Может ли стабилитрон, который защищает выключатель от индуктивности при его размыкании, влиять на скорость поворота клапана, когда вы снова его закрываете?

Как вы, вероятно, знаете, в приложениях, где скорость выключения электромагнитных клапанов имеет решающее значение, простой диод обратного хода не эффективен. Некоторые люди ставят резистор последовательно с обратным диодом, чтобы облегчить проблему, но для очень быстрых применений рекомендуется использовать стабилитрон.

Вы можете видеть это на картинке (третий слева).

Я думаю (но я не уверен, и, пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь), что ток течет через петлю только тогда, когда напряжение выше напряжения Зенера V_z.

Что я не понимаю, так это:

1. Что происходит с напряжением в катушке, которое ниже, чем V_z? Это собирается остаться там? Я имею в виду, что в какой-то момент напряжение падает ниже V_z, и нога, которая содержит диод, отсутствует! Но как оставшееся напряжение может повлиять на все в цепи? а при следующем включении команда?

2. Самый важный вопрос: повлияет ли это на следующую команду включения отрицательно? Для моего приложения мне нужно включать и выключать его 10 раз в секунду (примерно 5 циклов включения / выключения)

3. И какой компромисс между выбором более высокого значения V_z против более низкого значения ?! Предположим, он никогда не достигнет безопасного напряжения на выключателе (MOSFET)? Более низкий V_z означает медленное выключение? Как V_z может повлиять на все положительным / отрицательным образом?

К вашему сведению, я хочу включить / выключить Airtec 2P025-08 с Arduino. 12 В пост. Тока, 0,5 А, не знаю индуктивность / сопротивление катушки!

Просто немного предварительной теории.

Как вы, вероятно, знаете, без какого-либо обратного диода, будь то выпрямитель или стабилитрон, у вас будет (теоретически бесконечное) напряжение отката от индуктора (катушки клапана, обмотки реле или чего-либо еще) всякий раз, когда вы пытаетесь прерывать его ток. В действительности отдача не будет бесконечной, потому что шип вызовет любые неприятные эффекты в цепи, к которой он подключен: он будет генерировать электрические дуги, приведет к разрушительному пробою полупроводников, подожжет резисторы или пробьет конденсаторные диэлектрики, и т.п.

Все это в попытке избавиться от энергии, запасенной в индукторе, которая является

$E_L = \frac 1 2\, L\, I_L^2$

$I_L$

$E_L$

$E_L$

Если вам интересно, что происходит, когда действие зажима прекращается, потому что тока недостаточно, чтобы удерживать стабилитрон (или диод зажима) в пробое (проводимость), то ответ будет, что он, вероятно, будет колебаться, потому что энергия ДОЛЖНА быть преобразована, так как источник питания катушки отключен, и запас энергии зависит от тока в катушке. Катушка не будет «удерживать энергию», как конденсатор, потому что для того, чтобы это было возможно, ток должен течь в саму катушку. Поэтому оставшаяся энергия найдет другие способы преобразования: паразитная емкость и ток утечки диодов и паразитная емкость самой катушки (например). Это своего рода неидеальная нелинейная схема резервуара, которая будет демонстрировать затухающие колебания, пока энергия полностью не преобразуется в тепло.

РЕДАКТИРОВАТЬ

(В ответ на комментарий от @supercat)

Вот некоторые результаты из поспешного моделирования схемы с использованием LTspice, показывающие затухающие колебания, которые могут возникнуть в ситуации, аналогичной описанной выше.

Анализ переходных процессов дает следующие графики:

Если мы увеличим интересные части, мы имеем:

На следующем чрезвычайно увеличенном графике вы можете заметить предполагаемую частоту колебаний (я увеличил изображение, чтобы показать, где расположены курсоры LTspice).

Аааа, электроника, это запутанная и жестокая любовница.

Делает это весело, хотя.

Дело здесь в скорости реакции различных компонентов проблемы и / или решения.

Первое: прямое напряжение диода и прямой ток связаны между собой. Чем выше напряжение, которое вы можете подать на него, тем легче будет течь ток.

Второе: катушка, в которой течет ток, а затем отключается, реагирует невероятно быстро. Если ток не может идти никуда в течение долей доли микросекунды, он может подскочить до невыносимого напряжения (100, если не 1000).

Таким образом, последовательное добавление резистора - это хороший маленький трюк, чтобы немного подкорректировать отклик, это позволяет еще больше увеличить напряжение катушки, прежде чем диод начнет снижать мощность. Но тогда резистор также находится на пути тока, мешая его собственной помощи, так что это действительно плохое решение.

Стабилитрон, однако, они магические. Как только вы достигаете напряжения пробоя, оно действительно ... ну ... ломается! Кривая вольт-амперного напряжения стабилитрона при пробое гораздо более впечатляющая, это связано со сжатием блокирующего поля, когда ток способен протекать, если мне позволено очень плохо перефразировать книгу на 380 страниц.

Так что, как только вы достигнете проводимости по стабилитрону, ток действительно может исчезнуть в одно мгновение, и, как я уже говорил, катушка, достигающая проводимости по стабилитрону, - кусок пирога.

Что касается напряжения стабилитрона, разница в этом приложении между 3 В и 6 В более выражена, чем разница между 6 В и 12 В и так далее. Обычно правило Vz> 2 * VCC достаточно, чтобы гарантировать быстрое отключение. Более важно то, что ваш стабилитрон может справиться с текущим всплеском.

Причина, по которой стабилитроны не так популярны, как обычные диоды для защиты, заключается в их способности работать с током, и разрушение вашего защитного устройства является своего рода небольшим поражением цели.

Я закрою сейчас, так как мне еще нужно сделать покупки, прежде чем отправиться в Германию.

РЕДАКТИРОВАТЬ: PS: 10 раз в секунду не является требованием высокой скорости. Высокоскоростное выключение для реле составляет порядка одной миллисекунды или меньше. Забыл сделать эту точку сверху, прежде чем писать. И высокоскоростное выключение не помешает новому включению.

По порядку ваши вопросы:

1. Он очень быстро затухает, самое большее миллисекунды. На самом деле напряжение не обнуляется мгновенно, потому что это цепь LC-бака, в основном с распределенной емкостью катушки, но также с паразитной и транзисторной емкостью, поэтому она будет «звонить» на высокой частоте. Катушка обладает значительным сопротивлением, поэтому Q имеет низкий уровень, и звон быстро затухает.

2. Если вы подождете более 10 мс, это не повлияет на следующую операцию.

3. Чем выше Vz, тем сложнее транзистор, но быстрее отключается. На включение это никак не влияет (есть и другие приемы для улучшения скорости включения). Если вы понижаете Vz, чем максимально возможное напряжение питания (в худшем случае) плюс падение напряжения на диоде, стабилитрон будет работать, когда катушка включена, что, вероятно, разрушит стабилитрон и транзистор. Правая цепь не имеет этой проблемы (но длительное перенапряжение может привести к перегреву стабилитрона).