¿Por qué hay un diodo conectado en paralelo a la bobina de un relé?

Question

En la mayoría de los circuitos eléctricos con un relé, se conecta un diodo en paralelo al bobina del relé. ¿Por qué? ¿Siempre es una buena práctica?

Answer 1

Dado que un inductor (la bobina del relé) no puede cambiar su corriente instantáneamente, el diodo de retroceso proporciona un camino para la corriente cuando la bobina se apaga. De lo contrario, ocurrirá un pico de voltaje que causará arqueo en los contactos del interruptor o posiblemente destruirá los transistores de conmutación.

¿Siempre es una buena práctica?

Por lo general, pero no siempre. Si la bobina del relé es impulsada por corriente alterna, se necesita utilizar un diodo de supresión de voltaje transitorio (TVS) bidireccional (o algún otro tope de voltaje) y/o un snubber (serie de resistencia-condensador). Un diodo no funcionaría en este caso ya que actuaría como un cortocircuito durante el semiciclo negativo de la corriente alterna. (Consultar también Red Lion SNUB0000 para información de aplicación)

Para relés accionados por corriente continua, generalmente se utiliza un diodo, pero no siempre. Como señaló Andy aka, a veces se desea un voltaje más alto que el permitido por solo un diodo para apagar más rápidamente el relé (o cualquier otro dispositivo como solenoides, transformadores de retroceso, etc.). En este caso, a veces se agrega un diodo TVS unidireccional en serie con el diodo de retroceso, conectado ánodo a ánodo (o cátodo a cátodo). Se podría usar una resistencia en serie en lugar del diodo TVS, pero el voltaje de sujeción es más determinista si se utiliza el diodo TVS.

Si se utiliza un MOSFET como elemento de conmutación, normalmente aún se necesita el diodo de retroceso ya que la unión PN del MOSFET está en la dirección opuesta para hacer algo útil. Una excepción a esto es un MOSFET que es "Repetitive Avalanche Rated" (como IRFD220). Normalmente se representa con un símbolo de diodo zener para la unión PN. Estos MOSFET están diseñados para limitar el voltaje a un nivel que pueden soportar, permitiendo el voltaje más alto para apagar más rápido la bobina. A veces se coloca un diodo TVS unidireccional externo (o zener) en paralelo con el MOSFET para el mismo propósito, o si el MOSFET no puede manejar la "Corriente de Avalancha Repetitiva" o "Energía de Avalancha Repetitiva", o si el voltaje de ruptura por avalancha es más alto de lo deseado.

Answer 2

¿Siempre es una buena práctica?

Casi siempre es una buena práctica y es muy efectivo, PERO, si necesitas un relé que se desactive lo más rápido posible, entonces hay métodos alternativos. La razón por la que es lento es porque cuando el circuito hacia la bobina del relé se abre, toda la energía almacenada en la bobina del relé fuerza una corriente a través del diodo de rueda libre hasta que esa energía se "gasta".

El diodo actúa como un cortocircuito con una pequeña caída de voltaje hacia adelante y con la resistencia del relé (quizás 100 ohmios), retrasará la desactivación del relé unos milisegundos adicionales. Esto generalmente no es un problema, pero si lo es, entonces poner una resistencia en serie con el diodo significa que la energía se "gasta" significativamente más rápido.

El lado negativo es que tu transistor de control tiene que "sufrir" un pulso de voltaje que es significativamente mayor que Vsupply + 0.7V - puede ser el doble del voltaje de suministro cuando se usa una resistencia pero, en la mayoría de los circuitos, encontrar un transistor que pueda estar adecuadamente calificado generalmente no es un problema.

Answer 3

Cuando la corriente a través de una bobina se apaga, la bobina (siendo un inductor) intentará mantener la corriente. Cuando no hay un camino para esta corriente, el voltaje a través de la bobina aumentará rápidamente, y la corriente encontrará un camino, pasando directamente a través del aislamiento de un chip o transistor, destruyendo ese componente. El diodo proporciona un camino para esta corriente, por lo que la energía almacenada en la bobina puede disiparse de manera segura.

Así que sí, es una buena idea proporcionar un camino de descarga.

Un diodo en paralelo con la bobina es probablemente la forma más utilizada, pero hay otras formas, como un amortiguador (R+C) o un diodo zener a tierra. Una resistencia en serie con el diodo puede hacer que el relé caiga más rápido.

Answer 4

Cuando un relé electromecánico se desenergiza rápidamente por un interruptor mecánico o semiconductor, el campo magnético colapsante produce una transitoria de voltaje sustancial en su esfuerzo por dispersar la energía almacenada y oponerse al repentino cambio de flujo de corriente. Por ejemplo, un relé de 12VDC puede generar un voltaje de 1,000 a 1,500 voltios al apagarse. Por lo tanto, es una práctica común suprimir las bobinas de relé con componentes que limitan el voltaje pico a un nivel mucho más pequeño al proporcionar un camino de descarga para la energía magnética almacenada.

Usar solo un diodo de rueda libre no siempre es la mejor práctica. Aquí hay algunos métodos de supresión:

1. Un diodo supresor de transitorios bilateral
2. Un diodo rectificador con polarización inversa en serie con un diodo zener. Un varistor de óxido metálico (MOV).
3. Un diodo rectificador con polarización inversa en serie con una resistencia.
4. Una resistencia, cuando las condiciones lo permiten, suele ser la supresión más económica.
5. Un diodo rectificador con polarización inversa.
6. Un "snubber" resistor-capacitor. Generalmente, la solución menos económica y ya no se considera una solución práctica.
7. Una bobina enrollada bifilar con el segundo devanado utilizado como dispositivo de supresión. Esto no es muy práctico ya que agrega un costo y tamaño significativos al relé.

La técnica sugerida para la supresión de bobinas de relé es usar un diodo rectificador con polarización inversa y un diodo zener en serie en paralelo con la bobina. Esto permite que el relé tenga una dinámica de liberación óptima y una buena vida de contacto.

Answer 5

Cuando la corriente fluye a través de una bobina de alambre se detiene, se produce un pico de voltaje. Este pico resulta del colapso del campo magnético alrededor de la bobina. El movimiento del campo a través de la bobina produce un pico de voltaje muy alto que puede dañar los componentes electrónicos. Es en este momento cuando entra en juego el diodo de pinzamiento. Al instalar un diodo de pinzamiento en paralelo con la bobina, se crea un bypass para los electrones durante el tiempo que el circuito está abierto o la corriente a través de la bobina se detiene.