何时/为什么要使用齐纳二极管作为飞轮二极管(在继电器线圈上)?

电器工程 中继 二极管 齐纳
2022-01-01 22:26:11

我一直在思考http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_5.html上的教程,在讨论飞轮二极管时,它包含了这句话,没有进一步阐述:

除了使用飞轮二极管保护半导体元件外,其他用于保护的设备还包括 RC 缓冲网络、金属氧化物压敏电阻或 MOV 和齐纳二极管。

如果它是一个大型设备,我可以看到如何需要一个 RC 网络,因此线圈可能会反冲更多的电流,而不是你想要通过单个二极管消散的电流。(如果这不是原因,请纠正我。)

我不知道 MOV 是什么,所以暂时我会忽略那个。:-)

我读过一些关于齐纳二极管的文章,但我不明白为什么这里可能需要较低的反向击穿电压?

编辑:我也对上面教程中的下图感到困惑:

在此处输入图像描述

这不会需要任何反激电压并将其转储到 Vcc 网络中吗?让继电器线圈位于 TR1 和地之间,二极管将反激电压消散到地之间不是更好的主意吗?

4个回答

来自继电器开口的电流根本不会进入 Vcc 导轨。它遵循此处显示的路径:

在此处输入图像描述

储存的能量消耗在二极管压降和继电器的线圈电阻中。

在齐纳二极管配置中,存储的能量以二极管的全齐纳电压耗散。V*I 的功率要大得多,因此电流会下降得更快,继电器可能会打开得更快一些:

在此处输入图像描述

MOV 与齐纳二极管不同,但具有相似的电路功能:当电压超过一定水平时,它们会吸收能量。它们用于过压保护,而不是用于稳压器等精密设备。

当断电时,螺线管、电磁铁或类似设备中磁场崩溃的速率将与设备上允许出现的电压成正比。如果使用按钮操作 12 伏螺线管或继电器且没有反激保护,则松开按钮可能会导致线圈上出现数百或数千伏电压,直到磁场崩溃;然而,由于线圈上的电压很大,磁场几乎会立即崩溃。

添加一个简单的钳位二极管将防止电磁阀或继电器释放时出现任何显着电压。然而,它也会导致线圈保持磁化的时间比其他情况要长得多。如果继电器线圈中的磁场需要 5 毫秒才能在 12 伏电压下达到最大强度,那么它需要大约 17 倍的时间(即 85 毫秒)才能通过钳位二极管消散。在某些情况下,这可能是个问题。添加一些其他电路来降低电压可以使线圈更快地断电。

顺便说一句,如果一个人经常切换许多 12V 继电器,我希望可以通过让钳位二极管给一个电容充电然后从该电容中获取能量用于其他目的来节省相当多的能量。我不确定是否或在哪里完成,但在弹球机之类的东西中,它似乎是一个有用的概念。

齐纳二极管通常会与续流二极管串联,阴极对阴极(相互指向)。这会导致电压更快地崩溃,因此线圈场将更快地崩溃,因此继电器/螺线管将更快地打开。在开关模式电源 (SMPS) 中,这也称为齐纳缓冲器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

另请参阅此问题/答案:齐纳二极管问题

其中一些答案对简单二极管会发生什么感到困惑。能量主要在 Rcoil 中耗散,而不是在二极管中。

关键是,当使用二极管时,耗散是 RL 指数衰减(如 RC)。它是指数级的,这使得它需要这么长时间(特别是因为释放电流可能只有 20%)。使用齐纳二极管是线性下降到零。

这根据其数据表中的 R 和 L 值模拟了一个真实的继电器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

您会注意到开启(电流上升)时间比使用二极管 (L1,D1) 的关闭时间长。

这是正确的,因为继电器电枢闭合(更好的磁路)时的电感(0.74H)比打开时(0.49H)更大。实际开启时间(0.49H)和二极管关闭时间几乎相同。

在此处输入图像描述

L2,L4 电流相同,因为两种情况下的压降相同(并且 FET 上的 Vdrain 相同。

忽略这个

示意图

模拟这个电路