¿Cuándo / por qué usarías un diodo Zener como diodo de volante (en la bobina de un relé)?

Acabo de reflexionar sobre el tutorial en http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_5.html , y en la discusión sobre los diodos de volante, incluye esta oración sin más detalles:

Además de utilizar diodos de volante para la protección de componentes semiconductores, otros dispositivos utilizados para la protección incluyen RC Snubber Networks, varistores de óxido de metal o MOV y diodos Zener.

Puedo ver cómo se podría necesitar una red RC si se trata de un dispositivo grande y, por lo tanto, la bobina podría generar más corriente de la que desea disipar a través de un solo diodo. (Corríjame si esa no es la razón).

No tengo idea de qué es un MOV, así que por el momento lo ignoraré. :-)

He leído un poco sobre los diodos Zener, pero no entiendo por qué su voltaje de ruptura inversa más bajo podría ser deseable aquí.

Editar: También estoy desconcertado por el siguiente diagrama del tutorial anterior:

¿No tomaría esto un voltaje de retorno y lo arrojaría a la red Vcc? ¿No sería una mejor idea que la bobina del relé esté entre TR1 y tierra, y que el diodo disipe el voltaje de retorno a tierra?

La corriente de la apertura del relé no entra en el riel Vcc en absoluto. Sigue el camino que se muestra aquí:

La energía almacenada se disipa en la caída del diodo y la resistencia de la bobina del relé.

En la configuración del diodo Zener, la energía almacenada se disipa en el voltaje Zener completo del diodo. V * I tiene mucha más potencia, por lo que la corriente caerá más rápido y el relé podría abrirse un poco más rápido:

Los MOV son diferentes a los Zeners, pero cumplen una función de circuito similar: absorben energía cuando el voltaje excede cierto nivel. Se utilizan para la protección contra sobretensiones, no para elementos de precisión como los reguladores de tensión.

La velocidad a la que el campo magnético colapsará en un solenoide, electroimán o dispositivo similar cuando se desconecte la alimentación será proporcional al voltaje que puede aparecer en el dispositivo. Si uno opera un solenoide o relé de 12 voltios con un botón y sin protección de retroceso, soltar el botón puede hacer que aparezcan cientos o miles de voltios en la bobina hasta que el campo colapse; Sin embargo, debido al gran voltaje en la bobina, el campo colapsaría casi instantáneamente.

Agregar un diodo de captura simple evitará que aparezca un voltaje significativo en el solenoide o el relé cuando se suelte. Sin embargo, también hará que la bobina permanezca magnetizada durante mucho más tiempo de lo que lo haría de otra manera. Si el campo magnético demoraría 5 ms en una bobina de relé para alcanzar la fuerza máxima a 12 voltios, tardaría aproximadamente 17 veces ese tiempo (es decir, 85 ms) en disiparse a través de un diodo de captura. En algunas situaciones, eso podría ser un problema. Agregar algunos otros circuitos a la caída de voltaje puede permitir que la bobina se desenergice mucho más rápido.

Por cierto, si uno está cambiando muchos relés de 12 V con frecuencia, esperaría que uno pudiera ahorrar una buena cantidad de energía haciendo que los diodos de sujeción carguen una tapa y luego quiten energía de esa tapa para algún otro propósito. No estoy seguro de si eso se hizo o no, pero en algo como una máquina de pinball parecería que podría ser un concepto útil.

El diodo zener normalmente iría en serie con el diodo de rueda libre, cátodo a cátodo (apuntando uno al otro). Esto hace que el voltaje se colapse más rápido y, por lo tanto, el campo de la bobina colapsará más rápido y, por lo tanto, el relé / solenoide se abrirá más rápido. En las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), esto también se conoce como un amortiguador zener.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Ver también esta pregunta / respuesta: pregunta del diodo zener

Algunas de estas respuestas están confundidas sobre lo que sucede con un diodo simple. La energía se disipa principalmente en Rcoil, no en el diodo.

La clave es que cuando se usa un diodo, la disipación es una disminución exponencial RL (como RC). Es exponencial lo que hace que tome tanto tiempo (especialmente dado que la corriente de liberación podría ser solo del 20%). Con un zener es una caída lineal a cero.

Esto simula un relé real a partir de sus valores de hoja de datos de R y L.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Notará que el tiempo de ENCENDIDO (aumento de corriente) es mayor que el tiempo de apagado usando un diodo (L1, D1).

Esto no es correcto ya que la inductancia es mayor (0.74H) cuando la armadura del relé está cerrada (mejor circuito magnético) que cuando está abierta (0.49H). El tiempo de encendido real (con 0,49 H) y el tiempo de apagado con un diodo son casi iguales.

Las corrientes L2, L4 son las mismas, ya que hay la misma caída en ambos casos (y el mismo Vdrain en el fet.

ignora esto

^{simular este circuito}

Aquí hay una nota de aplicación sobre el uso de diodos normales + Zener para proteger componentes y aún así desenergizarse rápidamente. Muestra el tiempo de caída y los valores de voltaje para varios métodos.