Diode Flyback

La figure 1 montre une inductance connectée à une batterie – une source de tension constante. La résistance représente la petite résistance résiduelle des enroulements de fils de l’inducteur. Lorsque l’interrupteur est fermé, la tension de la batterie est appliquée à l’inducteur, ce qui fait que le courant de la borne positive de la batterie circule vers le bas à travers l’inducteur et la résistance. L’augmentation du courant provoque une force contre-électromotrice (tension) aux bornes de l’inducteur, en raison de la loi d’induction de Faraday, qui s’oppose à la variation du courant. Puisque la tension aux bornes de l’inducteur est limitée à la tension de la batterie de 24 volts, le taux d’augmentation du courant est limité à une valeur initiale de d I d t = V B L {\displaystyle {dI \over dt}={V_{B} \over L}}

Donc le courant à travers l’inducteur augmente lentement car l’énergie de la batterie est stockée dans le champ magnétique de l’inducteur. Au fur et à mesure que le courant augmente, plus la tension chute aux bornes de la résistance et moins aux bornes de l’inducteur, jusqu’à ce que le courant atteigne une valeur stable de I = V B / R {\displaystyle I=V_{B}/R}.

avec toute la tension de la batterie aux bornes de la résistance et aucune aux bornes de l’inductance.

Lorsque l’interrupteur est ouvert dans la figure 2, le courant chute rapidement. L’inductance résiste à la chute du courant en développant une très grande tension induite de polarité opposée à celle de la batterie, positive à l’extrémité inférieure de l’inductance et négative à l’extrémité supérieure. Cette impulsion de tension, parfois appelée « kick » inductif, qui peut être beaucoup plus importante que la tension de la batterie, apparaît aux bornes des contacts de l’interrupteur. Elle fait sauter les électrons dans l’espace d’air entre les contacts, provoquant un arc électrique momentané entre les contacts lorsque l’interrupteur est ouvert. L’arc se poursuit jusqu’à ce que l’énergie stockée dans le champ magnétique de l’inducteur soit dissipée sous forme de chaleur dans l’arc. L’arc peut endommager les contacts de l’interrupteur, provoquant des piqûres et des brûlures et finissant par les détruire. Si un transistor est utilisé pour commuter le courant, par exemple dans les alimentations à découpage, la tension inverse élevée peut détruire le transistor.

Pour éviter l’impulsion de tension inductive à la mise hors tension, une diode est connectée aux bornes de l’inducteur comme le montre la figure 3. La diode ne conduit pas de courant lorsque l’interrupteur est fermé car elle est polarisée en inverse par la tension de la batterie, elle n’interfère donc pas avec le fonctionnement normal du circuit. Cependant, lorsque l’interrupteur est ouvert, la tension induite aux bornes de l’inducteur de polarité opposée polarise la diode dans le sens direct, et celle-ci conduit le courant, limitant la tension aux bornes de l’inducteur et empêchant ainsi la formation d’un arc au niveau de l’interrupteur. L’inducteur et la diode forment momentanément une boucle ou un circuit alimenté par l’énergie stockée dans l’inducteur. Ce circuit fournit un chemin de courant à l’inducteur pour remplacer le courant de la batterie, de sorte que le courant de l’inducteur ne chute pas brusquement et qu’il ne développe pas une tension élevée. La tension aux bornes de l’inducteur est limitée à la tension de passage de la diode, soit environ 0,7 à 1,5V. Ce courant « en roue libre » ou « en retour » à travers la diode et l’inducteur diminue lentement jusqu’à zéro, car l’énergie magnétique de l’inducteur est dissipée sous forme de chaleur dans la résistance série des enroulements. Cela peut prendre quelques millisecondes dans une petite inductance.

Ces images montrent le pic de tension et son élimination par l’utilisation d’une diode flyback (1N4007). L’inducteur dans ce cas est un solénoïde connecté à une alimentation de 24V DC. Chaque forme d’onde a été prise à l’aide d’un oscilloscope numérique réglé pour se déclencher lorsque la tension aux bornes de l’inducteur passe en dessous de zéro. Notez les différentes échelles : image de gauche 50V/division, image de droite 1V/division. Sur la figure 1, la tension mesurée aux bornes de l’interrupteur rebondit et atteint environ -300 V. Sur la figure 2, une diode flyback a été ajoutée en antiparallèle avec le solénoïde. Au lieu de monter en flèche jusqu’à -300 V, la diode flyback ne permet qu’une accumulation de potentiel d’environ -1,4 V (-1,4 V est une combinaison de la polarisation directe de la diode 1N4007 (1,1 V) et du pied de câblage séparant la diode et le solénoïde). La forme d’onde de la figure 2 est également beaucoup moins rebondissante que celle de la figure 1, peut-être en raison d’un arc électrique au niveau de l’interrupteur de la figure 1. Dans les deux cas, le temps total de décharge du solénoïde est de quelques millisecondes, bien que la chute de tension plus faible aux bornes de la diode ralentisse la chute du relais.

.