Was ist eine Flyback Diode?

Eine Sperrdiode ist keine speziell angefertigte Diode, sondern eine normale Diode, die neben einem induktiven Gerät wie einem Relais oder einem Türhalter platziert wird, sodass die Diode den Rest des Stromkreises vor dem induktiven Gerät schützt.

Wie ein Rückschlagventil mit Wasser leitet eine Diode elektrischen Strom frei in eine Richtung und verhindert, dass der elektrische Strom in die andere Richtung fließt.

Es ist neben einem DC Relais. Was ist es und warum ist es da?

Von Douglas Krantz

Jemand hält die Flyback-Diode für wichtig

Ein Relais besteht aus einem Elektromagneten und einem beweglichen Anker. Während der Bewegung öffnet oder schließt der Anker elektrische Kontakte (Schließer oder Öffner).

Hersteller auf der ganzen Welt geben gutes Geld aus, um diese Dioden zu installieren, sie müssen denken, dass sie wichtig sind.

Snubber – Schützt die Schaltungskomponenten und reduziert HF-Interferenzen mit anderen Schaltungen

Bewegliche Elektronen in einer Drahtspule erzeugen Magnetismus und es ist der Magnetismus, der den Anker zieht.

Eine Sperrdiode ist eigentlich eine Art Snubber-Schaltung. Eine Snubber-Schaltung schützt den Rest der Schaltung vor einer Magnetspule. Eine Snubber-Schaltung reduziert auch die HF-Interferenz, die von der Schaltung übertragen wird.

Magnetismus

Um zu verstehen, warum die Diode schützt, schauen wir uns das Innenleben des Relais an, das wir uns als Elektromagneten vorstellen können.

Relais Einschalten

Spannung, eine elektrische Kraft, drückt und zieht an den Elektronen

Wenn das Relais zum ersten Mal eingeschaltet wird, wird Spannung (elektromotorische Kraft oder EMK) an die Enden der Spule angelegt.

EMF drückt und zieht Elektronen

Stellen Sie sich einen Zug vor, der aus Kastenwagen (Elektronen) und kleinen Lokomotivmotoren (elektromotorische Kraft) zwischen den einzelnen Waggons besteht. Die Atome, aus denen der Draht besteht, können als die Schienen betrachtet werden, die den Zug führen.

Wie ein Zug, der von Lokomotiven geschoben und gezogen wird, werden Elektronen durch die elektromotorische Kraft geschoben und gezogen und bewegen sich entlang des Drahtes.

Gebäude Magnetfeld

Das Starten der Bewegung von Elektronen ist nicht augenblicklich, obwohl alles so schnell geschieht, dass es schwer zu messen ist. Wie ein Zug, der anfängt, beginnt die elektromotorische Kraft (Lokomotive), die Elektronen (Boxcars) zu bewegen, und es ist die Bewegung der Elektronen, wenn sie sich beschleunigen, die das Magnetfeld aufbaut.

Während sich die Elektronen fortbewegen, setzen sie Energie in die Erzeugung eines Magnetfelds ein und ziehen den Anker des Relais ein.

Relais Ausschalten

Das Relais wurde eingeschaltet, das Magnetfeld war stabil und jetzt wird die elektromotorische Kraft, die die Elektronen in Bewegung gehalten hatte, entfernt. Zu erwarten, dass der Strom sofort stoppt, ist, als würde man die Lokomotiven ausschalten und erwarten, dass der Zug sofort anhält.

Intuitiv würde man denken, dass das Beenden der angelegten Spannung den Strom wie ein Wasserhahn stoppt und den Anker freigibt.

Es ist nicht so einfach

Es ist eine Einbahnstraße. Bewegliche Elektronen erzeugen ein Magnetfeld; Ein sich änderndes oder kollabierendes Magnetfeld bewegt Elektronen. Mit anderen Worten, die Elektronen können wie der Impuls, der in einem fahrenden Zug aufgebaut wird, nicht einfach gestoppt werden.

Nach dem Ersten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur umgewandelt werden.

Das Magnetfeld ist immer noch da

Das Magnetfeld wurde mit elektromotorischer Kraft aufgebaut, die Elektronen drückt und zieht; Das Magnetfeld gibt die Energie an den Elektronenzug zurück, indem es seine eigene elektromotorische Kraft erzeugt.

Wir wandelten elektrische Energie in den Aufbau des Magnetfeldes um; die Energie ist immer noch da, auch nachdem die elektromotorische Kraft (Spannung) entfernt wurde.

Das kollabierende Magnetfeld ist ein Generator

Ein Generator in einem Kraftwerk erzeugt eine elektromotorische Kraft, indem Magnete an Drahtspulen vorbeibewegt werden; Die Relaisspule erzeugt eine elektromotorische Kraft, wenn sich das kollabierende Magnetfeld an den Drähten in der Spule vorbeibewegt.

Wenn die Spannung abgeschaltet wird, weil die Elektronen zu verlangsamen beginnen wie Eisenbahnwaggons, die zum Stillstand kommen, beginnt das Magnetfeld zu kollabieren.

