¿Por qué harías un puenteo de un diodo zener en la protección de retroceso de una bobina de relé?

Question

SparkFun vende un kit de control de relé que debes soldar. En la parte trasera de la placa de circuito hay un par de contactos metálicos que están etiquetados como "puente para bypass zener". Supongo que debes poner una pequeña gota de soldadura ahí para hacer bypass al diodo zener.

https://www.sparkfun.com/products/13815

Mi pregunta es, ¿por qué querrías hacer bypass al diodo zener? ¿Qué pierdes y qué ganas al hacerlo?

¡Gracias!

Answer 1

La razón por la que se anota en el esquemático: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Components/General/SparkFun_Beefcake_Relay_Control_Kit_v20a.pdf

Arrestor de retroceso --

Coloque D1 con un diodo normal como el 1N4148 en todos los casos.

Use un zener (como el 1N4739) en D2 para permitir un cierto voltaje de retroceso. Mantenga Vcc + Vzener por debajo de 30 voltios (Voltaje de ruptura del NPN con un margen de 10V)

El zener no es crítico para la protección del circuito, pero ayuda a permitir que los contactos se abran más rápido. Puede ser derivado cerrando JP1.

La razón principal por la cual podrías querer un zener en primer lugar es que la bobina del relé tiene bastante inductancia y cuando la bobina del relé se abre al apagar el transistor de control, la energía almacenada en el campo magnético tiene que ir a algún lugar.

A medida que el campo magnético comienza a colapsar, induce un voltaje en la bobina, llamado voltaje de retroceso o FEM de retorno. Esto puede producir voltajes muy altos que pueden dañar el transistor de control, por lo que se requiere algún tipo de circuito de protección, generalmente consistente en un diodo que está polarizado en inversa bajo operación normal.

De manera algo contraintuitiva, toma más tiempo disiparlo si la bobina está en cortocircuito o conectada a través de un diodo normal con un voltaje directo de unos 0.7 voltios que si está conectada a una carga más grande, como una resistencia o un diodo zener. La razón de esto es que la baja caída de voltaje de un cortocircuito o diodo normal no termina disipando mucha potencia, por lo que la corriente sigue fluyendo a través de la bobina y del diodo con una resistencia mínima durante un tiempo considerable.

Con un diodo zener, esa corriente tiene que producir una diferencia de voltaje mucho mayor a través del zener para seguir fluyendo, y esto requiere mucha más potencia ya que P = I * V. Dado que la potencia es energía por unidad de tiempo, la energía en la bobina se disipa mucho más rápido, haciendo que el campo magnético disminuya más rápidamente y los contactos del relé se abran más pronto.

Answer 2

Puede parecer poco importante agregar un diodo zener (o una resistencia) para que un relé se abra un poco más rápido. Una vez hice algo similar para una válvula neumática tipo relé, y esto hizo que mi controlador de presión de aire fuera mucho más rápido. También hice esto para un controlador de motor paso a paso, para hacer que una impresora plotter funcione más rápido. Los circuitos inductivos gustan de altos voltajes, ya que dI/dT = V/L.

El ejemplo más hermoso es el condensador de retroceso para la deflexión horizontal de un monitor CRT. No solo reduce rápidamente la corriente de línea el alto voltaje de retroceso, la segunda mitad del retroceso incluso invierte la corriente, llevando el haz de regreso al lado izquierdo. Y esto sin perder la energía magnética.

El circuito de retroceso con un condensador actúa como un "rebote" para la corriente, al igual que una pelota rebotante invierte su velocidad. La analogía para un zener o una resistencia agregada es una pelota de arcilla, cae muerta. Y con solo el diodo es como una bola de espuma de memoria, que tarda más en disipar la energía cinética.