Flyback-diodi - Flyback diode

Kaavio yksinkertainen piiri, jonka induktanssi on L ja flyback diodi D . Vastus R edustaa induktorin käämien vastusta

Flyback diodi on diodi kytketty poikki induktorin käytetään poistamaan flyback, joka on äkillinen jännite piikki nähdään poikki induktiivinen kuorma , kun sen syöttövirran äkillisesti vähentää tai keskeyttää. Sitä käytetään piireissä, joissa induktiivisia kuormia ohjataan kytkimillä , sekä kytkentävirtalähteissä ja inverttereissä .

Tämä diodi tunnetaan monilla muilla nimillä, kuten hajautettu diodi , kommutointidiodi , vapaasti pyörivä diodi , vaimennindiodi , puristindiodi tai salausdiodi .

Operaatio

Piirit, jotka kuvaavat flyback-diodin käyttöä

Kuvassa 1 on induktori kytketty akkuun - vakiojännitelähde. Vastus edustaa induktorin johtokäämien pientä jäännösvastusta. Kun kytkin on suljettu, akun jännite kohdistetaan induktoriin, mikä saa akun positiivisen navan virran virtaamaan induktorin ja vastuksen läpi. Virran kasvu aiheuttaa takaisin EMF: n (jännitteen) induktorissa Faradayn induktiolain takia, joka vastustaa virran muutosta. Koska jännite induktorin yli on rajoitettu akun 24 voltin jännitteeseen, virran kasvunopeus on rajoitettu alkuperäiseen arvoon. Joten induktorin läpi kulkeva virta kasvaa hitaasti, kun paristosta tuleva energia varastoidaan induktorin magneettikenttään . Kun virta nousee, enemmän jännitettä pudotetaan vastuksen yli ja vähemmän induktorin yli, kunnes virta saavuttaa vakaan arvon, kun koko akun jännite on vastuksen yli eikä mikään induktanssin yli.

Kun kytkin avataan kuvassa. 2 virta laskee nopeasti. Induktori vastustaa virran laskua kehittämällä erittäin suuren indusoidun napaisuuden jännitteen pariston vastakkaiseen suuntaan, positiivisen induktorin alaosassa ja negatiivisen yläpäässä. Tämä jännitepulssi, jota joskus kutsutaan induktiiviseksi "potkuksi" ja joka voi olla paljon suurempi kuin akun jännite, ilmestyy kytkinkoskettimien yli. Se saa elektronit hyppäämään koskettimien välisen ilmarakon aiheuttaen hetkellisen sähkökaaren kontaktien yli, kun kytkin avataan. Kaari jatkuu, kunnes induktorin magneettikenttään varastoitu energia haihtuu lämpöksi valokaaressa. Kaari voi vahingoittaa kytkinkoskettimia aiheuttaen kuoppia ja palamista ja lopulta tuhoamalla ne. Jos virtaa kytketään transistorilla , esimerkiksi virtalähteissä, korkea vastajännite voi tuhota transistorin.

Induktiivisen jännitteen pulssin estämiseksi sammuttamisen yhteydessä induktorin yli on kytketty diodi, kuten kuvassa. 3. Diodi ei johda virtaa kytkimen ollessa suljettuna, koska akun jännite on puolueellinen , joten se ei häiritse piirin normaalia toimintaa. Kuitenkin, kun kytkin avataan, indusoitu jännite vastakkaisen napaisuuden eteenpäin olevan induktorin yli esijännittää diodin ja se johtaa virtaa rajoittamalla jännitettä induktorin yli ja estäen siten kaaren muodostumista kytkimessä. Induktori ja diodi muodostavat hetkellisesti silmukan tai piirin, jota syöttää induktoriin varastoitu energia. Tämä piiri toimittaa virtapolun induktorille korvaamaan virran akusta, joten induktorivirta ei putoa äkillisesti eikä kehitä suurjännitettä. Induktorin poikki oleva jännite on rajoitettu diodin lähtöjännitteeseen, noin 0,7 - 1,5 V. Tämä "vapaakäynti" tai "paluuvirta" diodin ja induktorin läpi pienenee hitaasti nollaan, kun induktorin magneettinen energia hajoaa lämpönä käämien sarjavastuksessa. Tämä voi kestää muutaman millisekunnin pienessä induktorissa.

(vasen) Oskilloskoopin käyrä, joka osoittaa 24 VDC: n virtalähteeseen liitetyn magneettikennon induktiivisen jännitepiikin. (oikea) Sama kytkentätransientti, kun paluudiodi ( 1N4007 ) on kytketty solenoidin poikki. Huomaa erilainen skaalaus (50 V / jako vasemmalla, 1 V / jako oikealla).

Nämä kuvat esittävät jännitepiikkiä ja sen eliminointia käyttämällä paluudiodia ( 1N4007 ). Induktori on tässä tapauksessa solenoidi, joka on kytketty 24 V DC -virtalähteeseen. Jokainen aaltomuoto otettiin käyttämällä digitaalista oskilloskooppia, joka oli asetettu laukaisemaan, kun jännite induktorin yli putosi nollan alapuolelle. Huomaa erilainen skaalaus: vasen kuva 50 V / jako, oikea kuva 1 V / jako. Kuvassa 1 kytkimen yli mitattu jännite pomppii / nousee noin -300 V: een. Kuvassa 2 lisättiin paluudiodi vastakkain solenoidin kanssa. Takaisinkytkentädiodin sijasta -300 V: n sijasta takaisinkytkentädiodi sallii vain noin -1,4 V potentiaalin rakentamisen (-1,4 V on yhdistelmä 1N4007- diodin (1,1 V) eteenpäin suuntautuvasta esijännityksestä ja diodin erottavan johdotuksen jalasta ja solenoidi). Kuvion 2 aaltomuoto on myös paljon vähemmän pomppiva kuin kuvion 1 aaltomuoto, ehkä johtuen kaaresta kuvion 1 kytkimessä. Molemmissa tapauksissa solenoidin purkautumisen kokonaisaika on muutama millisekunti. diodin poikki hidastaa releen keskeytymistä.