Der Magnetismus erzeugt seine eigene EMK

Der Strom wird wieder in den Zug eingespeist. Die erzeugte elektromotorische Kraft, die durch das kollabierende Magnetfeld erzeugt wird, ist wie das erneute Einschalten der Lokomotiven. Den Elektronen wird genügend Energie zurückgegeben, damit ihre Bewegung das Magnetfeld aufrecht erhält.

Die Elektronen hören nicht einfach auf: Das kollabierende Magnetfeld setzt seine Energie wieder ein, um die Elektronen in Bewegung zu halten. Es erzeugt eine elektromotorische Kraft in der Spule, die den Elektronen zusätzlichen Schub verleiht.

Gefahr — Hochspannung

Die von diesem Generator erzeugte Spannung kann Hunderte von Volt betragen; Es wird alles sein, um die Elektronen in Bewegung zu halten. Dies kann ein ziemlicher Stromschlag sein, selbst wenn die ursprüngliche Spannung nur 12 Volt betrug.

Diese Spannung ist an den Klemmen der Relaisspule als kurzfristige Sperrspannungsspitze zu sehen.
Selbst wenn die Einschaltspannung nur 12 Volt betrug, kann die erzeugte Spitze Hunderte von Volt betragen.

Je schneller das Ausschalten, desto größer die Spannung

So funktioniert die Spule in einem Auto. Im Inneren der Spule bricht das Magnetfeld schnell zusammen und erzeugt die 50.000 Volt, die benötigt werden, um die Lücke in den Zündkerzen zu überspringen.

Je schneller die Elektronen gestoppt werden, desto schneller bricht das Magnetfeld zusammen; und desto größer ist die erzeugte Spannungsspitze, die die Elektronen in Bewegung hält.

Etwas muss geben

Innerhalb einer elektronischen Schaltung erscheint diese Spannung an den Klemmen des Relais und wird von dort an den Rest der Schaltung angelegt.

Diese Spannung wird durch den Stromkreis zu dem geleitet, was den Strom stoppt.

Funken

Die Spannung in der elektromotorischen Kraft bewirkt, dass elektrischer Strom Lücke in den Schaltkontakten zu springen, die ursprünglich den Strom abgeschaltet. Dieser plötzliche kurzfristige Stromstoß erzeugt auch elektromagnetische Interferenzen (EMI), die andere Teile des Stromkreises stören, und möglicherweise wird diese EMI auf nahe gelegene Elektronik übertragen.

Bei mechanischen Schaltern springen kleine Funken über die Kontakte.

Löcher

Dieses Springen über die Lücke ist für Halbleiter schwierig; Ihre zerbrechlichen Übergänge sind der hohen Spannung der elektromotorischen Kraft des Relais nicht gewachsen.

Halbleiter bekommen auch kleine Funken, die Löcher durch die Übergänge stanzen.

Was kann man gegen diese Spannungsspitze tun?

Die Sperrdiode hält die Elektronen in Bewegung, indem sie sie zurück in die Relaisspule schiebt. Da sich die Elektronen weiter bewegen, wird der Zusammenbruch des Magnetfelds verlangsamt und die erzeugte Spannung wird viel niedriger sein. Schaltkontakte und Halbleiterkontakte können diese niedrigeren Spannungen problemlos verarbeiten.

Die Sperrdiode hält als Snubber den Stromfluss durch die Spule aufrecht…
Indem der Strom in die Spule zurückgeleitet wird, schließt die Diode die Spannungsspitze kurz.

Schließt die Diode normalerweise nicht den gesamten Stromkreis kurz?

Die Diode ist, wie installiert, in umgekehrter Richtung vorgespannt. Es leitet nicht, wenn das Relais eingeschaltet ist. Es gibt keinen Kurzschluss und es wird keine Energie verschwendet.

Wenn eine externe Spannung an die Spule angelegt wird, ist die Sperrdiode normalerweise rückgespannt und leitet keinen Strom.

Die Sperrdiode ist nur vorwärtsgerichtet, während das Relais ausgeschaltet wird

Wenn eingeschaltet, ist das Relais eine Last zur Stromversorgung und leitet; die Diode ist rückwärts vorgespannt und leitet nicht. Beim ersten Ausschalten ist das Relais ein Spannungsgenerator, für kurze Zeit wird die Spannung an den Relaiskontakten umgekehrt und die Sperrdiode leitet.

Während der kurzen Ausschaltzeit des Relais, wenn externe Spannung entfernt wird, ist die Diode vorwärtsgespannt, um die transiente Spannungsspitze auf ein Minimum zu halten.

Die Sperrdiode schützt die Schaltung

Die Sperrdiode ist ein Snubber, der den Einfluss der Spannung verringert, die durch das kollabierende Magnetfeld der Relaisspule erzeugt wird.

Der Grund, warum Hersteller diese Dioden neben Gleichstromrelais installieren, liegt darin, dass die Sperrdiode zum Abschaltzeitpunkt, wenn das Magnetfeld zurückfliegt, den Stromkreis und seine Komponenten vor der schädlichen Spannungsspitze des Relais schützt.