Diodo flyback

La Fig. 1 muestra un inductor conectado a una batería, una fuente de tensión constante. La resistencia representa la pequeña resistencia residual de los devanados del inductor. Cuando el interruptor está cerrado, el voltaje de la batería se aplica al inductor, haciendo que la corriente del terminal positivo de la batería fluya hacia abajo a través del inductor y la resistencia. El aumento de la corriente provoca una FEM (tensión) a través del inductor debido a la ley de inducción de Faraday, que se opone al cambio de la corriente. Dado que la tensión a través del inductor está limitada a la tensión de la batería de 24 voltios, la tasa de aumento de la corriente está limitada a un valor inicial de d I d t = V B L {\displaystyle {dI \over dt}={V_{B} \ sobre L} \sobre L}}

Así que la corriente a través del inductor aumenta lentamente a medida que la energía de la batería se almacena en el campo magnético del inductor. A medida que la corriente aumenta, más tensión cae a través de la resistencia y menos a través del inductor, hasta que la corriente alcanza un valor estable de I = V B / R {\displaystyle I=V_{B}/R}

con toda la tensión de la batería a través de la resistencia y ninguna a través de la inductancia.

Cuando se abre el interruptor en la fig. 2 la corriente cae rápidamente. El inductor resiste la caída de la corriente desarrollando una tensión inducida muy grande de polaridad opuesta a la de la batería, positiva en el extremo inferior del inductor y negativa en el extremo superior. Este impulso de tensión, a veces llamado «patada» inductiva, que puede ser mucho mayor que la tensión de la batería, aparece a través de los contactos del interruptor. Hace que los electrones salten el espacio de aire entre los contactos, provocando un arco eléctrico momentáneo a través de los contactos cuando se abre el interruptor. El arco continúa hasta que la energía almacenada en el campo magnético del inductor se disipa en forma de calor en el arco. El arco puede dañar los contactos del conmutador, causando picaduras y quemaduras, y finalmente destruyéndolos. Si se utiliza un transistor para conmutar la corriente, por ejemplo en las fuentes de alimentación conmutadas, la alta tensión inversa puede destruir el transistor.

Para evitar el pulso de tensión inductiva en el apagado, se conecta un diodo a través del inductor como se muestra en la fig. 3. El diodo no conduce la corriente. El diodo no conduce la corriente mientras el interruptor está cerrado porque está en polarización inversa por la tensión de la batería, por lo que no interfiere en el funcionamiento normal del circuito. Sin embargo, cuando se abre el interruptor, la tensión inducida a través del inductor de polaridad opuesta polariza hacia delante el diodo, y éste conduce la corriente, limitando la tensión a través del inductor y evitando así que se forme el arco en el interruptor. El inductor y el diodo forman momentáneamente un bucle o circuito alimentado por la energía almacenada en el inductor. Este circuito suministra una ruta de corriente al inductor para reemplazar la corriente de la batería, por lo que la corriente del inductor no cae bruscamente, y no desarrolla un alto voltaje. La tensión a través del inductor está limitada a la tensión directa del diodo, alrededor de 0,7 – 1,5V. Esta corriente «libre» o «flyback» a través del diodo y el inductor disminuye lentamente hasta llegar a cero, ya que la energía magnética del inductor se disipa en forma de calor en la resistencia en serie de los bobinados. Esto puede tardar unos milisegundos en un inductor pequeño.

Estas imágenes muestran el pico de tensión y su eliminación mediante el uso de un diodo flyback (1N4007). El inductor en este caso es un solenoide conectado a una fuente de alimentación de 24V DC. Cada forma de onda se tomó utilizando un osciloscopio digital configurado para disparar cuando la tensión a través del inductor cayera por debajo de cero. Nótese el diferente escalado: imagen izquierda 50V/división, imagen derecha 1V/división. En la figura 1, el voltaje medido a través del interruptor rebota/picotea hasta unos -300 V. En la figura 2, se añadió un diodo flyback en antiparalelo con el solenoide. En lugar de llegar a -300 V, el diodo flyback sólo permite acumular aproximadamente -1,4 V de potencial (-1,4 V es una combinación de la polarización directa del diodo 1N4007 (1,1 V) y el pie de cableado que separa el diodo y el solenoide). La forma de onda de la Figura 2 también es mucho menos oscilante que la de la Figura 1, quizás debido a la formación de arcos en el interruptor de la Figura 1. En ambos casos, el tiempo total que tarda el solenoide en descargarse es de unos pocos milisegundos, aunque la menor caída de tensión a través del diodo ralentizará la caída del relé.