Меню

Диод в цепи реле постоянного тока



Импульсные диоды

Импульсные диоды (их ещё называют сигнальными) используются в электрических схемах для передачи информации (сигнала). Таким образом от них требуется проводить только небольшие токи (до 100 мА).

Импульсные диоды общего назначения, такие как диод 1N4148, сделаны из кремния и имеют падение напряжения около 0.7 В.

Германиевые диоды, такие как OA90, имеют более низкое падение напряжения — 0.2 В. Это делает их подходящими для использования в электронных схемах радиоприёмников в качестве детекторов (для преобразования слабых радиосигналов в звуковые сигналы, также называемое детектированием).

Для общего использования, когда падение напряжения на диоде не имеет большого значения, применение кремниевых диодов предпочтительнее, т.к. они менее подвержены выходу из строя при перегреве в момент пайки, они имеют более низкое сопротивление и у них очень низкий ток утечки при подаче обратного напряжения.

Защитный диод на реле

Диод на реле используется для защиты транзисторов и микросхем от короткого высокого обратного напряжения, появляющегося при снятии напряжения с катушки реле (так называемой обратки). На схеме показано, как включается диод для защиты транзистора.

Ток, текущий через катушку реле, создаёт магнитное поле, которое пропадает при пропадании тока. Внезапное пропадание тока вызывает в катушке короткое высокое обратное напряжение, так называемая «ЭДС самоиндукции». Это напряжение может пробить ключевой элемент, который питает реле. Для гашения этого напряжения и ставится диод. На защиту реле не стоит ставить слаботочные диоды. К примеру, диод 1N4001 будет хорошим выбором.
Если реле запитывать через какой-либо выключатель, а не транзистор или микросхему, то диод можно не ставить.

Источник

Меры по защите контактов реле от повреждения дуговыми разрядами

В процессе эксплуатации сигнализаторов уровня имеющих дискретный (релейный, транзисторный) выход, зачастую подключают индуктивную нагрузку (устройства, имеющие в своём составе катушку индуктивности). Возникновение дуговых разрядов при размыкании таких электрических цепей крайне негативно сказывается на работоспособности контактов реле и выходных каскадов датчиков, уменьшая их срок эксплуатации.

В целях устранения пагубного влияния дуговых разрядов применяются искрогасящие цепи, устанавливаемые параллельно контактам реле или параллельно нагрузке.

Не вдаваясь в физику переходных процессов и причин возникновения дуговых разрядов рассмотрим наиболее действенные и широко применяемые искрогасящие цепи постоянного и переменного тока.

Цепи постоянного тока:

Кремниевый диод включается параллельно индуктивной нагрузке, при замыкании контактов и в установившемся режиме не оказывает никакого воздействия на работу схемы. При отключении нагрузки возникает напряжение самоиндукции, обратное по полярности рабочему напряжению, диод открывается и шунтирует индуктивную нагрузку. Диоды исключительно эффективно устраняют дуговые разряды и предохраняют контакты реле от обгорания лучше, чем любые другие схемы искрогашения. Такой способ применим и к сигнализаторам с транзисторным выходом.

Правила выбора обратного диода:

  • рабочий ток и обратное напряжение диода должны быть сравнимы с номинальным напряжением и током нагрузки. Для нагрузок с рабочим напряжением до 250 VDC и рабочим током до 5 А вполне подходит распространенный кремниевый диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 VDC и максимальным импульсным током до 20 А;
  • выводы диода должны быть как можно короче;
  • диод следует припаивать (привинчивать) непосредственно к индуктивной нагрузке, без длинных соединительных проводов — это улучшает ЭМС при процессах коммутации. Цепи переменного и постоянного тока:

    RC-цепь является наиболее дешёвым и широко применяемым средством защиты цепей как переменного, так и постоянного тока.

    В отличие от диодных схем RC-цепи можно устанавливать, как параллельно нагрузке, так и параллельно контактам реле. В некоторых случаях нагрузка физически недоступна для монтажа на ней искрогасящих элементов, и тогда единственным способом защиты контактов остается шунтирование контактов RC-цепями.

