Có thể xả đá cảm ứng mà không có diode tự do, trong ví dụ này?

Trong tài liệu, chúng ta thường thấy việc sử dụng một diode freewheel để bảo vệ mạch chống lại cú đá cảm ứng khi công tắc chuyển từ đóng sang mở (Hình 1). Tuy nhiên, những ưu / nhược điểm của việc xả năng lượng xuống đất thông qua một diode Zener (Hình 2) là gì? Tôi chưa bao giờ thấy điều này trong thực tế và tôi tự hỏi tại sao.

Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng như truyền động solenoids phun nhiên liệu trong đó điều quan trọng là thu gọn từ trường càng nhanh càng tốt.

Chỉnh sửa: Xem, ví dụ, IC điều khiển kim phun nhiên liệu LM1949 hiển thị một diode zener 33V 5W bên ngoài. Thời gian 'bật' thông thường là 2,5 đến 3,5ms và độ tự cảm điển hình nằm trong phạm vi ~ 2mH.

Bạn cũng có thể sử dụng MOSFET xếp hạng tuyết lở hoặc thêm zener từ cống MOSFET vào cổng để gây kẹp ở điện áp định trước. Xem, ví dụ, thanh ghi dịch chuyển điện TPIC6C595 của TI . Một lợi thế lớn trong trường hợp cụ thể này là nó tiết kiệm được một chân trên IC.

Vì nhiều năng lượng bị tiêu tán trong một thiết bị hoạt động, điều này khó hơn đối với mạch chuyển mạch. Khi bạn sử dụng một diode, phần lớn năng lượng bị mất trong điện trở cuộn dây và chỉ một lượng nhỏ bị mất trong diode.

Bạn cũng có thể chỉ cần thêm một điện trở nối tiếp với diode flyback bình thường. Vì dòng điện cực đại giống như dòng điện trước khi tắt, nên điện áp cực đại sẽ là điện áp cung cấp cộng với sự sụt giảm diode cộng với thời gian hiện tại của dòng điện trở. Các diode không cần thiết cho mục đích giới hạn điện áp, nhưng nó ngăn cản điện trở tiêu tán năng lượng trong khi cuộn dây được cấp điện.

Chỉnh sửa: (bên dưới là mô phỏng độ tự cảm 1mH với điện trở sê-ri 1 ohm và bộ chỉnh lưu 10A, ngay sau khi tắt dòng điện 10A)

Dấu vết màu hồng là dòng diode, dấu vết màu lục lam là sức mạnh trong điện trở cuộn dây, dấu vết màu đỏ là sức mạnh trong diode. Lực của một điện từ sẽ tỷ lệ nhiều hơn hoặc ít hơn với dòng điện cuộn dây (và do đó là diode) (dấu vết màu hồng).

Năng lượng tích hợp cho bộ chỉnh lưu: 7.7681mJ Năng lượng tích hợp cho cuộn dây: 41.844mJ

Khi kiểm tra, tổng năng lượng được lưu trữ trong từ trường rõ ràng là 50mJ và cả hai cộng lại lên tới 49,6mJ, khá gần nhau. Tôi đã sử dụng một mô hình MOSFET thực sự cho công tắc

Bằng cách so sánh nếu bạn loại bỏ diode và thêm zener 36V trên bóng bán dẫn, dòng điện giảm xuống 0 trong khoảng 350us thay vì 2,5ms, cải thiện 7: 1, nhưng zener thấy công suất cực đại 360W và hấp thụ hầu hết lưu trữ năng lượng.

So với (1) trong đó diode dẫn theo hướng thuận, diode zener trong (2) bị phá vỡ theo chiều ngược lại để làm giảm điện áp lớn hơn đến cuộn cảm mà nó đóng vai trò là nguồn điện khi nó đá. Điều này rút năng lượng từ từ trường nhanh hơn và do đó thu gọn nó nhanh hơn.

