Problemy z diodami flyback oraz problemy z podłączaniem i utrzymywaniem prądu w tym obwodzie przekaźnika

Chociaż może to być podstawowe pytanie, ale wciąż mam z tym problem. Na tym schemacie dwie diody Zenera D1 i D2 są połączone tyłem do cewki przekaźnika L1. BVds = -30 V dla Q1. Czy mogę używać zenerów 15 V (Vz = 15 V) dla Z1 i D2 zamiast zenerów 5,1 V? Czy cewka przekaźnika lub styki mogą ulec uszkodzeniu podczas wyłączania przekaźnika? W razie potrzeby korzystam z tego przekaźnika (cewka standardowa 5 V DC).

Ponadto, aby zmniejszyć pobór prądu w stanie ustalonym przez cewkę przekaźnika, chcę użyć RC ckt pokazanego na schemacie. Gdy tylko Q1 włącza się, nienaładowany kondensator pojawia się chwilowo jako zwarcie, powodując przepływ maksymalnego prądu przez cewkę przekaźnika i zamykanie styków przekaźnika bez drgań. Jednak wraz z ładowaniem kondensatora zarówno napięcie w poprzek, jak i prąd w cewce przekaźnika maleją. Obwód osiąga stan ustalony, gdy kondensator naładuje się do punktu, w którym cały prąd przepływający przez cewkę przekaźnika przepływa przez R1. Styki pozostaną zamknięte, dopóki napięcie napędu nie zostanie usunięte.

Które jest najlepsze miejsce na umieszczenie tej sekcji RC oznaczonej „A” lub „B” na schemacie. Czy to coś zmieni? Sekcja B wydaje mi się najlepszym wyborem, ponieważ gdy Q1 wyłącza się, kondensator C1 może rozładować się przez R1 poprzez masę. W jaki sposób rozładuje się C1, gdy zamiast tego umieszczę RC ckt w sekcji A? Czy coś mi umyka? Czy wprowadzenie RC RC ma jakieś skutki uboczne? Jakieś lepsze rozwiązanie?

Popraw mnie, jeśli się mylę lub czegoś brakuje?

AKTUALIZACJA 1 w dniu 2012-07-09:

Powiedz na powyższym schemacie, że mam cewkę standardową 6 V DC (patrz arkusz danych powyżej), przekaźnik 48,5 oma. I weź C1 = 10uF powiedz. Załóżmy, że R1C1 ckt jest umieszczony w sekcji A na schemacie powyżej. Zasilacz ma napięcie + 5 V.

Dla spadku 3V (napięcie podtrzymujące) na cewce przekaźnika prąd musi wynosić około 62mA. przez cewkę. Tak więc spadek w R1 w stanie ustalonym wynosi 2 V. Dla prądu 62mA przez cewkę przekaźnika w stanie ustalonym, R1 musi wynosić 32,33 oma.

A ładunek na C1 wynosi 2 V x 10uF = 20uC, w stanie ustalonym.

Teraz w tej karcie danych podano czas działania na najgorszy przypadek 15 ms. Z powyższych danych mamy RC = 48,5ohm x 10uF = 0,485 ms. Tak więc, jak tylko Q1 zostanie włączone, C1 będzie prawie w pełni naładowany w 2.425 ms.

Skąd mam wiedzieć, że ten czas wynoszący 2,425 ms jest wystarczający, aby przekaźnik zamknął styki?

Podobnie, gdy tylko Q1 zostanie wyłączony, z powodu generowanego wstecznego emf i zaciśniętego do 3,3 V przez zenera D2 (Vz = 3,3 V) plus spadek diody D1 o 0,7 V, napięcie na C1 będzie wynosić -2 V + (-3,3) V - 0,7 V) = -2 V. Ale ładunek na C1 wciąż wynosi 20uC. Ponieważ pojemność jest stała, więc ładowanie musi spadać, gdy napięcie na C1 spadnie z + 2 V do -2 V natychmiast po wyłączeniu Q1.
Czy to nie jest naruszenie Q = CV?

W tym momencie prąd przepływający przez cewkę przekaźnika z powodu wstecznego pola elektromagnetycznego wyniesie 62 mA w tym samym kierunku, co przed wyłączeniem Q1.

Czy ten prąd 62mA naładuje C1 lub rozładuje C1? Napięcie na C1 wynosi 6 V, jak tylko Q1 zostanie wyłączone, prawda? Nie zrozumiałem, jak płyną prądy b / w R1, C1, D1, D2 i cewka przekaźnika, gdy tylko Q1 zostanie wyłączone.

Czy ktoś może rzucić światło na te problemy?

AKTUALIZACJA 2 w dniu 14.07.2012 :

„Natężenie prądu w cewce indukcyjnej nie zmieni się natychmiast” - Podczas gdy istnieje dioda cofania D1 ( powiedzmy, D1 nie jest zenerem, ale ma niewielki sygnał lub diodę Schottky'ego , a zener D2 jest usuwany na schemacie powyżej), jak tylko Q1 jest wyłączone, czy nie będzie nawet obecnego skoku (nawet dla kilku zastosowań)?

Pytam o to, ponieważ jeśli występuje skok prądu, to ilość prądu, który przepłynie podczas tego wzrostu (powiedzmy> 500mA w tym przypadku) może uszkodzić diodę flyback, gdybym wybrał diodę o maksymalnej wartości szczytowej prądu przewodzenia tylko około 200mA.