    Расчет RC-цепи, подключаемой параллельно контактам реле:

    где С — ёмкость RC-цепи, мкф.

    I — рабочий ток нагрузки, А.

    где R — сопротивление RC-цепи, Ом.

    E0 — напряжение на нагрузке, В.

    I — рабочий ток нагрузки, А.

    Проще всего пользоваться универсальной номограммой. По известным значениям напряжения источника питания U и тока нагрузки I находят две точки на номограмме, после чего между точками проводится прямая линия, показывающая искомое значение сопротивления R. Значение емкости С отсчитывается по шкале рядом со шкалой тока I. Номограмма дает разработчику достаточно точные данные, при практической реализации схемы необходимо будет подобрать ближайшие стандартные значения для резистора и конденсатора RC-цепи.

    RC-цепь, подключаемая параллельно нагрузке

    Применяется там, где нежелательна или невозможна установка RC-цепи параллельно контактам реле. Для расчета предлагаются следующие ориентировочные значения элементов:

  • С = 0,5 . 1 мкф на 1 А тока нагрузки;
  • R = 0,5 . 1 Ом на 1 В напряжения на нагрузке или
  • R = 50. 100% от сопротивления нагрузки. Приведенные значения R и С не являются оптимальными. Если требуется максимально полная защита контактов и реализация максимального ресурса реле, то необходимо провести эксперимент и опытным путем подобрать резистор и конденсатор, наблюдая переходные процессы с помощью осциллографа.

    Читайте также:  Ток оригинальной зарядки iphone

    Для защиты выходных транзисторных каскадов сигнализаторов RC-цепь подключают параллельно нагрузке.

    Источник: Компания «РусАвтоматизация»

    Источник

    Выбор RC-цепочки, защитного диода,диода-стабилитрона, диода-резистора

    Содержание

    • 1. Общая часть
    • 2. Определение параметров защитных цепочек
    • 2.1 Диод-стабилитрон
    • 2.2 Диод-резистор
    • 2.3 Защитный диод
    • 2.4 Выбор защитной RC – цепочки
    • 2.5 Выбор диодов защитных цепочек
    • 3. Влияние защитных цепочек на увеличение токовой нагрузки на коммутируемые контакты
    • 4. Защитные цепочки, рекомендуемые для применения
    • 5. Способ снижения коммутационных перенапряжений при использовании транзистора в качестве переключающего элемента
    • 6. Примеры выбора защиты диодов от коммутационных перенапряжений
    • 7. Выбор защитной цепочки
    • 8. Выбор параметров защитных цепочек
    • 8.1 Выбор диодов
    • 8.2 Выбор резисторов
    • 9. Список литературы

    1. Общая часть

    Коммутации обмоток реле в цепях постоянного тока релейной защиты и автоматики обычно сопровождается значительными перенапряжениями, которые могут представлять опасность для используемых в этих цепях полупроводниковых приборов. Для защиты транзисторов, работающих в режиме переключения, стали применяться защитные цепочки (рис.1), которые присоединяются параллельно обмотке коммутируемого реле (рис.2 – здесь обмотка коммутируемого реле представлена схемой замещения – индуктивностью L, активной составляющей сопротивления R и результирующей межвитковой емкостью С) и снижают перенапряжения, возникающие между зажимами обмотки 1 и 2.

    Рис.1 - Защитные цепочки, применяемые для снижения коммутационных перенапряжений

    Рис.1 — Защитные цепочки, применяемые для снижения коммутационных перенапряжений

    Рис.2 - Защита транзистора VT с помощью защитной цепочки

    Рис.2 — Защита транзистора VT с помощью защитной цепочки

    Однако в настоящее время определению параметров защитных цепочек и оценке их влияния на работу устройств релейной защиты не удаляется достаточного внимания. Кроме того, при разработке и проектировании устройств релейной защиты с применением полупроводниковых диодов, подверженных воздействию коммутационных перенапряжений, защита диодов во многих случаях не предусматривается.

