Estoy trabajando en un proyecto que me va a controlar una variedad de cargas (relé de solenoide, motor) de un Arduino y me gustaría asegurarme de que construir en la protección suficiente para el microcontrolador y otros componentes. Yo he visto una variedad de soluciones mediante el uso de los transistores y la adición de condensadores de desacoplamiento, flyback, diodos y diodos zener. Me pregunto cómo uno podría elegir entre uno o una combinación de estas opciones?
Me pregunto cómo uno podría elegir entre uno o una combinación de estas opciones?
Es fácil, si sabe cómo inductores de trabajo.
Creo que el problema de la mayoría de las personas tienen es que escuchar palabras como "pico de voltaje inductivo" o "back-EMF" y razonablemente a la conclusión de que algo como
Así, cuando un inductor está conectado, por un instante, como un 1000V de la batería.
simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab
De hecho, en esta situación particular, esto es más o menos lo que ocurre. Pero el problema es que le falta un paso crítico. Los inductores de no sólo generar muy altos voltajes a pesar de nosotros. Mira la definición de inductancia:
$$ v(t) = L\frac{\mathrm di}{\mathrm dt} $$
Donde:
- \$L\$ es la inductancia en henrios
- \$v(t)\$ es el voltaje en el tiempo \$t\$
- \$i\$ es actual
Esto es como la ley de Ohm para los inductores, excepto que en lugar de la resistencia que hemos inductancia, y en lugar de la actual, tenemos la tasa de cambio de la corriente.
Lo que esto significa, en la llanura inglés, es que la tasa de cambio de la corriente a través de un inductor es proporcional a la tensión a través de ella. Si no hay voltaje a través de un inductor, la corriente se mantiene constante. Si el voltaje es positivo, que el actual se vuelve más positivo. Si el voltaje es negativo, que la corriente disminuye (o se vuelve negativo-la corriente puede fluir en cualquier dirección!).
Una consecuencia de esto es que la corriente en un inductor no puede al instante se detiene, debido a que requieren de un ser infinitamente alta tensión. Si no queremos que un alto voltaje, entonces tenemos que cambiar el actual lentamente.
En consecuencia, es mejor pensar de un inductor en un instante como una fuente de corriente. Cuando se abre el interruptor, lo que fue corriente que fluye en el inductor quiere seguir fluyendo. El voltaje será lo que sea necesario para que eso suceda.
Ahora, en lugar de un 1000V voltaje de la fuente, tenemos una 20mA de corriente de la fuente. Yo sólo arbitrariamente escogido 20mA como un valor razonable, en la práctica, esto es lo que el actual fue cuando el interruptor abierto, que en el caso de un relé es definida por la resistencia de la bobina de relé.
Ahora, en esta instancia, lo que debe suceder para que 20mA a fluir? Hemos abierto el circuito con el interruptor, así que no hay circuito cerrado, por lo que la corriente no puede fluir. Pero en realidad, lo que puede: el voltaje solo necesita ser lo suficientemente alta como para arco a través de los contactos del interruptor. Si queremos sustituir el interruptor con un transistor, entonces el voltaje debe ser lo suficientemente alta como para romper el transistor. Eso es lo que sucede, y usted tiene un mal momento.
Ahora mira tus ejemplos:
En el caso a, el inductor se carga el condensador. Un condensador es como un inductor con la corriente y el voltaje de conmutación: \$i(t) = C\: \mathrm dv/\mathrm dt\$, y así una corriente constante a través de un condensador de cambiar su voltaje a una tasa constante. Afortunadamente, la energía en el inductor es finito, por lo que no puede cargar el condensador para siempre; con el tiempo la corriente del inductor llega a cero. Por supuesto, entonces el condensador se tienen algunos voltaje a través de ella, y de esta forma se trabajan para aumentar la corriente del inductor.
Este es un circuito LC. En un sistema ideal, la energía que podría oscilar entre el capacitor y el inductor para siempre. Sin embargo, la bobina de relé tiene un buen montón de resistencia (de ser muy larga, delgada pieza de alambre), y hay menos pérdidas en el sistema a partir de otros componentes. Por lo tanto, la energía es finalmente eliminado de este sistema y la perdida de calor o radiación electromagnética. Un modelo simplificado que toma esto en cuenta es el circuito RLC.
