Zpětná dioda

Na obr. 1 je induktor připojený k baterii – zdroji konstantního napětí. Rezistor představuje malý zbytkový odpor vinutí vodičů induktoru. Když je spínač zavřený, na induktor se přivede napětí z baterie, což způsobí, že proud z kladného pólu baterie teče dolů přes induktor a rezistor. Zvýšení proudu způsobí zpětné elektromagnetické pole (napětí) na induktoru v důsledku Faradayova indukčního zákona, které působí proti změně proudu. Protože napětí na induktoru je omezeno na napětí baterie 24 V, je rychlost nárůstu proudu omezena na počáteční hodnotu d I d t = V B L {\displaystyle {dI \over dt}={V_{B} \nad L}}

Proud induktorem tedy roste pomalu, protože energie z baterie se ukládá do magnetického pole induktoru. S rostoucím proudem klesá více napětí na rezistoru a méně na induktoru, až proud dosáhne ustálené hodnoty I = V B / R {\displaystyle I=V_{B}/R}

přičemž celé napětí baterie je na odporu a žádné na indukčnosti.

Při rozepnutí spínače na obr. 2 proud rychle klesá. Induktor odolává poklesu proudu tím, že vyvíjí velmi velké indukované napětí s polaritou v opačném směru než baterie, kladné na dolním konci induktoru a záporné na horním konci. Tento napěťový impuls, někdy nazývaný indukční „kopanec“, který může být mnohem větší než napětí baterie, se objeví na kontaktech spínače. Způsobí, že elektrony přeskočí vzduchovou mezeru mezi kontakty a při rozepnutí spínače vznikne přes kontakty krátkodobý elektrický oblouk. Oblouk pokračuje, dokud se energie uložená v magnetickém poli induktoru nerozptýlí v podobě tepla v oblouku. Oblouk může poškodit kontakty spínače, způsobit vznik důlků a spálení a nakonec je zničit. Pokud je ke spínání proudu použit tranzistor, například ve spínaných zdrojích, může vysoké zpětné napětí tranzistor zničit.

Aby se zabránilo indukčnímu napěťovému impulsu při vypnutí, připojí se přes induktor dioda, jak je znázorněno na obr. 3. Dioda nevede proud, když je spínač zavřený, protože je zpětně zkreslená napětím baterie, takže nenarušuje normální činnost obvodu. Když je však spínač otevřen, indukované napětí na induktoru opačné polarity předbíhá diodu dopředu a ta vede proud, čímž omezuje napětí na induktoru a brání tak vzniku oblouku na spínači. Induktor a dioda na okamžik vytvoří smyčku nebo obvod napájený energií uloženou v induktoru. Tento obvod dodává induktoru proudovou cestu, která nahrazuje proud z baterie, takže proud induktorem náhle neklesá a nevyvíjí se v něm vysoké napětí. Napětí na induktoru je omezeno na dopředné napětí diody, přibližně 0,7 – 1,5 V. Tento „volnoběžný“ nebo „zpětný“ proud přes diodu a induktor pomalu klesá k nule, protože magnetická energie v induktoru se rozptyluje jako teplo v sériovém odporu vinutí. U malého induktoru to může trvat několik milisekund.

Tyto obrázky ukazují napěťovou špičku a její eliminaci pomocí flyback diody (1N4007). Induktorem je v tomto případě cívka připojená k 24V stejnosměrnému napájení. Každý průběh byl pořízen pomocí digitálního osciloskopu nastaveného na spouštění při poklesu napětí na induktoru pod nulu. Všimněte si rozdílného měřítka: levý snímek 50V/díl, pravý snímek 1V/díl. Na obrázku 1 napětí naměřené na spínači odskočí/vyskočí přibližně na -300 V. Na obrázku 2 byla přidána zpětná dioda v antiparalelním zapojení se solenoidem. Místo skokové změny na -300 V umožňuje zpětná dioda vytvořit potenciál pouze přibližně -1,4 V (-1,4 V je kombinací předpětí diody 1N4007 (1,1 V) a patky vedení oddělující diodu a cívku). Průběh na obrázku 2 je také mnohem méně skákavý než průběh na obrázku 1, možná kvůli oblouku na spínači na obrázku 1. V obou případech je celková doba vybíjení solenoidu několik milisekund, i když nižší úbytek napětí na diodě zpomalí vypadávání relé.

.