    Это приводит к довольно частому выходу диодов из строя и отказу или неправильному действию устройства. Примером цепей, где на диод могут воздействовать перенапряжения, служит схема, изображенная на рис.3. Здесь разделяющий диод VD оказывается под воздействием коммутационного перенапряжения и может быть поврежден при размыкании контактов KI и замкнутом положении контактов K2.Для защиты этого диода к зажимам 1 и 2 обмотки реле К3 должна быть присоединена защитная цепочка. Для защиты диодов могут быть использованы те же защитные средства, которые применяется для защиты транзисторов (рис.1).

    Рис.3 - Цепи, в которых разделяющий диод VD может подвергаться воздействию коммутационных перенапряжений

    Рис.3 — Цепи, в которых разделяющий диод VD может подвергаться воздействию коммутационных перенапряжений

    2. Определение параметров защитных цепочек

    Значения параметров защитных цепочек определяются на основании условия снижения воздействия перенапряжений на защищаемый полупроводниковый прибор до допустимого уровня. Это достигается путем создания дополнительного контура для тока, проходящего в обмотке реле.

    Коммутационное перенапряжение Uп, воздействующее на полупроводниковый прибор при переходном процессе, определяется как [Л1]:

    • Е – напряжение источника питания оперативного тока;
    • Uс – коммутационное перенапряжение на обмотке реле.

    Перенапряжение Uп должно соответствовать условию [Л2]:

    Uп Рис.4 а) - Зависимость Uм=f(Rp) для реле РП-23/220 (кривая 1), РП-252/220 (кривая 2), реле серий ЭВ100 (без искрогасительного контура, (кривая 3)

    Рис.4 а) — Зависимость Uм=f(Rp) для реле: РП-23/220 (кривая 1), РП-252/220 (кривая 2), реле серий ЭВ100 (без искрогасительного контура, (кривая 3)

    Рис.4 б) - Зависимость Uм=f(Rp) для реле РУ21/220

    Рис.4 б) — Зависимость Uм=f(Rp) для реле РУ21/220

    Рис.4 в) - Зависимость Uм=f(Rp) для реле: РПУ-2/220 (кривая 1), РП222-У4/220 (кривая 2), РП255/220 (кривая 3), РП251/220 (кривая 4)

    Рис.4 в) — Зависимость Uм=f(Rp) для реле: РПУ-2/220 (кривая 1), РП222-У4/220 (кривая 2), РП255/220 (кривая 3), РП251/220 (кривая 4)

    2.3 Защитный диод

    При использовании защитного диода Uс=0 и напряжение на защищаемом полупроводниковом приборе согласно (1) Uп=Е.

    2.4 Выбор защитной RC – цепочки

    Значение сопротивления R (сопротивление резистора RC-цепочки) определяется из условия ограничения токовой нагрузки на коммутирующие контакты от тока заряда емкости Сз (емкость конденсатора RC-цепочки) допустимой нагрузкой, т.е.

    Iоз=Е/Rз Рис.5 а) - Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-252/220 (кривая 1), РУ21/220 (кривая 2)

    Рис.5 а) — Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-252/220 (кривая 1), РУ21/220 (кривая 2)

    Рис.5 б) - Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-251/220 (кривая 1), РП222-У4/220 (кривая 2), РПУ-2/220 (кривая 3)

    Рис.5 б) — Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-251/220 (кривая 1), РП222-У4/220 (кривая 2), РПУ-2/220 (кривая 3)

    Рис.5 в) - Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-23/220 (кривая 1), реле серий ЭВ100 (без искрогасительного контура, (кривая 2), РП-255/220 (кривая 3)

    Рис.5 в) — Зависимость Uм=f(Сз) для реле: РП-23/220 (кривая 1), реле серий ЭВ100 (без искрогасительного контура, (кривая 2), РП-255/220 (кривая 3)

    2.5 Выбор диодов защитных цепочек

    Выбор диодов защитных цепочек производится по максимально допустимому напряжению диодов, исходя из условия:

    Е Рис.6 - Способ снижения коммутационных перенапряжений путем увеличения времени переключения транзистора с помощью R2-C

    Рис.6 — Способ снижения коммутационных перенапряжений путем увеличения времени переключения транзистора с помощью R2-C

    Этот способ может найти применение в тех случаях, когда по характеру работы устройства увеличение времени переключения допустимо, а установка дополнительных элементов (защитных цепочек) в нагрузочной цепи транзистора нежелательна. В отношении нашедших применение на практике статических реле указанный способ, по-видимому, будет наиболее приемлем, так как для отстройки от помех в ряде случаев специально производится замедление их действия.

