¿Cuándo/por qué utilizar un diodo Zener como diodo volante (en la bobina de un relé)?

Question

He estado reflexionando sobre el tutorial de http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_5.html y en la discusión de los diodos de volante incluye esta frase sin más elaboración:

Además de utilizar diodos volantes para la protección de componentes semiconductores, otros dispositivos utilizados para la protección son las redes RC Snubber, los varistores de óxido metálico o MOV y los diodos Zener.

Puedo ver cómo una red RC podría ser necesaria si se trata de un dispositivo grande y por lo tanto la bobina podría estar devolviendo más corriente de la que desea disipar a través de un solo diodo. (Por favor, corrígeme si esa no es la razón).

No tengo ni idea de lo que es un MOV, así que de momento lo ignoraré :-)

He leído algo sobre los diodos Zener, pero no entiendo por qué su menor tensión de ruptura inversa podría ser deseable en este caso.

Edición: También me desconcierta el siguiente diagrama del tutorial anterior:

¿No tomaría esto cualquier voltaje flyback y lo volcaría en la red Vcc? ¿No sería una mejor idea tener la bobina del relé entre TR1 y tierra, y el diodo disipando el voltaje flyback a tierra?

Answer 1

La corriente de la apertura del relé no entra en el carril Vcc en absoluto. Sigue el camino que se muestra aquí:

La energía almacenada se disipa en la caída del diodo y en la resistencia de la bobina del relé.

En la configuración del diodo Zener, la energía almacenada se disipa en toda la tensión Zener del diodo. V*I es una potencia mucho mayor, por lo que la corriente caerá más rápido y el relé podría abrirse un poco más rápido:

Los MOV son diferentes de los Zeners, pero cumplen una función similar en el circuito: Absorben energía cuando la tensión supera un determinado nivel. Se utilizan para la protección contra sobretensiones, no para cosas de precisión como los reguladores de tensión.

Answer 2

La velocidad a la que el campo magnético se colapsa en un solenoide, electroimán o dispositivo similar cuando se retira la alimentación será proporcional a la tensión que se permite que aparezca a través del dispositivo. Si se acciona un solenoide o relé de 12 voltios con un pulsador y sin protección flyback, al soltar el pulsador pueden aparecer cientos o miles de voltios a través de la bobina hasta que el campo se colapse; sin embargo, debido a la gran tensión en la bobina, el campo se colapsaría casi instantáneamente.

Añadiendo un simple diodo de captura evitará que aparezca cualquier voltaje significativo en el solenoide o relé cuando se libera. También, sin embargo, hará que la bobina permanezca magnetizada durante mucho más tiempo de lo que lo haría de otro modo. Si el campo magnético de la bobina de un relé tarda 5 ms en alcanzar su máxima intensidad a 12 voltios, tardará 17 veces más (es decir, 85 ms) en disiparse a través de un diodo de retención. En algunas situaciones, eso podría ser un problema. Añadir algún otro circuito para bajar el voltaje puede permitir que la bobina se desenergice mucho más rápido.

BTW, si uno está conmutando muchos relés de 12V con frecuencia, yo esperaría que uno podría ahorrar una buena cantidad de energía haciendo que los diodos de la abrazadera carguen un casquillo y después tomando energía de ese casquillo para algún otro propósito. No estoy seguro de si o donde se hace eso, pero en algo como una máquina de pinball parecería que podría ser un concepto útil.

Answer 3

El diodo zener normalmente iría en serie con el diodo de rueda libre, cátodo con cátodo (apuntándose el uno al otro). Esto hace que la tensión se colapse más rápido y por lo tanto el campo de la bobina se colapsará más rápido y por lo tanto el relé/solenoide se abrirá más rápido. En las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) esto también se conoce como amortiguador zener.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Véase también esta pregunta/respuesta: diodo zener pregunta

Answer 4

Algunas de estas respuestas confunden lo que ocurre con un simple diodo. La energía se disipa principalmente en Rcoil, no en el diodo.

La clave es que al utilizar un diodo, la disipación es un decaimiento exponencial RL (como RC). Al ser exponencial es lo que hace que tarde tanto (sobre todo porque la corriente de liberación puede ser sólo del 20%). Con un zener es una caída lineal hasta cero.

Esto simula un relé real a partir de sus valores de R y L en la hoja de datos.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Observarás que el tiempo de encendido (aumento de corriente) es mayor que el tiempo de apagado utilizando un diodo (L1,D1).

Esto es no correcto ya que la inductancia es mayor (0.74H) cuando la armadura del relé está cerrada (mejor circuito magnético) que cuando está abierta (0.49H). El tiempo real de encendido (con 0.49H) y el tiempo de apagado con un diodo son casi iguales.

Las corrientes L2,L4 son las mismas, ya que hay la misma caída en ambos casos (y la misma Vdrain en el fet.

ignorar esto

simular este circuito

Answer 5

Aquí está una nota sobre la aplicación sobre el uso normal + diodos Zener para proteger los componentes y aún así desenergizar rápidamente. Muestra el tiempo de decaimiento y los valores de tensión para varios métodos.