Flybackdiod

Figur 1 visar en induktor som är ansluten till ett batteri – en konstant spänningskälla. Motståndet representerar det lilla restmotståndet i induktorns trådlindningar. När strömbrytaren är stängd läggs spänningen från batteriet på induktorn, vilket gör att strömmen från batteriets positiva pol flödar ner genom induktorn och motståndet. Ökningen av strömmen orsakar en motkraft (spänning) över induktorn på grund av Faradays induktionslag som motsätter sig förändringen av strömmen. Eftersom spänningen över induktorn är begränsad till batteriets spänning på 24 volt, är strömmen begränsad till ett startvärde på d I d t = V B L {\displaystyle {dI \over dt}={V_{B} \over L}}}

Så strömmen genom induktorn ökar långsamt när energin från batteriet lagras i induktorns magnetfält. När strömmen ökar faller mer spänning över motståndet och mindre över induktorn, tills strömmen når ett stabilt värde på I = V B / R {\displaystyle I=V_{B}/R}}

med all batterispänning över motståndet och ingen över induktansen.

När strömbrytaren öppnas i fig. 2 sjunker strömmen snabbt. Induktansen motstår strömfallet genom att utveckla en mycket stor inducerad spänning med polaritet i motsatt riktning mot batteriet, positiv vid induktansens nedre ände och negativ vid den övre änden. Denna spänningspuls, som ibland kallas induktiv ”kick” och som kan vara mycket större än batterispänningen, visas över strömbrytarkontakterna. Den får elektroner att hoppa över luftgapet mellan kontakterna, vilket gör att en tillfällig ljusbåge utvecklas över kontakterna när brytaren öppnas. Ljusbågen fortsätter tills den energi som finns lagrad i induktorns magnetfält försvinner som värme i ljusbågen. Ljusbågen kan skada kontakterna, orsaka gropning och bränning och slutligen förstöra dem. Om en transistor används för att växla strömmen, t.ex. i switchande nätaggregat, kan den höga backspänningen förstöra transistorn.

För att förhindra den induktiva spänningspulsen vid avstängning kopplas en diod över induktorn enligt fig. 3. Dioden leder inte ström när strömbrytaren är stängd eftersom den är omvänt polariserad av batterispänningen, så den stör inte kretsens normala funktion. Men när strömbrytaren öppnas, spänner den inducerade spänningen över induktorn av motsatt polaritet dioden framåt och den leder ström, vilket begränsar spänningen över induktorn och därmed förhindrar att ljusbågen bildas vid strömbrytaren. Induktorn och dioden bildar tillfälligt en slinga eller krets som drivs av den lagrade energin i induktorn. Denna krets förser induktorn med en strömväg som ersätter strömmen från batteriet, så att induktorns ström inte sjunker plötsligt och att den inte utvecklar en hög spänning. Spänningen över induktorn är begränsad till diodens framspänning, cirka 0,7-1,5 V. Denna ”frihjuls-” eller ”flyback”-ström genom dioden och induktorn minskar långsamt till noll när den magnetiska energin i induktorn avges som värme i lindningarnas seriemotstånd. Detta kan ta några millisekunder i en liten induktor.

Dessa bilder visar spänningstoppen och dess eliminering genom användning av en flybackdiod (1N4007). Spolen i det här fallet är en solenoid som är ansluten till en 24 V DC strömförsörjning. Varje vågform togs med hjälp av ett digitalt oscilloskop som var inställt på att utlösas när spänningen över induktorn sjönk under noll. Observera den olika skalningen: vänster bild 50V/division, höger bild 1V/division. I figur 1 studsar/spikar spänningen som mäts över brytaren till cirka -300 V. I figur 2 har en flybackdiod lagts till antiparallellt med solenoiden. Istället för att spika till -300 V tillåter flybackdioden endast att en potential på cirka -1,4 V byggs upp (-1,4 V är en kombination av 1N4007-diodens framåtförspänning (1,1 V) och foten av ledningar som skiljer diod och solenoid åt). Vågformen i figur 2 är också mycket mindre hoppig än vågformen i figur 1, kanske på grund av ljusbågar vid brytaren i figur 1. I båda fallen är den totala tiden för solenoiden att urladdas några millisekunder, även om det lägre spänningsfallet över dioden kommer att sakta ner reläet.