Vad är en Flyback diod?

en flyback-diod är inte en specialtillverkad diod, det är en vanlig diod placerad bredvid en induktiv enhet som ett relä eller dörrhållare så att dioden skyddar resten av den elektriska kretsen från den induktiva enheten.

som en backventil med vatten leder en diod fritt elektrisk ström i en riktning och stoppar den elektriska strömmen från att strömma i andra riktningen.

det är bredvid ett DC-relä. Vad är det, och varför är det där?

av Douglas Krantz

någon tycker att Flyback-dioden är viktig

ett relä består av en elektromagnet och en rörlig armatur. När den rör sig öppnar eller stänger ankaret elektriska kontakter (gör eller bryt kontakt).

tillverkare över hela världen spenderar bra pengar på att installera dessa dioder, de måste tro att de är viktiga.

Snubber-skyddar kretskomponenterna och minskar RF-störningar till andra kretsar

rörliga elektroner i en trådspole producerar magnetism och det är magnetismen som drar ankaret.

en flyback-diod är faktiskt en typ av snubberkrets. En snubberkrets skyddar resten av kretsarna från en magnetisk spole. En snubberkrets minskar också RF-störningen som överförs från kretsen.

Magnetism

för att förstå varför dioden skyddar, låt oss titta på reläets inre funktion, som vi kan tänka på som elektromagnet.

relä slår på

spänning, en elektrisk kraft, trycker och drar på elektronerna

när reläet först slås på appliceras spänning (elektromotorisk kraft eller EMF) på spolens ändar.

EMF skjuter och drar elektroner

Tänk på ett tåg som består av boxcars (elektroner) och små lokomotivmotorer (elektromotorisk kraft) mellan var och en av bilarna. Atomerna som utgör tråden kan betraktas som spåren som styr tåget.

som ett tåg som skjuts och dras av lok, skjuts elektroner och dras av den elektromotoriska kraften och rör sig längs tråden.

bygga magnetfält

att starta rörelsen av elektroner är inte ögonblicklig, även om allt händer så snabbt är det svårt att ens mäta. Som ett tåg som börjar, börjar den elektromotoriska kraften (lokomotivet) flytta elektronerna (boxcars), och det är elektronernas rörelse när de påskyndar som bygger magnetfältet.

när elektronerna reser lägger de energi på att skapa ett magnetfält och drar i reläets armatur.

relä stängs av

reläet har slagits på, magnetfältet har varit stabilt och nu tas den elektromotoriska kraften som hade hållit elektronerna i rörelse bort. Att förvänta sig att strömmen omedelbart stannar är som att stänga av tåglokomotiverna och förvänta sig att tåget omedelbart stannar.

intuitivt skulle man tro att avsluta den applicerade spänningen stoppar strömmen som en vattenkran och släpper ankaret.

det är inte så enkelt

det är en tvåvägsgata. Rörliga elektroner skapar ett magnetfält; ett föränderligt eller kollapsande magnetfält flyttar elektroner. Med andra ord kan elektronerna, som det momentum som byggs upp i ett rörligt tåg, inte bara stoppas.

enligt termodynamikens första lag kan energi inte skapas eller förstöras, den kan bara omvandlas.

magnetfältet finns fortfarande kvar

magnetfältet byggdes med elektromotorisk kraft som skjuter och drar elektroner; magnetfältet returnerar energin till tåget av elektroner genom att producera sin egen elektromotoriska kraft.

vi omvandlade elektrisk energi till att bygga upp magnetfältet; energin finns fortfarande kvar, även efter att den elektromotoriska kraften (spänningen) har tagits bort.

det kollapsande magnetfältet är en Generator

en generator i ett kraftverk producerar elektromotorisk kraft genom att flytta magneter förbi trådspolar; reläspolen producerar elektromotorisk kraft när det kollapsande magnetfältet rör sig förbi trådarna i spolen.

när spänningen är avstängd, eftersom elektronerna börjar sakta ner som järnvägsvagnar som stannar, börjar magnetfältet kollapsa.

