Problemas de diodos de retorno y problemas actuales de extracción y retención en este circuito de relé

Aunque esta puede ser una pregunta básica, todavía estoy luchando con ella. En este esquema, dos diodos zener D1 y D2 están conectados de forma consecutiva a través de la bobina de relé L1. El BVds = -30V para Q1. ¿Puedo usar zeners de 15V (Vz = 15V) para D1 y D2 en lugar de zeners de 5.1 V? ¿La bobina del relé o los contactos pueden dañarse durante la desconexión del relé? Si es necesario, estoy usando este relé (bobina estándar de 5 V CC).

Además, para reducir el consumo de corriente en estado estable de la bobina de relé, quiero usar el RC ckt que se muestra a un lado en el esquema. Tan pronto como se enciende Q1, el condensador sin carga aparece temporalmente como un cortocircuito, lo que hace que la corriente máxima fluya a través de la bobina del relé y cierra los contactos del relé sin vibración. Sin embargo, a medida que el condensador se carga, tanto el voltaje a través como la corriente a través de la bobina del relé disminuyen. El circuito alcanza el estado estable cuando el condensador se ha cargado hasta el punto de que toda la corriente a través de la bobina del relé se mueve a través de R1. Los contactos seguirán cerrados hasta que se elimine el voltaje del variador.

¿Cuál es el mejor lugar para colocar esta RC ckt? Sección marcada 'A' o 'B' en el esquema. ¿Hará alguna diferencia? La Sección-B me parece la mejor opción, ya que cuando Q1 se apaga, el capacitor C1 puede descargarse a través de R1 a través de tierra. ¿Cómo se descargará C1 cuando, en cambio, coloque RC ckt en la sección-A? ¿Me estoy perdiendo de algo? ¿Poner este RC ckt tiene algún efecto secundario? ¿Alguna mejor solución?

¿Corrígeme si me equivoco o me falta algo?

ACTUALIZACIÓN1 el 2012-07-09:

Digamos en el esquema anterior que tengo una bobina estándar de 6V CC (ver hoja de datos anterior), relé de 48.5 ohmios. Y tome C1 = 10uF digamos. Suponga que R1C1 ckt se coloca en la sección-A en el esquema anterior. La fuente de alimentación está a + 5V.

Para una caída de 3V (voltaje de retención) en la bobina del relé, la corriente debe ser de 62 mA aprox. a través de la bobina Entonces, la caída a través de R1 en estado estable es de 2V. Para una corriente de 62 mA a través de la bobina del relé en estado estable, R1 debe ser de 32,33 ohmios.

Y la carga en C1 es de 2V x 10uF = 20uC, en estado estacionario.

Ahora en esta hoja de datos, el tiempo de operación es de 15 ms en el peor de los casos. De los datos anteriores tenemos RC = 48.5ohm x 10uF = 0.485 ms. Entonces, tan pronto como Q1 se encienda, el C1 estará casi completamente cargado en 2.425 ms.

Ahora, ¿cómo sé que esta duración de 2.425 ms es suficiente para que el relé cierre sus contactos?

Del mismo modo, tan pronto como Q1 se apaga, debido a la fem posterior generada y sujetada a 3.3V por zener D2 (Vz = 3.3V) más una caída de diodo D1 de 0.7V, el voltaje a través de C1 será -2V + (-3.3 V - 0.7V) = -2V. Pero la carga en C1 sigue siendo 20uC. Como la capacitancia es constante, la carga debe disminuir a medida que el voltaje a través de C1 disminuye de + 2V a -2V instantáneamente después de apagar Q1.
¿No es una violación de Q = CV?

En este punto, la corriente que fluye a través de la bobina del relé debido a la fem inversa será de 62 mA en la misma dirección que antes de apagar Q1.

¿Esta corriente de 62 mA cargará o descargará el C1? El voltaje a través de C1 es de 6V tan pronto como Q1 se apaga, ¿verdad? No entendí cómo fluirán las corrientes b / w R1, C1, D1, D2 y la bobina del relé tan pronto como Q1 se apague.

¿Alguien puede arrojar luz sobre estos temas?

ACTUALIZACIÓN2 el 14/07/2012 :

"La corriente en un inductor no cambiará instantáneamente" - Si bien hay un diodo de retorno D1 ( Digamos, D1 no es zener sino una pequeña señal o un diodo schottky , y zener D2 se elimina en el esquema anterior), tan pronto como Q1 está apagado, ¿ni siquiera habrá un pico actual (ni siquiera para algunos usuarios)?

Le pregunto a esto porque, si hay un pico de corriente, entonces la cantidad de corriente que fluirá durante este pico (digamos> 500 mA en este caso) podría dañar el diodo de retorno si hubiera seleccionado un diodo con un pico máximo de corriente de avance alrededor de 200 mA más o menos.

