¿Cómo elegir un diodo de retorno para un relé?

Question

Se coloca un diodo en paralelo con la bobina de un relé (con polaridad opuesta) para evitar daños a otros componentes cuando el relé se apaga.

Aquí hay un esquema de ejemplo que encontré en línea:

Estoy planeando usar un relé con una tensión de bobina de 5V y capacidad de contacto de 10A.

¿Cómo determino las especificaciones requeridas para el diodo, como voltaje, corriente, y tiempo de conmutación?

Answer 1

Primero determine la corriente de la bobina cuando la bobina está encendida. Esta es la corriente que fluirá a través del diodo cuando la bobina se apague. En su relé, la corriente de la bobina se muestra como 79.4 mA. Especifique un diodo para al menos 79.4 mA de corriente. En su caso, la clasificación de corriente de un 1N4001 supera ampliamente el requisito.

La clasificación de voltaje inverso del diodo debe ser al menos el voltaje aplicado a la bobina del relé. Normalmente, un diseñador incluye suficiente reserva en la clasificación inversa. Un diodo en su aplicación con 50 voltios sería más que adecuado. Nuevamente, el 1N4001 hará el trabajo.

Además, el 1N4007 (en cantidades de compra única) cuesta lo mismo pero tiene una clasificación de voltaje de 1000 voltios.

Answer 2

1. La tensión requerida es la tensión nominal de la bobina, ya que es la que se aplicará. Dales un factor de 2 para seguridad.

2. El requisito de corriente es la corriente nominal de la bobina.

3. La velocidad probablemente no sea una consideración para las bobinas de relé, ya que no se encienden/apagan muy a menudo, en comparación, por ejemplo, con un controlador de motor PWM.

En tu caso, probablemente funcionará bien una 1N4001.

Answer 3

Las cosas no siempre son tan simples como parecen, aunque en el caso de los relés depende en gran medida de la aplicación. Mientras que el diodo proporciona un camino seguro de descarga que preserva su transistor de conmutación y fuente de alimentación, puede causar algunos problemas en ciertas aplicaciones. Los relés al cerrarse pueden formar una pequeña soldadura en los contactos, y al colocar el diodo allí estás básicamente impidiendo que el relé se abra con toda su fuerza. Esto puede hacer que los contactos se 'pegue' juntos ligeramente más tiempo, y en general es malo para el relé.

Un truco que aprendí hace unos años para evitar que esto suceda fue colocar un diodo Zener en serie (obviamente en dirección diferente) con el diodo normal, esto te permite controlar el voltaje máximo y permite que la bobina del relé se descargue de una manera ligeramente mejor.

La página 13 de esta guía de aplicación de Panasonic contiene el diodo Zener y otras opciones para la protección de contactos: https://www.panasonic-electric-works.com/pew/eu/downloads/technical_information_relay_en.pdf (enlace de archivo de internet)

Answer 4

Pregunta: ¿Qué tamaño de diodo de supresión de retroceso necesito para mi carga inductiva?

Mi respuesta: Los diodos de supresión de retroceso se dimensionan en función de la disipación de potencia

$P = 1/10(I^2)R$

P: potencia disipada en el diodo de supresión de retroceso

I: corriente en estado estable que fluye a través del inductor (diodo de supresión de retroceso no conduciendo)

R: resistencia del diodo de supresión de retroceso en conducción

Prueba:

El diodo de supresión de retroceso se mantendrá a una temperatura constante; los diodos tienen una resistencia constante en conducción cuando se mantienen a una temperatura constante. (si la temperatura cambia, también cambia la resistencia de los diodos)

Ahora el diodo en conducción se comporta como una resistencia, por lo que la pregunta es: ¿Cuánta potencia debo disipar en la resistencia interna de mi diodo?

Observando una curva de RL en serie, sabemos que el inductor se descarga o se carga en 5 constantes de tiempo y una constante de tiempo es igual a la inductancia dividida por la resistencia en serie ($T = L/R$).

Algunas personas que saben de matemáticas nos dijeron que la energía almacenada en un inductor es:
$E = (1/2)L(I^2)$. Aquí E está en julios, L está en Henrios. También dijeron que la potencia es energía por segundo ($P = E/tiempo$). Aquí, la potencia está en vatios.

Entonces... si nuestro entendimiento de la física funciona... el tiempo en el cual el inductor se descarga es: $5(L/R)$ segundos, y una energía almacenada de $(1/2)L(I^2)$ julios se libera en ese tiempo. Aquí R es la resistencia del diodo de supresión de retroceso en conducción, I es la corriente que fluye a través del diodo de supresión de retroceso y L es la inductancia que suministra la corriente.

Si resolvemos para la potencia, algo muy interesante sucede... $P = ((1/2)L(I^2)R) / (5L)$ Aquí, L se cancela y $P = 1/10(I^2)R$. Sabemos que R es la resistencia del diodo en conducción y I es la corriente que fluye a través del diodo durante la descarga. Pero ahora, ¿cuál es la corriente del diodo durante la descarga?

Considera un circuito como este:

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

R1 es la resistencia interna de L1, y R2 es nuestra resistencia de carga. D1 funciona como el diodo de supresión de retroceso, y R3 es la resistencia de D1 en conducción.

Si el interruptor está cerrado y esperamos para siempre, circula una corriente de 10mA a través del circuito, y el inductor almacena una energía de 50 µJ (50 microjulios).

Usando la teoría de conservación de energía:

Si el interruptor se abre, el inductor invierte la polaridad para tratar de mantener los 10 mA de corriente. El diodo de supresión de retroceso se polariza en conducción, y una energía de 50 µJ se disipa a través de la resistencia del diodo en $5(L/R) = 500\mathrm{ms}$. La potencia disipada en el diodo es 50 µJ / 500 ms = 100 µW (100 microwatts).

$(1/10) (10\mathrm{mA} ^2) (10\mathrm{ohms}) = 100\mathrm{\mu W}$

Entonces para responder a la última pregunta: la corriente del diodo durante la descarga se puede considerar igual a la corriente de carga estable de 10mA al usar la ecuación: $P = 1/10(I^2)R$. Aunque la corriente durante la descarga inductiva disminuye exponencialmente y no es un constante 10mA, esta simplificación permitirá cálculos rápidos de la potencia requerida del diodo en un circuito conociendo las condiciones iniciales.

¡Buena suerte con tus diseños y nunca uses la tecnología con propósitos malignos!