Sự hiểu biết của tôi là điều này giúp solenoids thiết lập lại nhanh hơn (vì nó giết chết từ trường giữ điện từ nhanh hơn) nhưng có vẻ như là một sự lãng phí năng lượng không cần thiết trong các kịch bản PWM vì bạn chỉ thải toàn bộ năng lượng được lưu trữ trong từ trường để tạo ra nó ngay lập tức lại lên Giống như lao lên đèn đỏ và đạp phanh chỉ để tăng tốc trở lại từ số 0 thay vì dừng lại với đèn đỏ để bạn vẫn có động lực khi đèn chuyển sang màu xanh lá cây

Một điểm khác biệt có thể có ý nghĩa là trong Hình 2, dòng xả chảy qua nguồn cung cấp năng lượng, làm tăng tổng năng lượng rút ra nhưng cũng làm chậm sự thay đổi dòng cung cấp.

Nếu cuộn dây được bật và tắt thường xuyên thì Hình 2 có thể tăng gấp đôi mức tiêu thụ điện. Đây không phải là một giải pháp tốt khi sử dụng PWM.

Mặt khác, diode trong hình 1 làm giảm điện áp emf trở lại qua chính cuộn dây, nhưng không phải trong hệ thống dây dẫn đến nó. Nếu dây nguồn dài, chúng có thể có độ tự cảm đáng kể. Sự sụt giảm nguồn cung cấp nhanh xảy ra khi tắt có thể gây ra sự tăng vọt điện áp cao làm căng thẳng bóng bán dẫn chuyển đổi.

Vì vậy, trong một mạch tắt cuộn không thường xuyên, Hình 2 có thể bảo vệ tốt hơn cho bóng bán dẫn với ít bộ phận hơn. Một lợi thế khác có thể là bạn không cần thêm một diode trên một cuộn dây có thể ở vị trí xa khó tiếp cận.

Nó phụ thuộc vào cuộn dây dùng để làm gì và bạn muốn nó làm gì. Đối với rơle, điện trở 100 ohm thường được đặt trên cuộn dây để làm giảm năng lượng nhưng vẫn cho phép rơle mở / đóng nhanh chóng. Nếu cuộn dây là một phần của bộ truyền động và cuộn dây được điều chế độ rộng xung, thì một diode được đặt ngang qua nó như bạn đã chỉ ra. Nếu bạn kết nối zener với mặt đất, điện áp cảm ứng sẽ tăng cho đến khi zener kẹp nó. Hãy thử mô hình hóa mạch trong LT Spice (miễn phí) và xem điều gì sẽ xảy ra.

Có thể giảm độ dài thời gian mà dòng điện trong cuộn cảm giảm xuống 0 bằng cách đặt một điện trở hoặc Zener nối tiếp với diode diode tự do thường thấy.

Các diode freewheel thường thấy vẫn được yêu cầu bởi vì nó dừng dẫn truyền qua điện trở hoặc Zener phân cực thuận khi bóng bán dẫn được bật.

Giá trị của điện trở sẽ được tính bằng cách xem xét dòng điện cực đại của điện trở (bằng với dòng điện dẫn khi bóng bán dẫn được bật) và xếp hạng Vce tối đa của bóng bán dẫn. Điện áp cảm ứng tối đa được tạo ra trên điện trở sau đó sẽ bị giới hạn (bằng cách chọn giá trị của điện trở) thành Vce (max) - Vsupply. Điều này sau đó, bởi vì di / dt = V / L, cho phép phân rã dòng điện dẫn nhanh nhất với kỹ thuật điện trở được thêm vào.

Để cho phép một sự phân rã thậm chí nhanh hơn hiện tại. một zener được thêm vào (chứ không phải là một điện trở). Tốc độ giảm dòng điều khiển Zener nhanh hơn tốc độ giảm điện trở được thêm vào bởi vì Zener giữ hằng số emf trở lại cảm ứng (trong phần lớn thời gian phân rã hiện tại) và do đó dòng điện phân rã theo cách tuyến tính (cách nhanh hơn) với kỹ thuật điện trở được thêm vào emf trở lại không được giữ cố định, nó phân rã theo cấp số nhân. Do đó, dòng điện của cuộn cảm cũng phân rã theo cấp số nhân, điều đó có nghĩa là mất nhiều thời gian hơn để phân rã về không.

Vì vậy, để tóm tắt - Bản thân diode freewheel là chậm nhất, điện trở được thêm nhanh hơn và Zener được thêm vào thậm chí còn nhanh hơn.