¿"Un zener con diodo en serie"?

El circuito izquierdo (A) es lo que quiere decir.

El diodo Zener limita el voltaje a través del inductor a su valor nominal. El otro diodo está allí solo para bloquear el diodo Zener en la dirección de avance.

Con respecto al tiempo de caída, esto es mejor que solo tener el diodo normal, porque un diodo normal solo produce un voltaje de ca. 0,7 V a través del diodo. Para una caída rápida, queremos el voltaje máximo tolerable (por ejemplo, tanto como el transistor de conmutación pueda manejar) para tener una potencia alta, lo que significa disipar energía en menos tiempo.

Explicación más detallada:
Consideremos el tiempo después de que se abre el interruptor (después de que la bobina se haya energizado):
La corriente a través del inductor cae repentinamente, lo que resulta en un voltaje inverso a través del inductor ("inverso" significa que ahora la terminal inferior es más positiva que el terminal superior). Ese voltaje puede dañar el transistor (que actúa como interruptor) o crear chispas no deseadas, etc.
Para evitar o limitar ese voltaje, puede sujetarse con un diodo normal (circuito A sin diodo Z). Lo que realmente sucede es que la energía total,$E = \frac{1}{2}LI^2$, almacenado en el inductor debe ser disipado. La energía es la integral de la potencia en el tiempo.$E = \int P dt$, es decir, se tarda un tiempo dependiendo de la potencia de disipación y el tiempo es más corto si la potencia es mayor. La potencia, por otro lado, es el producto del voltaje al cuadrado sobre la resistencia (resistencia del inductor y el diodo)$P = \frac{V^2}{R}$, es decir, tenemos un mayor poder de disipación, es decir, una tasa de decaimiento de energía más alta, si el voltaje se mantiene más alto (circuito A con un diodo Zener).

Aquí hay una simulación LTspice de la situación.

• sin diodo Zener (subcircuito izquierdo) y
• con un diodo Zener de 10 V (subcircuito derecho)

El gráfico superior muestra la disipación de potencia en ambos inductores. El área bajo ambas curvas de potencia debe ser la misma (= energía almacenada en el inductor).

El gráfico inferior muestra la señal de conmutación (rojo) y los voltajes en los terminales inferiores de los inductores.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. (a) La configuración estándar del diodo amortiguador. (b) El circuito equivalente después de que se abre SW1. (c) El amortiguador zener. (c) El equivalente del circuito zener después de que se abre SW2.$R_L$es la resistencia de la bobina del inductor.

El problema con el circuito que se muestra en la Figura 1a es que maximiza el retardo de desconexión del relé. Esto puede ser un problema cuando se requiere una respuesta rápida, pero también tiende a abrir los contactos lentamente y esto puede provocar arcos.

Imagine que la bobina del relé fuera puramente inductiva y no tuviera resistencia y que D1 fuera un diodo ideal sin caída de voltaje. Luego, cuando SW1 abrió, la inductancia mantendría la corriente fluyendo alrededor del bucle para siempre. En cualquier circuito práctico, la resistencia de la bobina,$R_L$quemará la energía y la corriente decaerá.

Si tuviéramos que agregar resistencia adicional en el bucle agregando una resistencia en serie con D1 (ver$R_{SNUB}$en la Figura 2) podemos mejorar la velocidad de abandono al quemar la energía más rápidamente. Hay dos cosas a tener en cuenta:

1. Habrá una caída de voltaje en la resistencia adicional y el interruptor debe poder hacer frente a esto.
2. La caída de corriente será exponencial como en un circuito LR estándar. es decir, la pérdida de energía será principalmente a través de Rs y decaerá exponencialmente con la corriente.

Se puede hacer una mejora agregando el diodo Zener D3 como se muestra en la Figura 1c:

• D2 evita que la corriente directa a través de D3 cortocircuite la bobina del relé.
• Cuando SW2 abre, la corriente fluye como se muestra en el circuito equivalente Figura 1d.
• D2 tiene polarización directa y D3 tiene polarización inversa.
• La inductancia hará que el voltaje aumente hasta que D3 se rompa en modo inverso.
• De la fórmula$V = -L \frac {di}{dt}$podemos deducir que como L y V son constantes entonces$\frac {di}{dt}$la tasa de cambio de la corriente también será constante. es decir, la corriente caerá linealmente hasta que no quede suficiente energía para exceder el voltaje de ruptura de Zener.

La Figura 1c desconectará el relé más rápido que la 1a.

Su circuito B está mal. Ambos diodos conducirán y cortarán el suministro a GND (con dos caídas de voltaje directo de diodo).

Aclaración sobre la resistencia adicional

^{simular este circuito}

Figura 2. (a) Adición de una resistencia amortiguadora a la desconexión del relé de velocidad. (b) Circuito equivalente cuando se abre SW1.

En el circuito de la Figura 2, la energía almacenada en la inductancia se disipa en su propia resistencia interna,$R_L$y la resistencia amortiguadora externa$R_{SNUB}$.

El problema potencial con esto es que la corriente generará un voltaje a través$R_{SNUB}$de voltaje IR. Si este voltaje excede la clasificación de SW1, entonces pueden ocurrir daños. (SW1 podría ser un interruptor mecánico o de semiconductor).