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

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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).

Schema

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?

Buchsen
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@ stevenvh- Du willst RC = (R1 || Rcoil) x C1 sagen?
Jacks
Yesssssssssssssss
stevenvh
Ihre letzte Bearbeitung (die 6 V über C1) ist nicht korrekt. Die niedrige Seite geht auf -4 V, aber die hohe Seite schwebt, also geht sie auf -2 V. Ich habe in meiner Antwort in der Bearbeitung erklärt, dass kein Strom zum oder vom Kondensator fließt, also ist es Spannung kann sich nicht ändern.
Stevenvh
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Wenn mit "-2V" gemeint ist, dass die hohe Seite bei -2 V liegt, ist das richtig. Aber das ist es dann nicht. Es spielt keine Rolle, da die Zeit sehr kurz ist, aber das Ausschalten des FET bewirkt die Spannungsänderung und gleichzeitig beginnt sich C1 zu entladen, da es der Strom durch den FET war, der ihn geladen hielt. Die beiden Prozesse der C1-Entladung und der "Entladung" der Spule (mit allem, was dazu gehört) werden beide durch das Ausschalten des FET verursacht, laufen jedoch unabhängig voneinander ab.
Stevenvh
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Ja, aber ich würde sagen "die niedrige Seite liegt bei -4 V und es gibt +2 V über C1, also liegt die hohe Seite bei -2 V". Es ist dasselbe, aber es zeigt besser Ursache und Wirkung an.
Stevenvh

Antworten:

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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.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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

3V+2Ve0.015ms19.3Ω C=4.2V

C


×

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:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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.

stevenvh
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Ich verstehe diese Sicherheitsmargen! Tatsächlich war BVds = -30 V nur ein Referenzwert. Mit dieser Frage möchte ich wissen, ob die Möglichkeit besteht, die 5-V-DC-Relaisspule durch Anbringen von 15-V-Zenerdioden zu beschädigen, da beim Ausschalten des Relais die Spannung an der Relaisspule -15,7 V betragen könnte, wodurch ein Relais beschädigt werden könnte Spule für 5V ausgelegt? Ist es nicht? Nehmen Sie BVds = -50V sagen.
Jacks
@jacks - Die maximale Spulenspannung ist nicht im Datenblatt angegeben, beträgt jedoch normalerweise das 1,5- bis 1,8-fache der Nennspannung, also wahrscheinlich 7,5 V bis 9 V. Ein 15-V-Dorn wird die Spule wahrscheinlich nicht beschädigen, obwohl ich dies grundsätzlich nicht zulassen würde: Halten Sie sich an die Spezifikationen. Ein Grund mehr, keine Zenere zu verwenden.
Stevenvh
Wenn im Allgemeinen Zenere über die Relaisspule verwendet werden, darf deren Vz die Nennspulenspannung (in diesem Fall 5 V) + 1 nicht überschreiten, dh Vz = 6 V max. in diesem Fall für Sicherheitsränder. Übrigens bestehen einige Anwendungshinweise von Tyco und Panasonic darauf, einen Zener zusammen mit einer normalen Flyback-Diode hinzuzufügen, um das Ausschalten des Relais zu beschleunigen und damit die Lebensdauer der Kontakte zu verlängern.
Jacks
Vielen Dank für die Klarstellung :) Kann ich hier anstelle von Zener D2 eine TVS-Diode (Vrwm = 5,5 V) verwenden? Macht es einen Unterschied?
Jacks
@jacks - Ja, Sie können einen Fernseher verwenden. In diesem Dokument werden einige Unterschiede zwischen den beiden erläutert.
Stevenvh
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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.

Superkatze
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Ich habs. :) "Der Strom in einer Induktivität ändert sich nicht sofort" - Während es eine Flyback-Diode gibt (ohne Zener), gibt es nach dem Ausschalten von Q1 nicht einmal eine Stromspitze (nicht einmal für einige 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 Flyback-Diode beschädigen könnte, wenn ich eine Diode mit einer maximalen Durchlassstromstärke von ungefähr ausgewählt hätte Nur 62 mA oder so (z. B. 200 mA). - 62 mA ist die Strommenge, die durch die Relaisspule fließt, wenn Q1 eingeschaltet ist.
Jacks
Beim Ausschalten eines Induktors tritt keine Stromspitze auf. In einigen Situationen kann die Tatsache, dass der Strom an einem Ort weiter fließen muss , ohne Flyback-Schutz dazu führen, dass er einen Pfad nimmt, durch den normalerweise kein signifikanter Strom fließt es. Es ist erwähnenswert, dass die Nennwerte mechanischer Schalter bei induktiven Lasten höher sein müssen als bei nicht induktiven Lasten, selbst wenn Flyback-Dioden verwendet werden, da mechanische Schalter einen Lichtbogen physikalisch so "zeichnen" können, wie dies bei Halbleiterschaltern nicht der Fall ist.
Supercat
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Grundsätzlich passiert bei mechanischen Schaltern, dass der Widerstand in dem Moment, in dem sich der Schalter öffnet, schnell ansteigt. Normalerweise sollte dies dazu führen, dass der durch den Schalter fließende Strom so weit abfällt, dass er keinen Lichtbogen mehr aushält. Wenn jedoch eine induktive Last geschaltet wird, kann der Strom weiter fließen und den Lichtbogen aufrechterhalten, wenn sich die Kontakte weiter auseinander bewegen. Wenn der Lichtbogen nicht gelöscht wird, während sich die Kontakte auseinander bewegen, ist die Spannung, die erforderlich ist, um genügend Strom durch den Lichtbogen zu
leiten
Danke für die Klarstellung! Dies bedeutet, dass ich bei der Auswahl einer Flyback-Diode in diesem Fall nur die 62 mA berücksichtigen muss (der Strom durch die Relaisspule, wenn Q1 eingeschaltet ist). => In diesem Fall funktioniert jede maximale Vorwärtsstromdiode mit 200 mA, z. B. 1N4148 oder sogar ein Schottky, mit 62 mA << 200 mA.
Jacks
... um einen Bogen über die Leerlaufkontakte zu starten. Eine Möglichkeit, diese Situation zu betrachten, besteht darin, mechanische Schalter als einen kurzen Moment beim Trennen zu betrachten, in dem ihre Leistungsbewertungen weit unter dem liegen, was die Spezifikation sonst implizieren würde, und das Überschreiten der Spezifikationen in diesem Moment kann dazu führen, dass das Gerät "einen Lichtbogen einrastet". . Soweit ich weiß, treten solche Effekte bei Festkörperschaltern jedoch nicht in nennenswertem Maße auf; Andererseits können sie durch Überbeanspruchungsbedingungen zerstört werden, die nur einen geringen Verschleiß der Relais verursachen würden.
Supercat