Dioda Flyback

Rys. 1 przedstawia cewkę indukcyjną podłączoną do baterii – źródła stałego napięcia. Rezystor reprezentuje niewielką rezystancję resztkową uzwojeń cewki indukcyjnej. Kiedy przełącznik jest zamknięty, napięcie z baterii jest przyłożone do cewki indukcyjnej, powodując przepływ prądu z dodatniego bieguna baterii w dół przez cewkę indukcyjną i rezystor. Wzrost natężenia prądu powoduje powstanie wstecznego pola elektromagnetycznego (napięcia) na cewce indukcyjnej zgodnie z prawem indukcji Faradaya, które przeciwstawia się zmianie natężenia prądu. Ponieważ napięcie na cewce jest ograniczone do napięcia baterii 24 V, szybkość wzrostu prądu jest ograniczona do wartości początkowej d I d t = V B L {displaystyle {dI dt}={V_{B} \L}}

Zatem prąd przez wzbudnik rośnie powoli, ponieważ energia z baterii jest magazynowana w polu magnetycznym wzbudnika. W miarę wzrostu prądu coraz większe napięcie spada na oporniku, a mniejsze na cewce, aż prąd osiągnie stałą wartość I = V B / R {{displaystyle I=V_{B}/R}}

przy całym napięciu baterii na oporniku i żadnym na indukcyjności.

Po otwarciu przełącznika na rys. 2 prąd gwałtownie spada. Induktor przeciwstawia się spadkowi prądu poprzez wytworzenie bardzo dużego napięcia indukowanego o polaryzacji przeciwnej do polaryzacji baterii, dodatniego na dolnym końcu induktora i ujemnego na jego górnym końcu. Ten impuls napięcia, czasami nazywany indukcyjnym „kopnięciem”, który może być znacznie większy niż napięcie baterii, pojawia się na stykach przełącznika. Powoduje on, że elektrony przeskakują przez szczelinę powietrzną pomiędzy stykami, powodując powstanie chwilowego łuku elektrycznego na stykach podczas otwierania wyłącznika. Łuk trwa do momentu, gdy energia zgromadzona w polu magnetycznym wzbudnika zostanie rozproszona w postaci ciepła w łuku. Łuk może uszkodzić styki przełącznika, powodując wżery i przepalenia, a w końcu ich zniszczenie. Jeśli do przełączania prądu używany jest tranzystor, na przykład w zasilaczach impulsowych, wysokie napięcie wsteczne może zniszczyć tranzystor.

Aby zapobiec indukcyjnemu impulsowi napięcia przy wyłączaniu, przez cewkę indukcyjną podłączona jest dioda, jak pokazano na rys. 3. Dioda nie przewodzi prądu, gdy przełącznik jest zamknięty, ponieważ jest odwrotnie spolaryzowana przez napięcie baterii, więc nie przeszkadza w normalnej pracy obwodu. Kiedy jednak wyłącznik jest otwarty, napięcie indukowane na cewce indukcyjnej o przeciwnej polaryzacji biasuje diodę i przewodzi ona prąd, ograniczając napięcie na cewce indukcyjnej i zapobiegając w ten sposób powstaniu łuku elektrycznego na wyłączniku. Cewka indukcyjna i dioda chwilowo tworzą pętlę lub obwód zasilany energią zgromadzoną w cewce indukcyjnej. Obwód ten dostarcza do wzbudnika prąd zastępujący prąd z baterii, tak że prąd wzbudnika nie spada gwałtownie i nie wytwarza on wysokiego napięcia. Napięcie na cewce indukcyjnej ograniczone jest do napięcia wyprzedzenia diody, około 0.7 – 1.5V. Ten „wolny bieg” lub „flyback” prądu przez diodę i cewkę indukcyjną zmniejsza się powoli do zera, w miarę jak energia magnetyczna cewki indukcyjnej jest rozpraszana jako ciepło w oporności szeregowej uzwojeń. W przypadku małej cewki może to trwać kilka milisekund.

Te obrazy pokazują skok napięcia i jego eliminację poprzez zastosowanie diody zwrotnej (1N4007). Cewką indukcyjną w tym przypadku jest solenoid podłączony do zasilania 24V DC. Każdy przebieg został wykonany za pomocą oscyloskopu cyfrowego ustawionego na wyzwalanie w momencie, gdy napięcie na cewce spadnie poniżej zera. Należy zwrócić uwagę na różne skalowanie: lewy obraz 50V/podział, prawy obraz 1V/podział. Na rysunku 1 napięcie mierzone na przełączniku odbija się/spieszy do około -300 V. Na rysunku 2 dodano diodę zwrotną w układzie antyrównoległym do cewki. Zamiast skoków do -300 V, dioda zwrotna pozwala jedynie na narastanie potencjału około -1,4 V (-1,4 V jest kombinacją odchylenia do przodu diody 1N4007 (1,1 V) i stopy przewodów oddzielających diodę od cewki). Przebieg na rysunku 2 jest również znacznie mniej sprężysty niż przebieg na rysunku 1, być może z powodu wyładowań łukowych na przełączniku w przypadku rysunku 1. W obu przypadkach całkowity czas rozładowania cewki wynosi kilka milisekund, choć niższy spadek napięcia na diodzie spowalnia opadanie przekaźnika.

.