    6. Примеры выбора защиты диодов от коммутационных перенапряжений

    На рис.П-1а – П-5а изображены применяемые на практике схемы цепей постоянного тока релейной защиты с разделяющими диодами. В некоторых из этих схем разделяющие диоды могут подвергаться воздействию коммутационных перенапряжений.

    Читайте также:  Устройство магнитного пускателя постоянного тока

    1. Рис.П-1а При замкнутом положении контактов K1 и размыкании контактов К2 отключается почти весь ток в обмотке реле К4. При этом между зажимами обмотки реле К4 (в обмотке К4 продолжает протекать обратный ток насыщения диода VD, составляющий единицы микроампер) возникает коммутационное перенапряжение, а потенциал положительного зажима обмотки становится намного ниже потенциала отрицательного полюса источника питания. Разделяющий диод VD оказывается под воздействием обратного напряжения, превышающего максимально допустимое напряжение диода Д229Б.

    Рис.П-1а - пример выбора защитных диодов

    Рис.П-1а — К3,К4 — обмотки реле, соответственно РП255/220, РП251/220; VD, VD1 — диоды D229Б; VD1,R — защитная цепочка

    2. Рис.П-2а. Диоды VD1, VD2 подвергаются воздействию коммутационного перенапряжения при замкнутом положении контактов K1 и размыкании контактов К2, так как при этом отключается почти весь ток в обмотке реле К6, и потенциал ее положительного зажима оказывается намного ниже потенциала отрицательного полюса.

    Рис.П-2

    Рис.П-2 — К3,К4,К5 — обмотки реле РП252-У4/220; К6 — обмотка реле РПУ-2/220; VD1-VD6 — диоды D229Б; VD5,R4 — искрогасительный контур; VD6,R5 — защитная цепочка

    3. Рис.П-3а. При отключении тока в обмотке реле К7 контактами К2, когда контакты К1 находятся в замкнутом положении, переходной процесс происходит аналогично рассмотренному выше. Коммутационное перенапряжение воздействуют на диоды VD1, VD2.

    Рис.П-3

    Рис.П-3 — К3 — обмотка указательного реле; К4,К5,К6 обмотки реле РП252-У4/220, К7 — обмотка реле РПУ-2/220; VD1-VD6 — диоды D229Б; R1,R2 — резисторы соответственно, 3000 и 2000 Ом; VD5,R6 — искрогасительный контур; VD6,R7 — защитная цепочка; SX — накладка

    4. Рис.П-4. В этой схеме разделяющие диоды не подвергаются воздействию коммутационных перенапряжений.

    Рис.П-4

    Рис.П-4 — К3, К4 — обмотки указательных реле; К5 — последовательная обмотка промежуточного реле; К6,К7 обмотки реле РП222-У4/220; VD1, VD2 — диоды D229Б; R — резистор 1000 Ом;

    5. Рис.П-5а. Диодно-резисторные цепочки, присоединяемые параллельно обмоткам реле (см. также рис.П-2а, П-3а) и предназначенные для уменьшения искрения на контактах, в какой-то степени ограничивают коммутационное перенапряжения на разделяющих диодах. Использование в этих цепочках двух, вместо одного, последовательно соединенных диодов с параллельно присоединенными к ним резисторами (служащими для равномерного распределения обратного напряжения по диодам) предпринято с той целью, чтобы не допускать пробоя диодов этих цепочек от воздействия перенапряжений.

