¿Por qué hay un diodo conectado en paralelo a una bobina de relé?

En la mayoría de los circuitos eléctricos con un relé, un diodo está conectado en paralelo a la bobina del relé. ¿Por qué? ¿Es siempre una buena práctica?

Dado que un inductor (la bobina del relé) no puede cambiar su corriente al instante, el diodo flyback proporciona una ruta para la corriente cuando la bobina está apagada. De lo contrario, se producirá un pico de voltaje que provocará un arco eléctrico en los contactos del interruptor o posiblemente destruirá los transistores de conmutación.

¿Es siempre una buena práctica?

Por lo general, pero no siempre. Si la bobina del relé es accionada por CA, se debe utilizar un diodo TVS bidireccional (o alguna otra abrazadera de voltaje) y / o un amortiguador (serie RC). Un diodo no funcionaría en este caso, ya que actuaría como un cortocircuito durante el semiciclo negativo de la CA. (Consulte también Red Lion SNUB0000 para obtener información sobre la aplicación)

Para relés accionados por CC, generalmente se usa un diodo, pero no siempre. Como Andy también señaló, a veces se desea un voltaje más alto que el que permite un diodo solo para una desconexión más rápida del relé (u otro como solenoides, transformadores de retorno, etc.). En este caso, a veces se agrega un diodo TVS unidireccional en serie con el diodo flyback, conectado de ánodo a ánodo (o de cátodo a cátodo). Se podría usar una resistencia en serie en lugar del diodo TVS, pero el voltaje de sujeción es más determinista si se usa el diodo TVS.

Si se usa un MOSFET como elemento de conmutación, normalmente todavía necesita el diodo flyback ya que el diodo del cuerpo está en la dirección opuesta para hacer algo bueno. Una excepción a esto es un MOSFET que está "clasificado como avalancha repetitiva" (como IRFD220 ). Esto normalmente se dibuja con un símbolo de diodo zener para el diodo del cuerpo. Estos MOSFET están diseñados para sujetar el voltaje a un nivel que puedan soportar, permitiendo el voltaje más alto para una desconexión más rápida de la bobina. A veces, se coloca un diodo TVS (o zener) unidireccional externo en paralelo con el MOSFET para el mismo propósito, o si el MOSFET no puede manejar la "Corriente de avalancha repetitiva" o la "Energía de avalancha repetitiva", o si el voltaje de ruptura de avalancha es más alto de lo deseado.

¿Es siempre una buena práctica?

Casi siempre es una buena práctica y es muy eficaz PERO, si necesita un relé que se desactive lo más rápido posible, existen métodos alternativos. La razón por la que es lenta es porque cuando se abre el circuito a la bobina del relé, toda la energía almacenada en la bobina del relé fuerza una corriente a través del diodo del volante hasta que esa energía se "gasta".

El diodo actúa como un cortocircuito con una pequeña caída de tensión directa y con la resistencia del relé (quizás 100 ohmios), retrasará la desactivación del relé unos pocos milisegundos adicionales. Esto no suele ser un problema, pero si lo es, colocar una resistencia en serie con el diodo significa que la energía se "gasta" significativamente más rápido.

La desventaja es que su transistor de control tiene que "sufrir" un pulso de voltaje que es significativamente mayor que Vsupply + 0.7V: puede ser el doble del voltaje de suministro cuando se usa una resistencia pero, en la mayoría de los circuitos, encontrar un transistor que pueda ser adecuadamente La calificación no suele ser un problema.

Cuando la corriente a través de una bobina se apaga, la bobina (que es un inductor) intentará mantener la corriente. Cuando no hay una ruta para esta corriente, el voltaje a través de la bobina aumentará rápidamente, y la corriente encontrará una ruta, a través del aislamiento de un chip o transistor, destruyendo ese componente. El diodo proporciona una ruta para esta corriente, por lo que la energía almacenada en la bobina se puede disipar de forma segura.

Entonces sí, es una buena idea proporcionar una ruta de descarga.

Un diodo paralelo a la bobina es probablemente la forma más utilizada, pero hay otras formas, como un amortiguador (R + C) o un diodo Zener a tierra. Una resistencia en serie con el diodo puede hacer que el relé se caiga más rápido.

Cuando un relé electromecánico se desenergiza rápidamente mediante un interruptor mecánico o semiconductor, el campo magnético colapsante produce un voltaje transitorio sustancial en su esfuerzo por dispersar la energía almacenada y oponerse al cambio repentino del flujo de corriente. Un relé de 12VDC, por ejemplo, puede generar un voltaje de 1,000 a 1,500 voltios durante el apagado. Por lo tanto, es una práctica común suprimir las bobinas de relé con componentes que limitan el voltaje máximo a un nivel mucho más pequeño al proporcionar una ruta de descarga para la energía magnética almacenada.

Usar solo un diodo de giro libre no siempre es la mejor práctica. Aquí hay algunos métodos de supresión:

1. Un diodo supresor transitorio bilateral
2. Un diodo rectificador de polarización inversa en serie con un diodo zener C. Un varistor de óxido de metal (MOV).
3. Un diodo rectificador polarizado en serie con una resistencia.
4. Una resistencia, cuando las condiciones lo permiten, suele ser la supresión más económica.
5. Un diodo rectificador con polarización inversa.
6. Un "amortiguador" resistor-condensador. Generalmente la solución menos económica y ya no se considera una solución práctica.
7. Una bobina bifilar enrollada con el segundo devanado utilizado como dispositivo de supresión. Esto no es muy práctico ya que agrega un costo y tamaño significativos al relé.

La técnica sugerida para la supresión de la bobina del relé es utilizar un diodo rectificador polarizado inversamente y un diodo zener en serie en paralelo con la bobina. Esto permite que el relé tenga una dinámica de liberación óptima y una buena vida útil de contacto.

Cada vez que se detiene el flujo de corriente a través de una bobina de cable, se crea un pico de voltaje. Este pico resulta del colapso del campo magnético alrededor de la bobina. El movimiento del campo a través de la bobina produce un pico de voltaje que puede dañar los componentes electrónicos. Esto es cuando entra en juego el diodo de sujeción. Al instalar el diodo C en paralelo con la bobina, se crea un bypass para los electrones cuando el circuito de tiempo está abierto o la corriente a través de la bobina se detiene.