62 mA es la cantidad de corriente que fluye a través de la bobina del relé cuando Q1 está encendido. Entonces, ¿la corriente a través de la bobina del relé nunca excederá los 62 mA, ni siquiera por un momento (digamos para algunos usuarios) después de que Q1 se apague?

Puede colocar el RC en el lado B o en el lado A. Cuando los componentes se colocan en serie, el orden de ellos no importa para el trabajo.

Sobre los diodos. Cuando apaga el relé, causará un voltaje negativo (posiblemente grande) en el drenaje del FET, y se usa un diodo flyback para limitar ese voltaje a una caída de diodo de 0.7 V. Entonces los diodos no sirven para proteger la bobina, sino el FET. El uso de los zeners permitirá que este voltaje llegue a -5.7 V o -15.7 V si usa los zeners de 15 V. No hay ninguna razón para arriesgarse aquí, incluso si el FET puede manejar -30 V. Así que simplemente usaría un rectificador o diodo de señal, o incluso mejor un diodo Schottky.

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De hecho, puede usar un zener (combinado con un diodo común, D1 no tiene que ser un zener) para disminuir el tiempo de apagado , y Tyco también lo menciona en esta nota de aplicación , pero no leo como si insistieran en ello. Las imágenes de alcance en el primer enlace muestran una disminución dramática en el tiempo de desconexión, pero eso mide el tiempo entre la desactivación del relé y la primera apertura del contacto, no el tiempo entre la primera apertura y el regreso a la posición de reposo, que cambia mucho menos.

edite el relé de 6 V y el circuito RC
Como dije en esta respuesta , puede operar un relé por debajo de su voltaje nominal, y dado que su voltaje de funcionamiento es de 4.2 V, la versión de 6 V de su relé también se puede usar a 5 V. Si Si utiliza una resistencia en serie que no supere los 9 Ω, tendrá esos 4,2 V, y luego no necesitará el condensador (¡tenga en cuenta la tolerancia para los 5 V!). Si quieres bajar, estás solo; la hoja de datos no proporciona un voltaje de retención obligatorio. Pero digamos que esto sería 3 V. Luego, puede usar una resistencia en serie de 32 Ω y necesitará el condensador para activar el relé.

El tiempo de operación es máximo de 15 ms (que es largo), por lo que a medida que el capacitor se carga, el voltaje del relé no debe ser inferior a 4.2 V hasta 15 ms después de la conexión.

Ahora tenemos que calcular el tiempo RC para eso. R es el paralelo de la resistencia de la bobina del relé y la resistencia en serie (eso es culpa de Thévenin), entonces eso es 19.3 Ω. Luego

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

$\text{C}$

$\times$

Los 62 mA no cargarán ni descargarán el condensador. A menudo aplicamos la Ley actual de Kirchhoff (KCL) a los nodos, pero también se aplica a las regiones:

Dibuja un límite alrededor de C1 y R1, y verás que solo hay un camino hacia el mundo exterior ya que el camino hacia el FET está cortado. Como la corriente total tiene que ser cero, no puede haber corriente a través de esa conexión única. La bobina tiene que cuidar los 62 mA por sí misma, y ​​lo hace utilizando el bucle formado por los zeners.

Un relé puede ser modelado como un inductor con una resistencia en serie significativa. Cuando la corriente en el inductor alcanza cierto nivel, el contacto se 'atraerá'. Cuando la corriente cae por debajo de cierto nivel inferior, se liberará el contacto.

La razón por la que se necesitan diodos flyback es que los inductores se comportan, para usar una analogía mecánica, como una "masa de fluido móvil". Así como no es posible que una masa física en movimiento se detenga instantáneamente, y la cantidad de fuerza generada por una masa en movimiento cuando golpea algo es proporcional a la aceleración que esa cosa trata de impartir a la masa, también lo hace con los inductores. La corriente en un inductor no cambiará instantáneamente, sino que cambiará a una tasa proporcional al voltaje a través de él. Por el contrario, el voltaje a través de un inductor será proporcional a la velocidad a la que las fuerzas externas intentan cambiar la velocidad a la que fluye la corriente a través de él. Un dispositivo que intenta detener instantáneamente la corriente en un inductor no logrará detenerlo instantáneamente,

La función de un diodo de retorno es proporcionar a la corriente en el inductor una ruta distinta al transistor. La corriente tendrá que seguir fluyendo en algún lugar, al menos por un tiempo, y un diodo flyback proporciona un camino seguro. La única limitación con un diodo de retorno simple es que puede permitir que la corriente siga fluyendo "demasiado bien". La velocidad a la que caerá la corriente en el inductor es proporcional a la caída de voltaje a través del inductor (que incluye la caída de voltaje en la resistencia en serie implícita). Cuanto más bajo sea el voltaje a través del inductor, más tardará en caer la corriente. Agregar un diodo zener en serie con el diodo flyback aumentará la velocidad a la que caerá la corriente del inductor y, por lo tanto, disminuirá el tiempo antes de que el relé se apague.