Flyback diode masalah dan pull-in & tahan masalah saat ini di sirkuit Relay ini

Meskipun ini mungkin pertanyaan mendasar tapi saya masih berjuang dengan itu. Dalam skema ini, dua dioda zener D1 dan D2 dihubungkan secara berurutan di koil relay L1. BVds = -30V untuk Q1. Dapatkah saya menggunakan zener 15V (Vz = 15V) untuk D1 dan D2 daripada zeners 5.1 V? Apakah koil relay atau kontak dapat rusak selama mematikan relay? Jika diperlukan, saya menggunakan relay ini (5V DC Standard Coil).

Juga, untuk mengurangi konsumsi steady state saat ini dari relay coil, saya ingin menggunakan RC ckt yang ditampilkan dalam skema. Segera setelah Q1 dinyalakan, kapasitor yang tidak diisi untuk sementara tampak mati pendek, menyebabkan arus maksimum mengalir melalui koil relai dan menutup kontak relai tanpa obrolan. Akan tetapi, saat kapasitor mengisi, tegangan melintang dan arus menurun melalui koil relay. Rangkaian mencapai kondisi stabil ketika kapasitor telah dibebankan ke titik bahwa semua arus melalui koil relay bergerak melalui R1. Kontak akan tetap tertutup sampai tegangan drive dilepas.

Yang merupakan tempat terbaik untuk meletakkan RC ckt ini - bagian yang ditandai 'A' atau 'B' dalam skema. Apakah akan ada bedanya? Bagian-B menurut saya pilihan terbaik, seperti ketika Q1 mati, kapasitor C1 dapat dilepaskan melalui R1 melalui ground. Bagaimana cara C1 melepaskan ketika saya menempatkan RC ckt di bagian-A? Apakah saya melewatkan sesuatu di sini? Apakah menempatkan RC ckt ini memiliki efek samping? Ada solusi yang lebih baik?

Harap perbaiki saya jika saya salah atau melewatkan sesuatu?

UPDATE1 pada 2012-07-09:

Katakan dalam skema di atas saya memiliki 6V DC Standard coil (lihat datasheet di atas), 48,5 ohm relay. Dan ambil C1 = 10uF katakan. Asumsikan bahwa R1C1 ckt ditempatkan pada bagian-A dalam skema di atas. Catu daya berada pada + 5V.

Untuk Drop 3V (Hold-on voltage) di seluruh relay coil, arusnya harus sekitar 62mA. melalui koil. Jadi drop di R1 pada kondisi stabil adalah 2V. Untuk arus 62mA melalui koil relay pada kondisi tunak, R1 harus 32,33 ohm.

Dan muatan pada C1 adalah 2V x 10uF = 20uC, pada kondisi stabil.

Sekarang dalam lembar data ini , waktu pengoperasian diberikan menjadi kasus terburuk 15ms. Dari data di atas kita memiliki RC = 48.5ohm x 10uF = 0.485 ms. Jadi, begitu Q1 dinyalakan, C1 akan terisi penuh dalam 2,425 ms.

Sekarang bagaimana saya tahu bahwa durasi 2,425 ms ini cukup untuk relay untuk membuat kontaknya dekat?

Demikian pula, segera setelah Q1 dimatikan, karena kembali ggl yang dihasilkan dan dijepit ke 3.3V oleh zener D2 (Vz = 3.3V) ditambah penurunan dioda D1 sebesar 0.7V, tegangan pada C1 akan menjadi -2V + (-3.3 V - 0.7V) = -2V. Tetapi biaya pada C1 masih 20uC. Karena kapasitansi konstan, maka muatan harus turun karena tegangan pada C1 menurun dari + 2V ke -2V langsung setelah mematikan Q1.
Bukankah itu melanggar Q = CV?

Pada titik ini, arus yang mengalir melalui koil relay karena back emf akan menjadi 62mA dalam arah yang sama seperti sebelum mematikan Q1.

