Dapatkah dioda Zener yang melindungi sakelar terhadap induktansi ketika sakelar terbuka, memengaruhi kecepatan nyala katup saat Anda menutupnya lagi?

Seperti yang mungkin Anda ketahui, dalam aplikasi bahwa kecepatan mematikan katup solenoida sangat penting, dioda flyback sederhana tidak efektif. Beberapa orang memasang resistor secara seri dengan dioda flyback untuk mengatasi masalah, tetapi untuk aplikasi yang sangat cepat, dioda Zener disarankan.

Anda dapat melihatnya di gambar (yang ketiga dari kiri).

Saya pikir (tapi saya tidak yakin dan tolong perbaiki saya jika saya salah) bahwa arus mengalir melalui loop hanya ketika tegangan lebih tinggi dari tegangan Zener V_z.

Yang tidak saya mengerti adalah:

1. Apa yang terjadi pada tegangan di koil yang lebih rendah dari V_z? Apakah akan tetap di sana? Maksud saya di beberapa titik, tegangan turun di bawah V_z dan kaki yang berisi dioda keluar! Tetapi bagaimana tegangan yang tersisa akan mempengaruhi semua yang ada di sirkuit? dan perintah menghidupkan selanjutnya?

2. Pertanyaan yang paling penting: Apakah akan mempengaruhi perintah turn on berikutnya dengan cara negatif? Untuk aplikasi saya, saya harus menyalakan dan mematikannya 10 kali per detik (sekitar 5 siklus on / off)

3. Dan apa trade off antara memilih nilai V_z yang lebih tinggi dengan nilai yang lebih rendah ?! Anggap itu tidak pernah mencapai tegangan aman saklar (MOSFET)? Apakah V_z yang lebih rendah berarti mematikan lebih lambat? Bagaimana V_z dapat memengaruhi segalanya dengan cara positif / negatif?

FYI, saya ingin menghidupkan / mematikan Airtec 2P025-08 dengan Arduino. 12Vdc, 0,5 Ampere, Tidak tahu induktansi / resistansi dari koil!

Sedikit teori pendahuluan.

Seperti Anda mungkin tahu, tanpa setiap flyback dioda, baik itu rectifier atau Zener, Anda akan memiliki (secara teoritis tak terbatas) tegangan bantingan dari induktor (valve coil, relay berliku atau apa pun) setiap kali Anda mencoba untuk mengganggu saat tiba-tiba. Pada kenyataannya kickback tidak akan tak terbatas karena lonjakan akan memicu segala jenis efek buruk di sirkuit yang terhubung: itu akan menghasilkan busur listrik, itu akan menggerakkan semikonduktor dalam kerusakan destruktif, itu akan menggoreng resistor atau meninju kapasitor dielektrik, dll.

Semua ini dalam upaya menyingkirkan energi yang tersimpan di induktor, yaitu

$E_L = \frac 1 2\, L\, I_L^2$

$I_L$

$E_L$

$E_L$

Jika Anda bertanya-tanya apa yang terjadi ketika tindakan penjepit berhenti karena saat ini tidak cukup untuk menjaga Zener (atau dioda penjepit) dalam kerusakan (konduksi), baik jawabannya adalah bahwa ia mungkin akan terombang-ambing, karena energi HARUS dikonversi, karena sumber daya kumparan telah terputus, dan energi yang tersimpan tergantung pada arus dalam kumparan. Koil tidak akan "menahan energi" seperti yang akan dilakukan kapasitor, karena untuk itu dimungkinkan arus harus mengalir ke koil itu sendiri. Oleh karena itu energi yang tersisa akan menemukan cara lain untuk dikonversi: kapasitansi liar dan arus bocor dari dioda dan kapasitansi parasit koil itu sendiri (misalnya). Ini adalah semacam rangkaian tangki non-linear yang tidak ideal, yang akan menunjukkan osilasi teredam hingga energi diubah sepenuhnya menjadi panas.

EDIT

(Menanggapi komentar dari @supercat)

Berikut adalah beberapa hasil dari simulasi rangkaian yang dibuat dengan tergesa-gesa menggunakan LTspice yang menunjukkan osilasi teredam yang mungkin timbul dalam situasi yang serupa dengan yang dijelaskan di atas.