El caso B es mucho más simple: el voltaje de cualquier diodo de silicio es de alrededor de 0.65 V, más o menos, independientemente de la corriente. De modo que la corriente del inductor disminuye y la energía almacenada en el inductor se pierde calor en la bobina de relé y de diodo.
Caso C es similar: cuando el interruptor se abre el back-EMF debe ser suficiente para revertir el sesgo de la Zener. Debemos asegurarnos de elegir un Zener con un revés tensión superior a la tensión de alimentación, de lo contrario la oferta podría unidad de la bobina, incluso cuando el interruptor está abierto. También debemos seleccionar un transistor que puede soportar una tensión máxima entre el emisor y el colector mayor que el Zener de tensión inversa. Una ventaja de la Zener sobre el caso B es que la corriente del inductor disminuye más rápidamente, debido a que el voltaje a través del inductor es mayor.
Hay otra variante que se utiliza para reducir la energía almacenada en la carga inductiva tan pronto como sea posible. Esto lo he visto utilizado en circuitos de relé donde desconexión rápida-se requieren tiempos. El problema con el diodo es que la energía que se celebró en la bobina de relé toma tiempo para disipar (debido a que la corriente recircular y disminuye lentamente), mientras que si un resistor fue colocado en paralelo con la bobina, el back-emf sería más grande, pero gastar la energía más rápidamente.
Por ejemplo, un 50mA de la bobina de corriente produce un pico de la espalda emf de 0,7 voltios en un diodo, pero a través de un resistor de 1k esto sería de 50 voltios. Este no es un problema si el transistor está valorada en 100 voltios.
Una modificación de esta idea es el uso de un diodo en serie con un resistor. Ahora la resistencia no toma normal de corriente; sólo controla el voltaje inverso de la situación.
La más grande es la resistencia, la rapidez de la energía se disipa y el más rápido del relé o solenoide o lo que sea) se convierte mecánicamente fuera.
El condensador versión es también vale la pena considerar. La energía almacenada en la bobina que se libera cuando el transistor se abre y esta barre en el condensador de la formación de un pico de voltaje que está relacionado con la energía almacenada; el inductor tiene una energía almacenada que es: -
\$\dfrac{Li^2}{2}\$ y el condensador fórmula es la energía almacenada = \$\dfrac{Cv^2}{2}\$
Cuando usted equiparar estas dos ecuaciones se puede calcular lo que el pico de back-emf es cuando el transistor abierto-circuitos. Lo que a continuación, es que la corriente va hacia atrás y hacia delante entre la bobina y el condensador oscilante hacia abajo a cero. El tiempo necesario puede ser largo (en micro y términos de milisegundos), pero el acto de la bobina de relé de corriente de revertir después del 1er ciclo de la oscilación se convierte rápidamente el relé. Generalmente la transmisión de la resistencia de la bobina es lo suficientemente alta para asegurarse de que el 3 de mitad de ciclo de la oscilación no tiene suficiente corriente para reactivar la bobina de relé.
Así, el condensador idea es que a veces (rara vez) utilizado. A veces se la utiliza en serie con un resistor para acelerar las cosas un poco más.
El zener idea también es útil porque, a diferencia de los diodos que se lleva a cabo a 0,7 voltios, el zener lleva a cabo, pero en (digamos) de 12 voltios, por lo tanto, acelera la disipación de la energía almacenada mucho más rápido que un diodo solo. También, con un zener el voltaje máximo punto es más fácil de definir que con las resistencias y los condensadores de lo que hay cierta atracción para usarlo.
La forma habitual es utilizar el caso B anterior. Se llama un diodo back-EMF o un diodo flyback. El condensador en la A es poco probable que funcione. Caso C es visto a veces puentes de H y en casos donde la carga es conducida negativo así como positivo, en cuyo caso el diodo paralelo simple no puede utilizarse.
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