Problemas de diodos de retorno e reter e manter problemas atuais neste circuito de relé

Embora essa possa ser uma pergunta básica, ainda estou lutando com isso. Neste esquema, dois diodos zener D1 e D2 são conectados lado a lado através da bobina de relé L1. O BVds = -30V para Q1. Posso usar zeners de 15V (Vz = 15V) para D1 e D2 em vez de zeners de 5,1 V? A bobina ou os contatos do relé podem ser danificados durante o desligamento do relé? Se necessário, estou usando este relé (bobina padrão de 5V DC).

Além disso, para reduzir o consumo de corrente no estado estacionário da bobina de relé, quero usar o RC ckt mostrado de lado no esquema. Assim que o Q1 liga, o capacitor descarregado aparece temporariamente como um curto-circuito, causando o fluxo máximo de corrente através da bobina do relé e fechando os contatos do relé sem vibração. À medida que o capacitor é carregado, no entanto, a tensão transversal e a corrente através da bobina do relé diminuem. O circuito atinge o estado estacionário quando o capacitor é carregado até o ponto em que toda a corrente através da bobina do relé está se movendo através de R1. Os contatos ainda permanecerão fechados até a tensão do inversor ser removida.

Qual é o melhor lugar para colocar esta seção ckt RC marcada com 'A' ou 'B' no esquema. Isso fará alguma diferença? A Seção B me parece a melhor escolha, pois quando Q1 é desligado, o capacitor C1 pode descarregar via R1 através do solo. Como o C1 descarrega quando coloco RC ckt na seção A? Estou faltando alguma coisa aqui? Colocar este RC ckt tem efeitos colaterais? Alguma solução melhor?

Por favor, corrija-me se estiver errado ou faltando alguma coisa?

UPDATE1 em 09-07-2012 :

Digamos no esquema acima que eu tenho uma bobina padrão de 6V DC (consulte a folha de dados acima), relé de 48,5 ohm. E tome C1 = 10uF, digamos. Suponha que R1C1 ckt seja colocado na seção A no esquema acima. A fonte de alimentação está em + 5V.

Para uma queda de 3V (tensão de retenção) na bobina do relé, a corrente deve ser de aproximadamente 62mA. através de bobina. Então, solte R1 no estado estacionário é 2V. Para uma corrente de 62mA através da bobina do relé no estado estacionário, R1 deve ser 32,33 ohm.

E a carga em C1 é 2V x 10uF = 20uC, em estado estacionário.

Agora, nesta folha de dados, o tempo de operação é de 15 ms no pior caso. A partir dos dados acima, temos RC = 48,5ohm x 10uF = 0,485 ms. Portanto, assim que o Q1 for ativado, o C1 estará quase totalmente carregado em 2,425 ms.

Agora, como eu sei que essa duração de 2.425 ms é suficiente para o relé fechar seus contatos?

Da mesma forma, assim que Q1 é desligado, devido à fem retroalimentada gerada e fixada em 3,3V pelo zener D2 (Vz = 3,3V) mais a queda do diodo D1 de 0,7V, a tensão em C1 será -2V + (-3,3 V - 0,7V) = -2V. Mas a carga no C1 ainda é de 20uC. Como a capacitância é constante, a carga deve diminuir à medida que a tensão em C1 diminui de + 2V a -2V instantaneamente após desligar o Q1.
Não é violação de Q = CV?

Nesse ponto, a corrente que está fluindo através da bobina do relé devido à fem de retorno será de 62mA na mesma direção que era antes de desligar o Q1.

Essa corrente de 62mA cobrará ou descarregará o C1? A tensão através de C1 é 6V assim que Q1 é desligado, certo? Eu não entendi como as correntes fluirão p / p R1, C1, D1, D2 e ​​a bobina do relé assim que Q1 for desligado.

Alguém pode esclarecer essas questões?

UPDATE2 em 14/07/2012 :

"A corrente em um indutor não muda instantaneamente" - Enquanto houver um diodo flyback D1 ( digamos, D1 não é zener, mas um sinal pequeno ou um diodo schottky , e o zener D2 é removido no esquema acima), assim que Q1 está desligado, não haverá um pico atual (nem mesmo por alguns usecs)?

Estou perguntando isso porque, se houver um pico de corrente, a quantidade de corrente que fluirá durante esse pico (digamos> 500mA neste caso) pode danificar o diodo flyback se eu tiver selecionado um diodo com classificação máxima de corrente direta de pico de cerca de 200mA ou apenas.

62mA é a quantidade de corrente que flui através da bobina do relé quando Q1 está ligado. Portanto, a corrente através da bobina do relé nunca excederá 62mA - nem por um momento (digamos, para alguns usecs) após o desligamento do Q1?

