Dioda flyback

Figura 1 prezintă un inductor conectat la o baterie – o sursă de tensiune constantă. Rezistorul reprezintă mica rezistență reziduală a înfășurărilor de sârmă ale inductorului. Când întrerupătorul este închis, tensiunea de la baterie este aplicată inductorului, determinând curentul de la borna pozitivă a bateriei să coboare prin inductor și rezistor. Creșterea curentului provoacă o forță electromagnetică de întoarcere (tensiune) la nivelul inductorului datorită legii inducției lui Faraday, care se opune modificării curentului. Deoarece tensiunea la nivelul inductorului este limitată la tensiunea de 24 de volți a bateriei, rata de creștere a curentului este limitată la o valoare inițială de d I d t = V B L {\displaystyle {dI \over dt}={V_{B} \su L}

Astfel, curentul prin inductor crește lent pe măsură ce energia din baterie este stocată în câmpul magnetic al inductorului. Pe măsură ce curentul crește, scade mai multă tensiune pe rezistor și mai puțină pe inductor, până când curentul ajunge la o valoare constantă de I = V B / R {\displaystyle I=V_{B}/R}

cu toată tensiunea bateriei pe rezistență și niciuna pe inductanță.

Când comutatorul este deschis în fig. 2, curentul scade rapid. Inductanța rezistă căderii de curent prin dezvoltarea unei tensiuni induse foarte mari de polaritate în sens opus bateriei, pozitivă la capătul inferior al inductanței și negativă la capătul superior. Acest impuls de tensiune, numit uneori „lovitură” inductivă, care poate fi mult mai mare decât tensiunea bateriei, apare între contactele comutatorului. Acesta face ca electronii să sară în spațiul de aer dintre contacte, determinând apariția unui arc electric momentan între contacte în momentul în care întrerupătorul este deschis. Arcul electric continuă până când energia stocată în câmpul magnetic al inductorului este disipată sub formă de căldură în arc. Arcul electric poate deteriora contactele comutatorului, provocând înțepături și arsuri, distrugându-le în cele din urmă. Dacă se folosește un tranzistor pentru a comuta curentul, de exemplu în sursele de alimentare cu comutație, tensiunea inversă ridicată poate distruge tranzistorul.

Pentru a preveni impulsul de tensiune inductivă la deconectare, se conectează o diodă peste inductor, așa cum se arată în fig. 3. Dioda nu conduce curentul în timp ce comutatorul este închis, deoarece este polarizată invers de tensiunea bateriei, deci nu interferează cu funcționarea normală a circuitului. Cu toate acestea, atunci când întrerupătorul este deschis, tensiunea indusă la nivelul inductorului de polaritate opusă polarizează în sens direct dioda, iar aceasta conduce curentul, limitând tensiunea la nivelul inductorului și împiedicând astfel formarea arcului electric la nivelul întrerupătorului. Inductorul și dioda formează momentan o buclă sau un circuit alimentat de energia stocată în inductor. Acest circuit furnizează o cale de curent către inductor pentru a înlocui curentul de la baterie, astfel încât curentul inductorului să nu scadă brusc și să nu dezvolte o tensiune ridicată. Tensiunea la nivelul inductorului este limitată la tensiunea directă a diodei, în jur de 0,7 – 1,5 V. Acest curent de tip „freewheeling” sau „flyback” prin diodă și inductor scade încet până la zero, deoarece energia magnetică din inductor este disipată sub formă de căldură în rezistența serie a înfășurărilor. Acest lucru poate dura câteva milisecunde la un inductor mic.

Aceste imagini arată vârful de tensiune și eliminarea acestuia prin utilizarea unei diode flyback (1N4007). În acest caz, inductorul este un solenoid conectat la o sursă de alimentare de 24V DC. Fiecare formă de undă a fost realizată cu ajutorul unui osciloscop digital setat să se declanșeze atunci când tensiunea la nivelul inductorului scade sub zero. Observați scara diferită: imaginea din stânga 50V/diviziune, imaginea din dreapta 1V/diviziune. În figura 1, tensiunea măsurată la nivelul comutatorului sare/se ridică la aproximativ -300 V. În figura 2, a fost adăugată o diodă flyback în antiparalel cu solenoidul. În loc să ajungă la -300 V, dioda flyback permite doar acumularea unui potențial de aproximativ -1,4 V (-1,4 V este o combinație între polarizarea directă a diodei 1N4007 (1,1 V) și piciorul de cablare care separă dioda de solenoid). Forma de undă din figura 2 este, de asemenea, mult mai puțin săltăreață decât forma de undă din figura 1, poate din cauza arcului electric la comutatorul din figura 1. În ambele cazuri, timpul total de descărcare a solenoidului este de câteva milisecunde, deși căderea de tensiune mai mică la dioda va încetini căderea releului.

.