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"¿Un zener con un diodo en serie?"

Así que todavía estoy leyendo The Art of Electronics Third Edition. En la página 39, al tratar el "kick" inductivo, encontré esta frase:

Para la decaída más rápida con un voltaje máximo dado, se puede usar un zener con diodo en serie (u otro dispositivo de limitación de voltaje), lo que proporciona un descenso lineal de la corriente en lugar de una decaída exponencial (ver discusión en el Capítulo 1x)

schematic

simular este circuito – Esquema creado usando CircuitLab

¿A qué circuito se refiere el autor? De hecho, ninguno de ellos parece funcionar para mí:

  • En el circuito A, cuando se cierra el interruptor, D2 se usa en realidad como un zener, pero no se supone que haga este trabajo. Además, después de que se abre el interruptor, puede reducir el voltaje a través de D1 por su caída de voltaje directo, pero no puede limitar el voltaje.

  • En el circuito B, cuando se cierra el interruptor, D1 se polariza directamente, lo que puede atraer la corriente a través de L2. Cuando se abre el interruptor, el voltaje máximo a través de L2 sería la caída de voltaje directo de D2, entonces ¿por qué usar un zener? Además, no creo que esta estructura pueda llamarse "un zener con diodo en serie".

Entonces, ¿qué crees que quiere expresar el autor al decir "un zener con diodo en serie"?

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No veo sentido en usar el circuito B. Si el interruptor está abierto o cerrado, la bobina siempre está energizada.

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@sunqingyao: Recomendamos esperar un día o dos antes de aceptar una respuesta para dar tiempo a otros a publicar. Si realmente has conseguido lo que quieres, está bien, pero aceptar demasiado rápido puede disuadir a otros de responder y podrías perderte algo.

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@transistor Entendido.

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krgrant Puntos 11

El circuito izquierdo (A) es lo que significa.

El diodo Zener limita el voltaje a través del inductor a su valor nominal. El otro diodo está ahí simplemente para bloquear el diodo Zener en la dirección hacia adelante.

En cuanto al tiempo de decaimiento, esto es mejor que simplemente tener el diodo normal, porque un diodo normal solo produce un voltaje de aproximadamente 0.7 V a través del diodo. Para un decaimiento rápido, queremos el voltaje máximo tolerable (por ejemplo, tanto como el transistor de conmutación pueda manejar) para tener alta potencia, lo que significa disipar energía en menos tiempo.

Explicación más detallada:
Consideremos el tiempo después de que se abre el interruptor (después de que la bobina ha sido energizada):
La corriente a través del inductor disminuye repentinamente, lo que resulta en un voltaje inverso a través del inductor ("inverso" significa que ahora el terminal inferior es más positivo que el terminal superior). Ese voltaje puede dañar el transistor (actuando como el interruptor) o crear chispas no deseadas, etc.
Para evitar o limitar ese voltaje, puede ser abrazado por un diodo normal (circuito A sin Z-diode). Lo que realmente sucede es que la energía total, \$E = \frac{1}{2}LI^2\$, almacenada en el inductor debe disiparse. La energía es la integral de la potencia con respecto al tiempo \$E = \int P dt\$, es decir, lleva algo de tiempo dependiendo de la potencia disipada y el tiempo es más corto si la potencia es mayor. La potencia, por otro lado, es el producto del voltaje al cuadrado sobre la resistencia (resistencia del inductor y del diodo) \$P = \frac{V^2}{R}\$, es decir, tenemos una tasa de decaimiento de energía mayor si el voltaje se mantiene más alto (circuito A con un diodo Zener).

Aquí hay una simulación de LTspice de la situación

  • sin un diodo Zener (subcircuito izquierdo) y
  • con un diodo Zener de 10 V (subcircuito derecho)

Ingrese la descripción de la imagen aquí

El gráfico superior muestra la disipación de potencia en ambos inductores. El área bajo ambas curvas de potencia debe ser la misma (= energía almacenada en el inductor).

El gráfico inferior muestra la señal de conmutación (rojo) y los voltajes en los terminales inferiores de los inductores.

Ingrese la descripción de la imagen aquí

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Entonces, ¿el diodo no zener no puede hacer limitación de voltaje?