Apakah arus 62mA ini akan membebani atau mengeluarkan C1? Tegangan di C1 adalah 6V segera setelah Q1 dimatikan kan? Saya tidak mengerti bagaimana arus akan mengalir b / w R1, C1, D1, D2 dan relay coil segera setelah Q1 dimatikan.

Adakah yang bisa menjelaskan masalah ini?

UPDATE2 pada 2012-07-14:

"Arus dalam sebuah induktor tidak akan berubah secara instan" - Meskipun ada dioda flyback D1 ( Katakanlah, D1 bukan zener tetapi sinyal kecil atau dioda schottky , dan zener D2 dihapus dalam skema di atas), segera setelah Q1 dimatikan, apakah tidak akan ada lonjakan saat ini (bahkan untuk beberapa usec)?

Saya bertanya karena ini, jika ada lonjakan arus maka jumlah arus yang akan mengalir selama lonjakan ini (katakanlah> 500mA dalam kasus ini) dapat merusak dioda flyback jika saya telah memilih dioda dengan max peak forward rating saat ini dari sekitar 200mA saja.

62mA adalah jumlah arus yang mengalir melalui koil relay ketika Q1 aktif. Jadi, akankah arus melalui koil relay tidak pernah melebihi 62mA - bahkan untuk sesaat (katakanlah untuk beberapa usec) setelah Q1 dimatikan?

Anda dapat menempatkan RC di sisi B atau sisi A. Ketika komponen ditempatkan secara seri, urutannya tidak menjadi masalah bagi pekerjaan.

Tentang dioda. Ketika Anda mematikan relai, itu akan menyebabkan tegangan negatif (mungkin besar) pada saluran FET, dan flyback diode digunakan untuk membatasi voltase itu menjadi penurunan dioda 0,7 V. Jadi dioda tidak berfungsi untuk melindungi koil, tetapi FET. Menggunakan zener akan memungkinkan voltase ini menuju -5.7 V atau -15.7 V jika Anda akan menggunakan zener 15 V. Tidak ada alasan untuk mengambil risiko di sini, bahkan jika FET dapat menangani -30 V. Jadi saya hanya akan menggunakan penyearah atau dioda sinyal, atau bahkan lebih baik dioda Schottky.

sunting komentar
Anda Anda memang dapat menggunakan zener (dikombinasikan dengan dioda umum, D1 tidak harus menjadi zener) untuk mengurangi waktu nonaktif , dan Tyco juga menyebutkannya dalam catatan aplikasi ini , tetapi saya tidak membaca seolah-olah mereka bersikeras . Gambar lingkup di tautan pertama menunjukkan penurunan dramatis dalam waktu nonaktif, tetapi itu mengukur waktu antara menonaktifkan relai dan pembukaan kontak pertama, bukan waktu antara pembukaan pertama dan kembali ke posisi istirahat, yang akan berubah jauh lebih sedikit.

sunting ulang relai 6 V dan sirkuit RC
Seperti yang saya katakan dalam jawaban ini Anda dapat mengoperasikan relai di bawah tegangan pengenalnya, dan karena tegangan operasinya adalah 4.2 V, relai versi 6 V juga dapat digunakan pada 5 V. Jika Anda menggunakan resistor seri tidak lebih tinggi dari 9 Ω Anda akan memiliki 4,2 V, dan kemudian Anda tidak perlu kapasitor (awasi toleransi untuk 5 V!). Jika Anda ingin menurunkan Anda sendiri; datasheet tidak memberikan tegangan yang harus ditahan. Tetapi katakanlah ini adalah 3 V. Kemudian Anda dapat menggunakan resistor seri 32 Ω dan Anda akan membutuhkan kapasitor untuk mengaktifkan relay.

Waktu pengoperasian maksimum 15 ms (yang panjang), sehingga kapasitor mengisi tegangan relai tidak boleh di bawah 4,2 V hingga 15 ms setelah dinyalakan.

