steigen, wenn Sie die 15-V-Zenere verwenden. Hier gibt es keinen Grund, Risiken einzugehen, selbst wenn der FET -30 V verarbeiten kann. Ich würde also nur einen Gleichrichter oder eine Signaldiode oder noch besser eine Schottky-Diode verwenden.

Bearbeiten Sie Ihren Kommentar.
Sie können in der Tat einen Zener verwenden (kombiniert mit einer gemeinsamen Diode, D1 muss kein Zener sein), um die Ausschaltzeit zu verkürzen , und Tyco erwähnt dies auch in diesem Anwendungshinweis , aber ich lese nicht es, als ob sie darauf bestehen . Die Oszilloskopbilder im ersten Link zeigen eine dramatische Verkürzung der Ausschaltzeit, die jedoch die Zeit zwischen dem Deaktivieren des Relais und dem ersten Öffnen des Kontakts misst, nicht die Zeit zwischen dem ersten Öffnen und der Rückkehr in die Ruheposition viel weniger ändern.

Bearbeiten Sie das 6-V-Relais und die RC-Schaltung.
Wie ich in dieser Antwort sagte , können Sie ein Relais unter seiner Nennspannung betreiben. Da seine Betriebsspannung 4,2 V beträgt, kann die 6-V-Version Ihres Relais auch bei 5 V verwendet werden Wenn Sie einen Vorwiderstand verwenden, der nicht höher als 9 Ω ist, haben Sie diese 4,2 V, und dann brauchen Sie den Kondensator nicht (achten Sie auf die Toleranz für 5 V!). Wenn du tiefer gehen willst, bist du allein; Das Datenblatt gibt keine Must-Hold-Spannung an. Angenommen, dies wären 3 V. Dann können Sie einen Vorwiderstand von 32 Ω verwenden und benötigen den Kondensator, um das Relais zu aktivieren.

Die Betriebszeit beträgt maximal 15 ms (was lang ist), sodass die Relaisspannung beim Laden des Kondensators erst 15 ms nach dem Einschalten unter 4,2 V fallen sollte.

Jetzt müssen wir die RC-Zeit dafür berechnen. R ist die Parallele zwischen dem Spulenwiderstand des Relais und dem Serienwiderstand (das ist Thévenins Fehler), also 19,3 Ω. Dann

$3 V + 2 V \cdot e^{\dfrac{- 0.015 ms}{19.3 \Omega \text{ C}}} = 4.2 V$

$\text{C}$

$\times$

Die 62 mA laden oder entladen den Kondensator nicht. Wir wenden häufig das aktuelle Kirchhoffsche Gesetz (KCL) auf Knoten an, aber es gilt auch für Regionen:

Zeichnen Sie eine Grenze um C1 und R1, und Sie werden sehen, dass es nur einen Weg zur Außenwelt gibt, da der Weg zum FET abgeschnitten ist. Da der Gesamtstrom Null sein muss, kann durch diese eindeutige Verbindung kein Strom fließen. Die Spule muss sich selbst um die 62 mA kümmern, und zwar unter Verwendung der von den Zenern gebildeten Schleife.

Ein Relais kann als Induktor mit einem signifikanten Serienwiderstand modelliert werden. Wenn der Strom in der Induktivität einen bestimmten Pegel erreicht, wird der Kontakt "eingezogen". Wenn der Strom unter einen bestimmten niedrigeren Wert fällt, wird der Kontakt freigegeben.

Der Grund, warum Flyback-Dioden benötigt werden, besteht darin, dass sich Induktoren, um eine mechanische Analogie zu verwenden, als "bewegliche Fluidmasse" verhalten. So wie es nicht möglich ist, dass eine sich bewegende physische Masse sofort stoppt, und die Kraft, die eine sich bewegende Masse erzeugt, wenn sie auf etwas trifft, proportional zur Beschleunigung ist, die das Ding versucht, der Masse zu verleihen, so auch bei Induktoren. Der Strom in einer Induktivität ändert sich nicht sofort, sondern mit einer Rate, die proportional zur Spannung an der Induktivität ist. Umgekehrt ist die Spannung an einem Induktor proportional zu der Rate, mit der externe Kräfte versuchen, die Rate zu ändern, mit der Strom durch ihn fließt. Ein Gerät, das versucht, den Strom in einer Induktivität sofort zu stoppen, kann ihn nicht sofort stoppen.

Die Funktion einer Rücklaufdiode besteht darin, den Strom in der Induktivität mit einem anderen Pfad als dem Transistor zu versorgen. Der Strom muss zumindest für kurze Zeit irgendwo weiter fließen, und eine Flyback-Diode bietet einen sicheren Weg. Die einzige Einschränkung bei einer einfachen Flyback-Diode besteht darin, dass der Strom möglicherweise "zu gut" weiterfließen kann. Die Rate, mit der der Strom in der Induktivität abfällt, ist proportional zum Spannungsabfall über der Induktivität (einschließlich des Spannungsabfalls im implizierten Serienwiderstand). Je niedriger die Spannung an der Induktivität ist, desto länger dauert es, bis der Strom in der Induktivität abfällt. Durch Hinzufügen einer Zenerdiode in Reihe mit der Flyback-Diode wird die Rate erhöht, mit der der Induktorstrom abfällt, und somit die Zeit vor dem Ausschalten des Relais verringert.