Analisis sementara menghasilkan plot berikut:

Jika kita memperbesar bagian menarik yang kita miliki:

Dalam plot yang sangat diperbesar berikut, Anda mungkin melihat frekuensi yang diperkirakan dari osilasi (saya telah meningkatkan gambar untuk menunjukkan di mana kursor LTspice ditempatkan).

Aaaah, elektronik, itu adalah nyonya yang membingungkan dan kejam.

Jadikan itu menyenangkan.

Masalahnya di sini adalah kecepatan reaksi komponen yang berbeda dari masalah dan / atau solusi.

Pertama: Tegangan maju dan arus maju dioda dihubungkan. Semakin tinggi tegangan yang dapat Anda berikan melewatinya, semakin mudah arus akan mengalir.

Kedua: Sebuah kumparan yang memiliki arus yang mengalir dan kemudian dimatikan bereaksi sangat cepat. Jika arus dapat pergi ke mana pun dalam fraksi fraksi mikrodetik, ia dapat melonjak hingga tegangan tak tertahankan (100, jika tidak 1000).

Jadi menambahkan resistor secara seri adalah trik kecil yang bagus, untuk sedikit mengubah respons, ini memungkinkan tegangan kumparan meningkat sedikit lebih jauh sebelum dioda mulai menggiring daya. Tapi kemudian, resistor juga ada di jalur saat ini, menghalangi bantuannya sendiri, sehingga benar-benar solusi yang lebih rendah.

Dioda zener, bagaimanapun, oh mereka ajaib. Setelah Anda mencapai tegangan kerusakan, itu benar-benar ... well .. rusak! Kurva tegangan-arus dari dioda zener saat rusak jauh lebih mengesankan, ini berkaitan dengan kompresi bidang pemblokiran begitu arus mampu mengalir, jika saya diizinkan untuk memparafrasekan buku 380 halaman dengan sangat buruk.

Jadi begitu Anda mencapai konduktansi zener, arus dapat benar-benar hilang dalam sekejap dan seperti yang saya sebutkan, untuk koil yang mencapai konduktansi zener adalah sepotong kue.

Berkenaan dengan tegangan zener, perbedaan dalam aplikasi ini antara 3V dan 6V lebih jelas daripada perbedaan antara 6V dan 12V dan sebagainya. Biasanya aturan Vz> 2 * VCC cukup baik untuk menjamin pemadaman cepat. Lebih penting adalah bahwa zener Anda dapat menangani lonjakan saat ini.

Alasan zeners tidak sepopuler dioda normal untuk perlindungan adalah kemampuan penanganannya saat ini dan menghancurkan perangkat perlindungan Anda sedikit mengalahkan tujuannya.

Saya akan mengakhiri sekarang, karena saya masih harus berbelanja sebelum bertualang ke Jerman.

EDIT: PS: 10 kali per detik bukan persyaratan kecepatan tinggi. Nonaktifkan kecepatan tinggi untuk relai adalah dalam urutan mili detik atau kurang. Lupa membuat poin ini di atas sebelum memposting. Dan mematikan kecepatan tinggi tidak akan mengganggu saklar baru.

Agar, pertanyaan Anda:

1. Ini akan sangat cepat membusuk, milidetik paling banyak. Sebenarnya tegangan tidak langsung ke nol karena merupakan rangkaian tangki LC yang sebagian besar dengan kapasitansi kumparan didistribusikan tetapi juga kapasitansi liar dan transistor sehingga akan 'berdering' pada frekuensi tinggi. Koil memiliki resistansi yang signifikan sehingga Q rendah dan deringan cepat keluar.

2. Jika Anda menunggu lebih dari 10ms, itu tidak akan mempengaruhi operasi selanjutnya dengan cara praktis.

3. Vz yang lebih tinggi lebih sulit pada transistor tetapi lebih cepat mematikannya. Turn-on tidak terpengaruh secara tepat (ada trik lain untuk meningkatkan kecepatan turn-on). Jika Anda menggunakan Vz lebih rendah daripada tegangan catu daya maksimum yang dimungkinkan (kasus terburuk) ditambah penurunan dioda, dioda zener akan melakukan ketika koil sedang 'aktif', mungkin menghancurkan zener dan transistor. Sirkuit kanan tidak memiliki masalah itu (tetapi tegangan berlebih yang berkelanjutan dapat menyebabkan dioda Zener menjadi terlalu panas).