Por que existe um diodo conectado em paralelo a uma bobina de relé?

Na maioria dos circuitos elétricos com um relé, um diodo é conectado em paralelo à bobina do relé. Por quê? É sempre uma boa prática?

Como um indutor (a bobina do relé) não pode mudar sua corrente instantaneamente, o diodo flyback fornece um caminho para a corrente quando a bobina é desligada. Caso contrário, um pico de tensão ocorrerá causando arco nos contatos da chave ou possivelmente destruindo os transistores da chave.

É sempre uma boa prática?

Geralmente, mas nem sempre. Se a bobina do relé for acionada por CA, é necessário usar um diodo TVS bidirecional (ou algum outro grampo de tensão) e / ou um amortecedor (série RC). Um diodo não funcionaria nesse caso, pois atuaria como um curto-circuito durante o meio-ciclo negativo da CA. (Veja também SNUB0000 do Red Lion para obter informações sobre aplicativos)

Para relés acionados por CC, geralmente é usado um diodo, mas nem sempre. Como Andy aka apontou, às vezes é desejada uma tensão mais alta do que a permitida por um diodo para um desligamento mais rápido do relé (ou outros, como solenoides, transformadores flyback, etc.). Nesse caso, às vezes é adicionado um diodo TVS unidirecional em série com o diodo flyback, anodo conectado ao anodo (ou catodo ao catodo). Um resistor em série pode ser usado no lugar do diodo TVS, mas a tensão de fixação é mais determinística se o diodo TVS for usado.

Se um MOSFET for usado como elemento de comutação, normalmente você ainda precisará do diodo de retorno, pois o diodo do corpo está na direção oposta para fazer algum bem. Uma exceção a isso é um MOSFET com "Classificação repetitiva de avalanche" (como IRFD220 ). Normalmente, isso é desenhado com um símbolo de diodo zener para o diodo do corpo. Esses MOSFETs foram projetados para prender a tensão em um nível que eles possam suportar, permitindo uma tensão mais alta para um desligamento mais rápido da bobina. Às vezes, um diodo TVS unidirecional externo (ou zener) é colocado em paralelo com o MOSFET para a mesma finalidade, ou se o MOSFET não puder lidar com a "Corrente de avalanche repetitiva" ou "Energia de avalanche repetitiva" ou se a tensão de ruptura da avalanche é maior que o desejado.

É sempre uma boa prática?

É quase sempre uma boa prática e é muito eficaz, MAS, se você estiver precisando de um relé que desative o mais rápido possível, existem métodos alternativos. O motivo é lento porque, quando o circuito da bobina do relé se abre, toda a energia armazenada na bobina do relé força uma corrente através do diodo do volante até que essa energia seja "gasta".

O diodo age como um curto-circuito com uma pequena queda de voltagem para a frente e com a resistência do relé (talvez 100 ohms), atrasará o relé, desativando alguns mili-segundos extras. Isso geralmente não é um problema, mas, se for, colocar um resistor em série com o diodo significa que a energia é "gasta" significativamente mais rápida.

O lado negativo é que seu transistor de controle precisa "sofrer" um pulso de tensão significativamente maior que Vsupply + 0,7V - pode ser o dobro da tensão de alimentação ao usar um resistor, mas, na maioria dos circuitos, encontrar um transistor que possa ser adequadamente classificado não costuma ser um problema.

Quando a corrente através de uma bobina é desligada, a bobina (sendo um indutor) tentará manter a corrente. Quando não há caminho para essa corrente, a tensão através da bobina aumenta rapidamente, e a corrente encontra um caminho, diretamente através do isolamento de um chip ou transistor, destruindo esse componente. O diodo fornece um caminho para essa corrente, para que a energia armazenada na bobina possa ser dissipada com segurança.

Então, sim, é uma boa idéia fornecer um caminho de descarga.

Um diodo paralelo à bobina é provavelmente a maneira mais usada, mas existem outras maneiras, como um amortecedor (R + C) ou um diodo zener no solo. Um resistor em série com o diodo pode fazer o relé cair mais rápido.

Quando um relé eletromecânico é desenergizado rapidamente por um interruptor mecânico ou semicondutor, o campo magnético em colapso produz um transiente de tensão substancial em seu esforço para dispersar a energia armazenada e se opor à mudança repentina do fluxo de corrente. Um relé de 12VCC, por exemplo, pode gerar uma voltagem de 1.000 a 1.500 volts durante o desligamento. Portanto, é uma prática comum suprimir bobinas de relé com componentes que limitam o pico de tensão a um nível muito menor, fornecendo um caminho de descarga para a energia magnética armazenada.

Usar apenas um diodo de roda livre nem sempre é a melhor prática. Aqui estão alguns métodos de supressão:

1. Um diodo supressor transitório bilateral
2. Um diodo retificador com polarização reversa em série com um diodo zener C. Um varistor de óxido metálico (MOV).
3. Um diodo retificador de polarização reversa em série com um resistor.
4. Um resistor, quando as condições permitem seu uso, geralmente é a supressão mais econômica.
5. Um diodo retificador com polarização reversa.
6. Um resistor-capacitor "amortecedor". Geralmente a solução menos econômica e não é mais considerada uma solução prática.
7. Uma bobina bifilar com o segundo enrolamento usado como dispositivo de supressão. Isso não é muito prático, pois adiciona custo e tamanho significativos ao relé.

A técnica sugerida para a supressão da bobina de relé é usar um diodo retificador de polarização reversa e um diodo zener em série paralelamente à bobina. Isso permite que o relé tenha uma ótima dinâmica de liberação e uma boa vida de contato.

Sempre que o fluxo de corrente através de uma bobina de fio pára, um pico de tensão é criado. Esse pico resulta do colapso do campo magnético ao redor da bobina. O movimento do campo através da bobina produz muito pico de tensão que pode danificar os componentes eletrônicos. É quando o diodo de aperto entra em ação. Ao instalar o diodo C em paralelo com a bobina, um desvio é criado para os elétrons durante o tempo em que o circuito está aberto ou atual através das paradas da bobina.