Zener y Common Diode en serie [cerrado]

Busqué en Google "zener en serie con diodo a través de la bobina" y se me ocurrió este circuito: -

Entonces, si el zener estuviera en cortocircuito, ¿qué sucedería cuando los circuitos del transistor se abrieran? La corriente que anteriormente fluía hacia el BJT fluiría a través del diodo y regresaría a la terminal superior de la bobina. Este es un mecanismo de protección común para bobinas de relé. Sin esa protección, el voltaje en el colector aumentaría a cientos de voltios y perforaría la región de la base del colector y esto sucedería en microsegundos.

Sí, el transistor moriría pero el relé se desactivaría muy, muy rápido porque disipa la energía magnética almacenada muy rápidamente. Si, por el contrario, utiliza un diodo (sin el zener), el relé se desactivará en varios (quizás decenas de) milisegundos. Se tarda tanto en desactivar el relé porque la energía acumulada en la bobina (es decir, su campo magnético) no se convierte naturalmente en calor tan rápido cuando se usa solo un diodo.

Un diodo cae ~ 0,7 voltios y si la corriente del relé es de 30 mA, eso es una disipación de potencia inicial de solo 21 mW.

Sin embargo, si se agrega el zener, efectivamente hace que el diodo caiga más voltaje (digamos) 10 V y la potencia inicial disipada es más como 300 mW. Esto significa que la bobina del relé pierde su energía almacenada más rápidamente y la corriente que circula en la bobina (que sigue generando magnetismo que mantiene activado el relé) se ahoga mucho más rápidamente.

La ventaja es que el colector del transistor solo ve un voltaje de aproximadamente Vcc + 11 V y cualquier persona que diseñe este circuito se asegurará de que el transistor esté clasificado para este ligero exceso.

Suponiendo que este es el circuito del que habla Andy, el motivo del Zener es en parte restaurar el rendimiento, pero también prolongar la vida útil de los contactos del relé . Un simple flyback (mientras protege el transistor) puede ser duro para el relé y hacer que se suelde al no proporcionar suficiente fuerza para abrir los contactos. De la nota de TE dedicada a esto:

Una práctica muy común es simplemente derivar la bobina con un diodo de propósito general, colocando el diodo para bloquear el voltaje de la fuente y conducir con la polaridad inversa del voltaje inducido de la bobina. Esto proporciona un camino para que la corriente que fluye en la bobina desenergizada sea desviada externamente hacia la bobina, lo que limita la magnitud del voltaje inducido por la bobina a la caída directa del diodo, donde la corriente de la bobina y el flujo magnético resultante decaen lentamente (ver Figura 2).

Esta derivación de diodo brinda la máxima protección al interruptor de estado sólido, pero puede tener efectos muy adversos en la capacidad de conmutación del relé. Es importante darse cuenta de que la fuerza neta disponible para hacer que la armadura se abra es la diferencia entre las fuerzas de restricción magnéticas y las fuerzas de apertura del resorte, que cada una de estas varía de una manera que hace que la fuerza neta varíe tanto con el tiempo como con el tiempo. posición del inducido. Es esta fuerza neta la que da lugar a la velocidad y la energía del impulso del sistema del inducido cuando intenta efectuar la transferencia del inducido y del resorte de contacto.

Un flujo magnético que decae lentamente (el más lento se experimenta con una simple derivación de diodo a través de la bobina) significa la menor integral de fuerza neta disponible para acelerar la apertura de la armadura. De hecho, la pérdida rápida de las fuerzas de apertura proporcionadas por los resortes de contacto NO rígidos, junto con las fuerzas magnéticas que decaen lentamente, puede causar un período de inversión de la fuerza neta en el que la velocidad del inducido se ralentiza, se detiene o incluso se invierte momentáneamente hasta que el flujo decae aún más. , finalmente permitiendo que las fuerzas de "retorno" del resorte disponibles provoquen que continúe la transferencia.

Es igualmente importante darse cuenta de que cuando los contactos de un relé de potencia típico se conectan, conectando cargas de corriente media o alta de crecimiento muy rápido (por ejemplo, resistivas) a la fuente de voltaje, se produce una interfaz fundida diminuta entre los contactos de acoplamiento, lo que da lugar a una condición de microsoldadura o pegado que debe separarse en la próxima transferencia de apertura. La fuerza de "palanca" normalmente está dentro de la capacidad de la fuerza de apertura neta, ayudada por el impulso de la armadura móvil, para romper la palanca y efectuar la transferencia de contacto. Sin embargo, la pérdida o incluso la inversión de la velocidad del inducido (en condiciones de derivación de diodo simple como se describe anteriormente), y la consiguiente pérdida del impulso del inducido necesario para ayudar a romper la varilla de contacto, puede provocar que no se rompa la varilla y que se produzca una "soldadura" de contacto. ” se experimenta. Cuanto más rápidamente decae la corriente de la bobina,

Obviamente, esto se optimiza cuando no se usa supresión. Sin embargo, se puede obtener una tasa de decaimiento casi óptima usando un diodo Zener en serie con un diodo de propósito general. Cuando se interrumpe la fuente de la bobina, la corriente de la bobina se desvía a través de esta disposición en serie, manteniendo un voltaje igual al voltaje Zener (más la caída directa del diodo) hasta que se disipa la energía de la bobina. Esto se ilustra en la figura 3.

El diodo bloquea el zener en el modo de conducción directa, mientras que el zener y el diodo conducen cuando$V > V_{zener}+0.7V$. El propósito es descargar la energía inductiva más rápido que usando el flyback dide solamente:
$Tau = L/R$, por lo que si paralelo al inductor hay un diodo volante que tiene baja resistencia directa, la corriente circulará durante bastante tiempo. Supongamos que tiene un gran freno electromecánico, cuando desconecte el suministro, la corriente circulará con decaimiento constante.$Tau=L/R$. Ahora, si aplica una resistencia mayor, el tiempo de caída se acorta, es por eso que se usa zener o varistor, pero el varistor solo puede aceptar un número finito de disparos.