플라이백 다이오드

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플라이백 다이오드는 플라이백을 제거하기 위해 인덕터에 연결된 다이오드입니다. 플라이백은 공급 전류가 갑자기 감소하거나 중단되었을 때 유도 부하에서 볼 수 있는 갑작스러운 전압 스파이크입니다.스위치에 의해 유도 부하가 제어되는 회로 및 전원 공급 장치 및 인버터 전환에 사용됩니다.

이 다이오드는 스너버 다이오드, 정류 다이오드, 자유분사 다이오드, 서프레서 다이오드, 클램프 다이오드 또는 캐치 ^[1][2]다이오드와 같은 많은 다른 이름으로 알려져 있습니다.

작동

그림 1은 배터리에 연결된 인덕터 - 정전압 소스입니다.저항기는 인덕터 와이어 권선의 작은 잔류 저항을 나타냅니다.스위치가 닫히면 배터리의 전압이 인덕터에 인가되어 배터리 양극 단자의 전류가 인덕터와 ^[3][4]저항을 통해 아래로 흐릅니다.전류가 증가하면 전류 변화에 반대하는 패러데이의 유도 법칙으로 인해 인덕터 전체에 역전자파(전압)가 발생합니다.인덕터의 전압은 배터리 전압인 24V로 제한되므로 전류 증가 속도는 초기 $값$인 ${\displaystyle \frac{d}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{d}{}}$ ${\displaystyle t\frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{V_{}}{}}$B ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ $(\display {dI \over$ dt} = {$V_{B}$ \$over$ L$})$로 제한되므로 배터리 인덕터에 저장된 에너지가 인덕터를 통과하는 전류가 천천히 증가합니다.자기장일 수도 있어요전류가 상승하면 인덕터 전체에서 더 많은 전압이 떨어지고 인덕터 전체에서 더 적은 전압이 강하되며, 전류가 ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle V_{}}$B /$$({$displaystyle$ I$=V_{B}/R})$의 $일정$한 값에 도달할 때까지 인덕터 전체에서 모든 배터리 전압이 강하됩니다.

그러나 그림 2에서 스위치를 열면 전류가 급격히 감소한다.인덕터는 배터리의 반대 방향으로 매우 큰 유도 전압(인덕터 하단에는 양극, 상단에는 ^[3][1][4]음극)을 발생시켜 전류 강하에 저항합니다.배터리 전압보다 훨씬 클 수 있는 유도성 "킥"이라고도 하는 이 전압 펄스는 스위치 접점에 걸쳐 나타납니다.이로 인해 전자가 접점 사이의 공극에서 점프하여 스위치를 열 때 접점 간에 순간적인 전기 아크가 발생합니다.아크는 인덕터의 자기장에 저장된 에너지가 아크의 열로 소멸될 때까지 계속됩니다.아크로 인해 스위치 접점이 손상되어 피팅과 연소가 발생하여 최종적으로 파손될 수 있습니다.예를 들어 전원 공급 장치의 전환과 같이 트랜지스터를 사용하여 전류를 전환하는 경우 높은 역전압으로 인해 트랜지스터가 파괴될 수 있습니다.

유도 전압 펄스가 꺼지는 것을 방지하기 위해 그림 ^[3][1][4]3과 같이 다이오드가 인덕터에 연결됩니다.다이오드는 스위치가 닫혀 있는 동안 배터리 전압에 의해 역바이어스되므로 회로의 정상 작동을 방해하지 않습니다.단, 스위치를 열면 반대 극성의 인덕터에 걸친 유도전압이 다이오드를 전진 바이어스하여 전류를 흘려 인덕터에 걸친 전압을 제한하여 스위치로 아크가 형성되지 않도록 합니다.인덕터와 다이오드는 일시적으로 인덕터에 저장된 에너지로 구동되는 루프 또는 회로를 형성합니다.이 회로는 배터리의 전류를 대체하기 위해 인덕터에 전류 경로를 공급하므로 인덕터 전류가 갑자기 감소하지 않고 고전압이 발생하지 않습니다.인덕터의 전압은 다이오드의 정방향 전압으로 제한됩니다(약 0.7~1.5V).다이오드 및 인덕터를 통과하는 이 "자유 회전" 또는 "플라이백" 전류는 인덕터의 자기 에너지가 권선의 직렬 저항에서 열로 소멸됨에 따라 서서히 0으로 감소합니다.소형 인덕터에서는 몇 밀리초가 걸릴 수 있습니다.