    Однако возможность воздействия коммутационного перенапряжения на диоды-резисторных цепочек в схеме рис.П-5а (а также в схемах П-2а, П-3а) исключена (Предполагается, что перенапряжения не могут также попасть в схеме рис.П-5а со стороны источника питания). Поэтому все эти сравнительно сложные цепочки целесообразно заменить на цепочки диод-резистор (рис.П-2б, П-3б, П-5б). причем, при незначительной вероятности обрыва цепи разделяющих диодов, имеется возможность применить вместо трех одну общую цепочку диод-резистор, присоединив ее параллельно обмотке реле К8 (рис.П-5в).

    Общая защитная цепочка диод-резистор, наряду со снижением уровня коммутационных перенапряжений, воздействующих на разделяющие диоды VD1-VD4, способствуют уменьшению искрения на контактах.

    Рис.П-5

    Рис.П-5 — К4, К5 — обмотки реле РП223/220; К6,К7,К8 — обмотки реле РП23/220; VD1-VD14 — диоды D229Б; R1 — резистор 1000 Ом;

    7. Выбор защитной цепочки

    Рекомендованные в методических указаниях для применения защитной цепочки диод-резистор и RC-цепочка являются равноценными с точки зрения их защитных свойств (RC-цепочка менее эффективна, когда конденсатор предварительно не заряжен). Выбираем цепочку диод-резистор как имеющую меньшие габариты.

    8. Выбор параметров защитных цепочек

    8.1 Выбор диодов

    Диоды защитных цепочек выбираются на основании условия:

    Е Определение тока в реле К8

    Здесь: Iк4, Iк5, Iк6, Iк7 – токи, проходящие соответственно в обмотках реле К4, К5, К6, К7.

    Сопротивление добавочного резистора

    • 220 – напряжение источника питания (В);
    • 9300, 9250 – сопротивления постоянному току, соответственно, обмотки реле РП-23 и последовательно соединенной с добавочным резистором обмотки реле РП-223 (Ом).

    Минимальный ток срабатывания реле К8 (РП-23):

    Минимальный ток срабатывания реле К8

    Таким образом, величина тока, проходящего в обмотке реле К8 при размыкании контактов К2, недостаточна для срабатывания реле (Если Iм > Iср.к8, то реле К8 сработает при выполнении условия
    tб > tср, где:

    • tср – время, в течении которого Iм > Iср.к8;
    • tб – время срабатывания реле К8.

    Источник

    Как выбрать обратный диод для реле?

    Диод помещается параллельно катушке реле (с противоположной полярностью), чтобы предотвратить повреждение других компонентов, когда реле выключено.

    Вот пример схемы, которую я нашел в Интернете:

    >

    Как определить требуемые спецификации для диода, такие как напряжение, ток и время переключения?

    4 ответа

    Сначала определите ток катушки, когда катушка включена. Это ток, который будет протекать через диод, когда катушка выключена. В вашем реле ток катушки показан как 79,4 мА. Укажите диод для тока не менее 79,4 мА. В вашем случае номинальный ток 1N4001 намного превышает требование.

    Напряжение обратного напряжения диода должно быть не менее напряжения, подаваемого на катушку реле. Обычно разработчик вкладывает много резервов в обратном рейтинге. Диод в вашей заявке, имеющий 50 вольт, будет более чем достаточным. Снова 1N4001 выполнит эту работу.

    Читайте также:  Условия подключения трансформатора тока

    Кроме того, 1N4007 (в единичных количествах) стоит одинаково, но имеет рейтинг 1000 вольт.

    Требуемое напряжение — номинальное напряжение катушки, так как это то, что будет применяться. Дайте ему 2-й коэффициент безопасности.

    Потребность в токе — номинальный ток катушки.

    Скорость, вероятно, не учитывается для катушек реле, так как они не включаются /выключаются очень часто, по сравнению с, например, двигателем PWM.

    В вашем случае 1N4001, вероятно, будет работать нормально.