62mA to ilość prądu przepływającego przez cewkę przekaźnika, gdy Q1 jest włączony. Czy zatem prąd płynący przez cewkę przekaźnika nigdy nie przekroczy 62mA - nawet przez chwilę (powiedzmy, że w przypadku niektórych zastosowań) po wyłączeniu Q1?

Możesz umieścić RC albo po stronie B, albo po stronie A. Kiedy komponenty są umieszczone szeregowo, ich kolejność nie ma znaczenia dla pracy.

O diodach. Po wyłączeniu przekaźnika spowoduje to (prawdopodobnie duże) ujemne napięcie na odpływie FET, a dioda cofania służy do ograniczenia tego napięcia do spadku diody 0,7 V. Więc diody nie służą do ochrony cewki, ale FET. Użycie zenerów pozwoli, aby napięcie to wzrosło do -5,7 V lub -15,7 V, jeśli użyjesz zenerów 15 V. Nie ma powodu, aby podejmować ryzyko, nawet jeśli FET może obsłużyć -30 V. Więc użyłbym po prostu prostownika lub diody sygnałowej, a nawet lepiej diody Schottky'ego.

edytuj swój komentarz
Rzeczywiście możesz użyć Zenera (w połączeniu ze zwykłą diodą, D1 nie musi być Zenerem), aby skrócić czas wyłączenia , a Tyco wspomina o tym również w tej notatce , ale nie czytam to tak, jakby nalegali na to. Obrazy lunety w pierwszym łączu pokazują radykalne skrócenie czasu wyłączenia, ale to mierzy czas między wyłączeniem przekaźnika a pierwszym otwarciem styku, a nie czas między pierwszym otwarciem a powrotem do pozycji spoczynkowej, co spowoduje zmienić znacznie mniej.

edytuj ponownie przekaźnik 6 V i obwód RC
Jak mówiłem w tej odpowiedzi , możesz obsługiwać przekaźnik poniżej jego napięcia znamionowego, a ponieważ jego napięcie robocze wynosi 4,2 V, wersja 6 V przekaźnika może być również używana przy 5 V. użyjesz rezystora szeregowego nie wyższego niż 9 Ω, będziesz miał 4,2 V, a następnie nie będziesz potrzebować kondensatora (miej oko na tolerancję dla 5 V!). Jeśli chcesz zejść niżej, jesteś sam; arkusz danych nie podaje napięcia utrzymującego. Ale powiedzmy, że będzie to 3 V. Wtedy możesz użyć rezystora szeregowego 32 Ω i potrzebujesz kondensatora, aby aktywować przekaźnik.

Czas pracy wynosi maksymalnie 15 ms (co jest długie), więc gdy kondensator ładuje się, napięcie przekaźnika nie powinno spaść poniżej 4,2 V do 15 ms po włączeniu.

Teraz musimy obliczyć czas RC. R jest paralelą rezystancji cewki przekaźnika i rezystancji szeregowej (to wina Thévenina), więc to 19,3 Ω. Następnie

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

$\text{C}$

$\times$

62 mA nie ładuje ani nie rozładowuje kondensatora. Często stosujemy obecne prawo Kirchhoffa (KCL) do węzłów, ale dotyczy to także regionów:

Narysuj granicę wokół C1 i R1, a zobaczysz, że istnieje tylko jedna ścieżka do świata zewnętrznego, ponieważ droga do FET jest odcięta. Ponieważ całkowity prąd musi wynosić zero, przez to unikalne połączenie nie może być prądu. Cewka musi samodzielnie zadbać o 62 mA i robi to za pomocą pętli utworzonej przez zenery.

Przekaźnik może być modelowany jako cewka indukcyjna o znacznej rezystancji szeregowej. Gdy prąd w cewce osiągnie określony poziom, styk zostanie „wciągnięty”. Gdy prąd spadnie poniżej pewnego niższego poziomu, styk zostanie zwolniony.

Powodem, dla którego potrzebne są diody typu flyback, jest zachowanie cewek indukcyjnych w celu zastosowania mechanicznej analogii jako „ruchomej masy płynu”. Tak jak nie jest możliwe, aby poruszająca się masa fizyczna zatrzymała się natychmiast, a ilość siły wytworzonej przez poruszającą się masę, gdy uderzy ona w coś, jest proporcjonalna do przyspieszenia, które rzecz stara się przekazać masie, tak samo jest z cewkami indukcyjnymi. Prąd w cewce nie zmieni się natychmiast, ale zamiast tego zmieni się w tempie proporcjonalnym do napięcia na nim. I odwrotnie, napięcie na cewce będzie proporcjonalne do prędkości, z jaką siły zewnętrzne próbują zmienić szybkość, z jaką przepływa przez nią prąd. Urządzenie, które próbuje natychmiast zatrzymać prąd w cewce, nie zdoła go natychmiast zatrzymać,

Funkcja diody flyback polega na doprowadzeniu prądu do cewki indukcyjnej ścieżką inną niż tranzystor. Prąd będzie musiał gdzieś płynąć, przynajmniej przez chwilę, a dioda flyback zapewnia bezpieczną ścieżkę. Jedynym ograniczeniem związanym z prostą diodą typu flyback jest to, że może ona pozwolić, aby prąd płynął „zbyt dobrze”. Szybkość spadania prądu w cewce jest proporcjonalna do spadku napięcia na cewce (który obejmuje spadek napięcia w domniemanej rezystancji szeregowej). Im niższe napięcie na cewce, tym dłużej trwa spadek prądu w nim. Dodanie szeregowej diody Zenera do diody flyback zwiększy tempo spadku prądu cewki indukcyjnej, a tym samym skróci czas wyłączenia przekaźnika.