이 이미지는 플라이백 다이오드(1N4007)를 사용하여 전압 스파이크와 전압 스파이크를 제거합니다.이 경우 인덕터는 24V DC 전원에 연결된 솔레노이드입니다.각 파형은 디지털 오실로스코프 세트를 사용하여 인덕터의 전압이 0 이하로 떨어졌을 때 트리거링되었습니다.왼쪽 이미지 50V/눈금, 오른쪽 이미지 1V/눈금 등 다른 스케일링을 참고하십시오.그림 1에서 스위치 전체에서 측정된 전압은 약 -300V로 바운스/스파이크합니다.그림 2에서는 솔레노이드와의 역평행으로 플라이백 다이오드가 추가되었습니다.플라이백 다이오드는 -300V로 스파이크하는 대신 약 -1.4V의 전위만 구축할 수 있습니다(-1.4V는 1N4007 다이오드의 전방 바이어스(1.1V)와 다이오드와 솔레노이드를^{[dubious – discuss]} 분리하는 배선 피트의 조합).또한 그림 2의 파형은 그림 1의 파형보다 부드럽습니다. 아마도 그림 1의 스위치에서 아크가 발생했기 때문일 것입니다.두 경우 모두 솔레노이드가 방전되는 데 걸리는 총 시간은 몇 밀리초이지만, 다이오드의 전압 강하가 낮으면 릴레이 드롭아웃이 느려집니다.

설계.

DC 코일 릴레이와 함께 사용할 경우, 플라이백 다이오드는 릴레이 코일 및 다이오드의 지속적인 전류 순환으로 인해 전원이 차단될 때 접점의 드롭아웃을 지연시킬 수 있습니다.접점의 신속한 개방이 중요한 경우 저항기 또는 역바이어스 제너 다이오드를 다이오드와 직렬로 배치하여 스위치에서 높은 전압을 희생하면서 코일 에너지를 보다 빠르게 소산할 수 있습니다.

숏키 다이오드는 전력 변환기용 플라이백 다이오드 애플리케이션에서 선호됩니다.왜냐하면 이 다이오드는 순방향 강하가 가장 낮고(저전류의 경우 0.7V보다 약 0.2V), 역방향 바이어스(인덕터의 전원이 다시 공급될 때)에 신속하게 응답할 수 있기 때문입니다.따라서 인덕터에서 캐패시터로 에너지를 전달하는 동안 에너지를 덜 소모합니다.

접점 개방 시 유도

패러데이의 유도 법칙에 따르면, 인덕턴스를 통한 전류가 변화하면, 이 인덕턴스는 전압을 유도하여 자기장에 에너지가 있는 한 전류가 계속 흐르도록 합니다.전류가 공기를 통해서만 흐를 수 있는 경우 전압이 너무 높아 공기가 전도됩니다.그렇기 때문에 기계적으로 스위칭되는 회로에서는 플라이백다이오드 없이 발생하는 거의 순간적인 소실이 개방적인 기계 접점 전체에 걸쳐 호 형태로 관찰되는 경우가 많습니다.에너지는 주로 접점의 바람직하지 않은 조기 침식을 일으키는 강한 열로 이 아아크에서 소산됩니다.에너지를 방출하는 또 다른 방법은 전자기 복사를 통해서입니다.

마찬가지로, 비기계적 고체 상태 전환(즉, 트랜지스터)의 경우, 비활성 고체 상태 스위치 전체에 걸쳐 큰 전압 강하가 해당 구성 요소를 즉시 또는 가속 마모 및 손상으로 파괴할 수 있습니다.

또한 일부 에너지는 전파와 빛의 형태로 전자파 방사선의 광범위한 스펙트럼으로서 시스템 전체와 아크로부터 손실됩니다.이러한 전파에 의해, 바람직하지 않은 클릭이 발생해, 근처의 무선 수신기에 부딪힐 가능성이 있습니다.