Você pode colocar o RC no lado B ou no lado A. Quando os componentes são colocados em série, a ordem deles não importa para o trabalho.

Sobre os diodos. Quando você desliga o relé, isso causa uma tensão (possivelmente grande) negativa no dreno do FET, e um diodo flyback é usado para limitar essa tensão a uma queda de 0,7 V no diodo. Portanto, o (s) diodo (s) não serve para proteger a bobina, mas o FET. O uso dos zeners permitirá que essa tensão atinja -5,7 V ou -15,7 V se você usar os zeners de 15 V. Não há razão para correr riscos aqui, mesmo que o FET possa suportar -30 V. Então, eu usaria apenas um retificador ou diodo de sinal ou, melhor ainda, um diodo de Schottky.

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Você pode realmente usar um zener (combinado com um diodo comum, D1 não precisa ser um zener) para diminuir o tempo de desligamento , e a Tyco também o menciona nesta nota de aplicação , mas não leio como se eles insistissem nisso. As imagens do osciloscópio no primeiro link mostram uma redução drástica no tempo de desligamento, mas que mede o tempo entre a desativação do relé e a primeira abertura do contato, não o tempo entre a primeira abertura e o retorno à posição de repouso, o que mude muito menos.

editar o relé de 6 V e o circuito RC
Como eu disse nesta resposta, você pode operar um relé abaixo da tensão nominal e, uma vez que a tensão de operação é de 4,2 V, a versão de 6 V do seu relé também pode ser usada a 5 V. Se Se você usar um resistor em série não superior a 9 Ω, terá 4,2 V e não precisará do capacitor (fique de olho na tolerância dos 5 V!). Se você quer ir mais baixo, está por sua conta; a folha de dados não fornece uma tensão de retenção obrigatória. Mas digamos que isso seria 3 V. Então você pode usar um resistor em série de 32 Ω e precisará do capacitor para ativar o relé.

O tempo de operação é de no máximo 15 ms (o que é longo), de modo que o capacitor carrega a tensão do relé não deve ficar abaixo de 4,2 V até 15 ms após a ligação.

Agora temos que calcular o tempo de RC para isso. R é o paralelo entre a resistência da bobina do relé e a resistência em série (a culpa é de Thévenin), então são 19,3 Ω. Então

$3 V + 2 V \cdot e^{\dfrac{- 0.015 ms}{19.3 \Omega \text{ C}}} = 4.2 V$

$\text{C}$

$\times$

Os 62 mA não carregam nem descarregam o capacitor. Geralmente aplicamos a Lei Atual de Kirchhoff (KCL) aos nós, mas isso também se aplica às regiões:

Desenhe um limite em torno de C1 e R1, e você verá que há apenas um caminho para o mundo exterior desde que o caminho para o FET foi cortado. Como a corrente total precisa ser zero, não pode haver corrente através dessa conexão exclusiva. A bobina precisa cuidar dos 62 mA por conta própria, e faz isso usando o loop formado pelos zeners.

Um relé pode ser modelado como um indutor com uma resistência em série significativa. Quando a corrente no indutor atingir um certo nível, o contato será 'puxado'. Quando a corrente cair abaixo de um certo nível inferior, o contato será liberado.

A razão pela qual os diodos flyback são necessários é que os indutores se comportam, para usar uma analogia mecânica, como uma "massa de fluido móvel". Assim como não é possível que uma massa física em movimento pare instantaneamente, e a quantidade de força gerada por uma massa em movimento quando atinge algo é proporcional à aceleração que algo tenta transmitir à massa, também com indutores. A corrente em um indutor não muda instantaneamente, mas muda a uma taxa proporcional à tensão através dele. Por outro lado, a tensão através de um indutor será proporcional à taxa na qual forças externas tentam alterar a taxa na qual a corrente flui através dele. Um dispositivo que tenta interromper instantaneamente a corrente em um indutor não consegue pará-la instantaneamente,

A função de um diodo flyback é fornecer à corrente no indutor um caminho diferente do transistor. A corrente terá que continuar fluindo em algum lugar, pelo menos por um tempo, e um diodo flyback fornece um caminho seguro. A única limitação com um simples diodo flyback é que ele pode permitir que a corrente continue fluindo "muito bem". A taxa na qual a corrente no indutor cairá é proporcional à queda de tensão no indutor (que inclui a queda de tensão na resistência implícita em série). Quanto menor a tensão no indutor, mais tempo levará para que a corrente caia. Adicionar um diodo zener em série com o diodo flyback aumentará a taxa na qual a corrente do indutor cairá e, portanto, diminuirá o tempo antes que o relé se desligue.