Sekarang kita harus menghitung waktu RC untuk itu. R adalah paralel dari resistansi koil relay dan resistansi seri (itu kesalahan Thévenin), jadi itu 19,3 Ω. Kemudian

$3 V + 2 V \cdot e^{\dfrac{- 0.015 ms}{19.3 \Omega \text{ C}}} = 4.2 V$

Memecahkan untuk memberi kita minimum 1500 μF.$\text{C}$

Nonaktifkan:
Anda tidak dapat melanggar Q = CV, itu adalah Hukum. Tegangan penjepit Anda adalah 3,3 V + 0,7 V = 4 V. Itu berarti bahwa ketika Anda mematikan FET sisi rendah kapasitor sebentar akan ditarik ke -4 V, dan dengan cepat naik lagi ke 0 V. Sisi tinggi adalah 2 V lebih tinggi, dan hanya akan mengikuti penurunan 4 V sementara kapasitor keluar melalui resistor paralel. Kapasitor bahkan tidak akan memperhatikan penurunan. Konstanta waktu pengosongan adalah 1500 μF 32 Ω = 48 ms, maka kapasitor akan melepaskan ke 20 mV (1% dari nilai awalnya) dalam 220 ms. $\times$

62 mA tidak akan mengisi daya atau melepaskan kapasitor. Kami sering menerapkan Hukum Saat Ini Kirchhoff (KCL) ke node, tetapi juga berlaku untuk daerah:

Gambarlah batas di sekitar C1 dan R1, dan Anda akan melihat hanya ada satu jalur ke dunia luar karena cara FET terputus. Karena total arus harus nol, tidak mungkin ada arus melalui koneksi unik itu. Koil harus mengurus 62 mA sendiri, dan melakukannya dengan menggunakan loop yang dibentuk oleh zener.

Relai dapat dimodelkan sebagai induktor dengan resistansi seri yang signifikan. Ketika arus dalam induktor mencapai tingkat tertentu, kontak akan 'ditarik masuk'. Ketika arus jatuh di bawah level bawah tertentu, kontak akan dirilis.

Alasan dioda flyback diperlukan adalah bahwa induktor berperilaku, untuk menggunakan analogi mekanik, sebagai "massa fluida bergerak". Sama seperti itu tidak mungkin untuk massa fisik yang bergerak untuk berhenti secara instan, dan jumlah gaya yang dihasilkan oleh massa yang bergerak ketika mengenai sesuatu sebanding dengan percepatan yang benda coba untuk berikan kepada massa, demikian juga dengan induktor. Arus dalam induktor tidak akan berubah secara instan, tetapi sebaliknya akan berubah pada tingkat yang sebanding dengan tegangan yang melewatinya. Sebaliknya, tegangan melintasi induktor akan sebanding dengan laju di mana gaya eksternal mencoba untuk mengubah tingkat di mana arus mengalir melaluinya. Perangkat yang mencoba menghentikan arus dalam induktor tidak akan dapat menghentikannya secara instan,

Fungsi dioda flyback adalah untuk memberikan arus di induktor dengan jalur selain transistor. Arus harus terus mengalir di suatu tempat, setidaknya untuk sementara waktu, dan dioda flyback menyediakan jalur yang aman. Satu-satunya batasan dengan dioda flyback sederhana adalah bahwa hal itu memungkinkan arus mengalir "terlalu baik". Tingkat di mana arus dalam induktor akan turun sebanding dengan penurunan tegangan di induktor (yang termasuk penurunan tegangan dalam resistansi seri tersirat). Semakin rendah tegangan melintasi induktor, semakin lama waktu yang diperlukan untuk turun di dalamnya. Menambahkan dioda zener secara seri dengan dioda flyback akan meningkatkan kecepatan di mana arus induktor akan turun, dan dengan demikian mengurangi waktu sebelum relai mati.