magnetismen skapar sin egen EMF

strömmen matas tillbaka till tåget. Den genererade elektromotoriska kraften som produceras av det kollapsande magnetfältet är som att slå på tåglokomotiverna igen. Tillräckligt med energi ges tillbaka till elektroner att deras rörelse kommer att hålla upp magnetfältet.

elektronerna slutar inte bara: det kollapsande magnetfältet sätter sin energi tillbaka i ett försök att hålla elektronerna rörliga. Det genererar elektromotorisk kraft i spolen, vilket ger elektronerna lite extra tryck.

fara — högspänning

spänningen som produceras av denna generator kan vara hundratals volt; det kommer att vara vad som krävs för att hålla elektronerna i rörelse. Detta kan vara en ganska elektrisk stöt, även när den ursprungliga spänningen var bara 12 volt.

denna spänning kan ses på reläspolens terminaler som en kortvarig backspänningsspets.
även när startspänningen bara var 12 Volt kan den genererade spetsen vara hundratals volt.

ju snabbare Stäng av, desto större spänning

så här fungerar spolen i en bil. Inuti spolen kollapsar magnetfältet snabbt och genererar de 50 000 volt som behövs för att hoppa över gapet i tändstiften.

ju snabbare elektronerna stoppas, desto snabbare kollapsar magnetfältet; och ju större den genererade spänningsspiken håller elektronerna rörliga.

något måste ge

inuti en elektronisk krets kommer denna spänning att visas på reläets terminaler och därifrån appliceras på resten av kretsen.

denna spänning kommer att passera genom kretsen till vad som stoppar strömmen.

Sparks

spänningen i den elektromotoriska kraften får elektrisk ström att hoppa gap i omkopplarkontakterna som ursprungligen stängde av strömmen. Denna plötsliga kortsiktiga strömavbrott kommer också att producera elektromagnetisk störning (EMI), som stör andra delar av kretsen och eventuellt kommer denna EMI att överföras till närliggande Elektronik.

mekaniska omkopplare får små gnistor som hoppar över kontakterna.

hål

denna hoppning är svår på halvledare; deras bräckliga korsningar matchar inte högspänningen hos reläets elektromotoriska kraft.

halvledare får också små gnistor som stansar hål genom korsningarna.

Vad Kan Man Göra Med Denna Spänningsspik?

flyback-dioden håller elektronerna rörliga genom att skaka dem tillbaka i reläspolen. Eftersom elektronerna fortsätter att röra sig, sänks magnetfältets kollaps och den genererade spänningen blir mycket lägre. Switch kontakter och halvledar korsningar kan enkelt hantera dessa lägre spänningar.

flyback-dioden, som en snubber, håller strömmen som strömmar genom spolen…
genom att skaka strömmen tillbaka i spolen, stänger dioden ut spänningsspiken.

förkortar inte dioden normalt hela kretsen?

dioden, som installerad, är omvänd förspänd. Det kommer inte att leda när reläet är påslagen. Det finns ingen kortslutning och ingen energi slösas bort.

normalt, när extern spänning appliceras på spolen, är flybackdioden omvänd förspänd och kommer inte att leda någon ström.

Flyback-dioden är endast förspänd framåt medan reläet stängs av

när den är påslagen är reläet en belastning på strömförsörjningen och leder; dioden är omvänd förspänd och leder inte. När den först stängs av är reläet en spänningsgenerator; under en kort tid är spänningen på reläkontakterna omvänd och flybackdioden leder.

under reläets korta Avstängningstid, när extern spänning tas bort, är dioden framåtförspänd för att hålla transientspänningen till ett minimum.

Flyback-dioden skyddar kretsen

flybackdioden är en snubber, vilket minskar effekten av spänningen som produceras av reläspolens kollapsande magnetfält.

anledningen till att tillverkarna installerar dessa dioder bredvid DC-reläer beror på att vid Avstängningstid, när magnetfältet flyger tillbaka, skyddar flyback-dioden kretsen och dess komponenter från reläets skadliga spänningsspik.

Av Douglas Krantz

Kolla In Det