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Se fija solo a 0,7V, lo cual es bastante bajo. Si se fija, por ejemplo, a 60V mediante un diodo Z, obtendrá una potencia de disipación más alta, es decir, más energía por unidad de tiempo, es decir, menos tiempo.

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Por favor, elabora un poco más: ¿qué pasa con la pinza de diodo normal cuando el interruptor está apagado y va a 0.7V? No parece ser el voltaje a través de L1.

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transistor Puntos 2074

esquemático

simular este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Figura 1. (a) La configuración estándar del diodo supresor. (b) El circuito equivalente después de que SW1 se abre. (c) El supresor de zener. (c) El circuito equivalente de zener después de que SW2 se abre. \$ R_L \$ es la resistencia de la bobina del inductor.

El problema con el circuito mostrado en la Figura 1a es que maximiza el retardo de desactivación del relé. Esto puede ser un problema cuando se requiere una respuesta rápida pero también tiende a abrir los contactos lentamente y esto puede causar arqueo.

Imagina que la bobina del relé era puramente inductiva y no tenía resistencia y que D1 era un diodo ideal sin caída de voltaje. Entonces, cuando SW1 se abre, la inductancia mantendría la corriente fluyendo alrededor del bucle para siempre. En cualquier circuito práctico, la resistencia de la bobina, \$ R_L \$, quemará la energía y la corriente disminuirá.

Si añadimos resistencia extra en el bucle agregando una resistencia en serie con D1 (ver \$ R_{SNUB} \$ en la Figura 2), podemos mejorar la velocidad de desactivación quemando la energía más rápidamente. Hay dos cosas a tener en cuenta:

  1. Existirá una caída de voltaje a través de la resistencia adicional y el interruptor debe ser capaz de hacer frente a esto.
  2. La disminución de la corriente será exponencial como en un circuito LR estándar. es decir, la pérdida de energía será principalmente a través de Rs y disminuirá exponencialmente con la corriente.

Se puede hacer una mejora agregando el diodo Zener D3 como se muestra en la Figura 1c:

  • D2 evita que la corriente directa a través de D3 haga un cortocircuito en la bobina del relé.
  • Cuando SW2 se abre, la corriente fluye como se muestra en el circuito equivalente de la Figura 1d.
  • D2 está polarizado hacia adelante y D3 está polarizado hacia atrás.
  • La inductancia hará que el voltaje aumente hasta que D3 se rompa en modo inverso.
  • De la fórmula \$ V = -L \frac {di}{dt} \$ podemos deducir que dado que L y V son constantes, entonces \$ \frac {di}{dt} \$ la velocidad de cambio de corriente también será constante. es decir, la corriente disminuirá linealmente hasta que no quede suficiente energía para superar el voltaje de ruptura del Zener.

La Figura 1c hará que el relé se desactive más rápido que 1a.


Tu circuito B está mal. Ambos diodos conducirán y cortocircuitarán la alimentación a GND (con dos gotas de voltaje directo de diodo).


Aclaración sobre la resistencia adicional

esquemático

simular este circuito

Figura 2. (a) Adición de una resistencia de supresión para acelerar la desactivación del relé. (b) Circuito equivalente cuando SW1 se abre.

En el circuito de la Figura 2, la energía almacenada en la inductancia se disipa en su propia resistencia interna, \$ R_L \$ y la resistencia de supresión externa \$ R_{SNUB} \$.

El problema potencial con esto es que la corriente generará un voltaje a través de \$ R_{SNUB} \$ de voltaje IR. Si este voltaje excede la capacidad nominal de SW1, se puede producir un daño. (SW1 podría ser un interruptor mecánico o semiconductor.)

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Pero la resistencia de devanado del inductor no cambia, y la corriente a través de él disminuiría. Cuando se abre el interruptor, el voltaje a través del inductor disminuirá de algún valor positivo (V+ en sus diagramas) a 0, lo que aumenta el voltaje a través del interruptor abierto de 0 a ese valor. Así que no creo que el interruptor debería ser capaz de hacer frente a la caída de voltaje a través del resistor, en cambio, necesita ser capaz de hacer frente a la ausencia de esa caída de voltaje.

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Ya he aclarado esto, espero, en la edición.

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