    Все не всегда так просто, как кажется, хотя в случае, когда реле сильно зависят от приложения. В то время как диод обеспечивает безопасный путь разряда, который сохраняет ваш транзистор переключения и блок питания, он может вызвать несколько проблем в определенных приложениях. Реле при закрытии могут образовывать небольшой контакт на контактах, и, размещая там диод, вы фактически предотвращаете открытие реле с его полной силой. Это может привести к тому, что контакты будут «прилипать» немного дольше, и в целом это плохо для реле. Трюк, который я узнал несколько лет назад, чтобы это не происходило, заключалось в том, чтобы последовательно установить стабилитрон (очевидно, в другом направлении) с помощью обычного диода, это позволяет контролировать максимальное напряжение и позволяет катушке реле разряжаться в немного лучше. Я вспоминаю, что у некоторых производителей эстафеты были довольно хорошие примечания к применению на этом, последний из которых я видел от Tyco, но я не мог найти его снова печально, а также приложение TE Relay Products note Подавление катушки может уменьшить срок службы реле описывает это.

    Вопрос: Какой размер диода обратного хода мне нужен для моей индуктивной нагрузки?

    Мой ответ: Диоды обратного хода зависят от рассеиваемой мощности

    P: мощность, рассеиваемая в обратном диоде

    I: ток в установившемся режиме, протекающий через индуктор (обратный диод не ведет)

    R: Сопротивление обратного диода при проводимости

    Рассмотрение 1: диод обратного хода будет удерживаться при постоянной температуре; диоды имеют постоянное сопротивление в проводимости при удерживании при постоянной температуре. (если температура изменяется так же, как и сопротивление диодов)

    Теперь проводящий диод ведет себя как резистор, поэтому возникает вопрос: сколько энергии мне нужно рассеять во внутреннем сопротивлении моего диода?

    Наблюдая кривую серии RL, мы знаем, что индуктор разряжается или заряжается в 5 временных константах и ​​одна постоянная времени равна индуктивности, деленной на последовательное сопротивление (T = L /R).

    некоторые математики сказали нам, что энергия, хранящаяся в индукторе:
    E = (1/2) L (I ^ 2). здесь E находится в джоулях, L — в Генрисе. Они также сказали, что энергия — энергия в секунду (P = E /время). здесь мощность в ваттах.

    , поэтому . если наше понимание физики работает . время, в которое происходит разряд индуктора: 5 (L /R) секунд, и накопленная энергия (1/2) L (I ^ 2) joules выпущен в то время. здесь R — сопротивление обратного диода в проводимости, I — ток, протекающий через обратный диод, а L — индуктивность, подающая ток.

    если мы решаем для власти, то что-то очень интересное происходит . P = ((1/2) L (I ^ 2) R) /(5L) здесь L отменяется и P = 1/10 (I ^ 2) R. мы знаем, что R — сопротивление диода в проводимости, а I — ток, протекающий через диод во время разряда. но теперь что такое ток диода во время разряда?

    рассмотрим схему как таковую:

    schematic

    R1 — внутреннее сопротивление L1, а R2 — наше зарядное сопротивление. D1 функционирует как обратный диод, а R3 — сопротивление D1 в проводимости.

    , если переключатель замкнут и мы ждем вечность, ток через 10 мА протекает через цепь, а индуктор сохраняет энергию 50 мкДж (50 мкДж).

    с использованием теории сохранения энергии;

    Если переключатель открыт, индуктор меняет полярность, чтобы попытаться поддерживать ток 10 мА. диод обратного хода смещен в проводимость, а энергия 50uJ рассеивается через сопротивление диода в 5 (L /R) = 500 мс. мощность, рассеиваемая в диоде, составляет 50 мкДж /500 мс = 100 мкВт (100 мВт)

    (1/10) (10 мА ^ 2) (10 Ом) = 100 мкВ, чтобы ответить на последний вопрос: ток диода во время разряда можно считать равным установившемуся току зарядки 10 мА при использовании уравнения: P = 1/10 (I ^ 2) R. в то время как ток во время индуктивного разряда фактически уменьшается экспоненциально и не является устойчивым 10 мА, это упрощение позволит быстро вычислить требуемую мощность диода в цепи, зная начальные условия.

    Удачи вам в ваших проектах и ​​никогда не использовать технологию для злых целей,

    Источник