Design

Kun käytetään DC Coil rele , flyback diodi voi aiheuttaa viivästynyt drop-out koskettimien, kun teho on poistettu, koska kierrättäminen edelleen virran releen kela ja diodi. Kun koskettimien nopea avaaminen on tärkeää, vastus tai päinvastaisella esijännitetyllä Zener-diodilla voidaan sijoittaa sarjaan diodin kanssa, jotta kelan energia haihtuisi nopeammin kytkimen korkeamman jännitteen kustannuksella.

Schottky-diodit ovat suositeltavia takaisinkytkentädiodisovelluksissa tehomuuntajien kytkemiseen, koska niillä on pienin eteenpäin pudotus (~ 0,2 V eikä> 0,7 V matalilla virroilla) ja ne pystyvät vastaamaan nopeasti käänteiseen esijännitteeseen (kun kelaa vaihdetaan uudelleen) jännitteinen). Siksi ne kuluttavat vähemmän energiaa siirtäen energiaa induktorista kondensaattoriin.

Induktio koskettimen avautuessa

Mukaan Faradayn induktio , jos nykyinen kautta induktanssi muuttuu, tämä induktanssi indusoi jännitteen joten nykyinen jatkuu virtaa niin kauan kuin on olemassa energiaa magneettikentän. Jos virta voi kulkea vain ilman läpi, jännite on siten niin korkea, että ilma johtaa. Siksi mekaanisesti kytketyissä piireissä lähes hetkellinen hajoaminen, joka tapahtuu ilman paluudiodia, havaitaan usein kaarena avautuvien mekaanisten koskettimien poikki. Energia haihtuu tässä kaaressa ensisijaisesti voimakkaana lämpönä, joka aiheuttaa koskettimien ei-toivottua ennenaikaista eroosiota. Toinen tapa kuluttaa energiaa on sähkömagneettinen säteily.

Vastaavasti ei-mekaanisessa kiinteän tilan kytkennässä (ts. Transistorissa) suuret jännitehäviöt aktivoimattoman kiinteän tilan kytkimen yli voivat tuhota kyseessä olevan komponentin (joko välittömästi tai kiihtyneen kulumisen kautta).

Osa energiasta menetetään myös koko järjestelmästä ja valokaaresta laajana sähkömagneettisen säteilyn spektrinä radioaaltojen ja valon muodossa. Nämä radioaallot voivat aiheuttaa ei-toivottuja napsautuksia ja ponnahtaa läheisiin radiovastaanottimiin.

Induktoriin kytkettyjen johtojen tämän sähkömagneettisen energian antennin kaltaisen säteilyn minimoimiseksi flyback-diodi tulisi liittää niin fyysisesti lähelle induktoria kuin mahdollista. Tämä lähestymistapa minimoi myös piirin ne osat, joihin kohdistuu ei-toivottua suurjännitettä - hyvä tekninen käytäntö.

Johtaminen

Induktorin jännite on sähkömagneettisen induktion lain ja induktanssin määritelmän mukaan :

Jos ei ole flyback diodi, mutta vain jotain suuri vastus (kuten ilma kahden metalliset liittimet), esimerkiksi, R 2 , me lähentää sitä:

Jos avaamme kytkimen ja jätämme huomioimatta V CC: n ja R 1: n , saamme:

tai

mikä on differentiaaliyhtälö ratkaisun kanssa:

Huomaamme, että virta vähenee nopeammin, jos vastus on suuri, kuten ilman kanssa.

Nyt kun avaat kytkimen diodin ollessa paikallaan, meidän on otettava huomioon vain L 1 , R 1 ja D 1 . Kun I > 0 , voimme olettaa:

niin:

mikä on:

jonka ratkaisu on:

Voimme laskea ajan, jonka se tarvitsee kytkeytyä pois päältä määrittämällä, mihin t se on I ( t ) = 0 .

Sovellukset

Flyback-diodeja käytetään yleisesti, kun puolijohdelaitteet kytkevät induktiiviset kuormat pois päältä: releohjaimissa , H-silta- moottorien ohjaimissa ja niin edelleen. HAKKURITEHOLÄHDE hyödyntää myös tämä vaikutus, mutta energiaa ei hajoaa lämmön ja käytetään sen sijaan pumpun paketti lisämaksu osaksi kondensaattori, jotta antaa virran kuormaan.

Kun induktiivinen kuorma on rele, paluudiodi voi huomattavasti viivästyttää releen vapauttamista pitämällä kelavirtaa pidempään. Diodin kanssa sarjassa oleva vastus tekee kiertovirrasta nopeamman lisääntyneen vastakkaisen jännitteen haittana. Sarjassa olevalla zener-diodilla, jolla on käänteinen napaisuus paluudiodiin nähden, on samat ominaisuudet, tosin kiinteällä vastakkaisen jännitteen nousulla. Sekä transistorin jännitteet että vastuksen tai zener-diodin tehoarvot tulisi tarkistaa tässä tapauksessa.

Katso myös

Viitteet

Lisälukemista

  • Ott, Henry (1988). Kohinanvaimennustekniikat elektronisissa järjestelmissä (2. painos). Wiley. ISBN   978-0471850687 .

Ulkoiset linkit