인덕터에 연결된 와이어에서 이 전자파 에너지의 안테나 같은 방사선을 최소화하려면 플라이백 다이오드를 가능한 한 인덕터에 물리적으로 가깝게 연결해야 합니다.또한 이 접근방식은 불필요한 고전압의 영향을 받는 회로 부품을 최소화할 수 있습니다(좋은 엔지니어링 관행).

파생

인덕터의 전압은 전자기 유도의 법칙과 인덕턴스의 정의에 따라 다음과 같습니다.

${\displaystyle V_{L}=-{d\}Phi _{B} \over dt}=-L{dI \over dt}$

플라이백 다이오드가 없고 저항이 큰 것(예: 두 금속 접점 사이의 공기)만 있는 경우 R로₂ 근사합니다.

${\displaystyle V_{R_{2}}=R_{2}\cdot I}$

스위치를 열고 V와₁ R을 무시하면_CC 다음과 같은 결과가 나타납니다.

${\displaystyle V_{L}=V_{R_{2}}}$

또는

${\displaystyle - L{dI \over dt}=R_{2}\cdot I}$

이는 솔루션과의 미분 방정식입니다.

${\displaystyle I(t)=I_{0}\cdot e^{-{R_{2}\over L}t}$

공기 등 저항이 높으면 전류가 더 빨리 감소하는 것으로 관찰됩니다.

다이오드가 설치된 상태에서 스위치를 열면 L, R₁ 및₁ D만 고려됩니다₁.I > 0 의 경우는, 다음과 같이 상정할 수 있습니다.

${\displaystyle V_{D}=\mathrm {display}$

따라서:

${\displaystyle V_{L}=V_{R_{1}}+V_{D}}$

즉, 다음과 같습니다.

${\displaystyle - L{dI \over dt}=R_{1}\cdot I+V_{D}}$

(1차 미분 방정식) 해는 다음과 같습니다.

$\displaystyle I(t)=(I_{0}+{1 \over R_{1}V_{D}\cdot e^{-{R_{1} \over L}-{1 \over R_{1}V_{D}}$

어느 t에 대해 I(t) = 0인지 결정함으로써 스위치를 끄는 데 필요한 시간을 계산할 수 있습니다.

${\displaystyle t={-L \over R_{1}}\cdot ln{\left({V_{D}\over {V_{D}+I_{0}{R_{1}}}}\right)}}$

V_CC = IR이면₀₁

${{displaystyle t={-L \over R_{1}}\cdot ln left11 \over {{V_{CC}}+1}\right}={L \over R_{1}\cdot ln left {\frac {V_{CC}}{{{}}\right}}}}} ={L \fright}}}$

적용들

플라이백 다이오드는 릴레이 드라이버, H 브리지 모터 드라이버 등 반도체 장치에 의해 유도 부하가 꺼질 때 일반적으로 사용됩니다.스위치 모드 전원 장치도 이 효과를 이용하지만 에너지는 열에 의해 소멸되지 않고 부하에 전력을 공급하기 위해 캐패시터에 추가 전하의 패킷을 펌핑하는 데 사용됩니다.

유도 부하가 릴레이인 경우 플라이백 다이오드가 코일 전류를 더 오래 흐르게 유지하여 릴레이 해제를 현저하게 지연시킬 수 있습니다.다이오드와 직렬로 연결된 저항은 역전압 증가의 단점에서 순환 전류를 더 빨리 감쇠시킵니다.직렬이지만 플라이백 다이오드에 대해 역극성을 갖는 제너 다이오드는 고정 역전압 상승이 있더라도 동일한 특성을 가집니다.이 경우 트랜지스터 전압과 저항 또는 제너 다이오드 전력 정격을 모두 확인해야 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 1N400x 범용 다이오드
• 1N4148 신호 다이오드
• 1N58xx 쇼트키 다이오드
• 렌츠의 법칙

레퍼런스

추가 정보

• Ott, Henry (1988). Noise Reduction Techniques in Electronic Systems (2nd ed.). Wiley. ISBN 978-0471850687.

외부 링크

• 릴레이 기술 노트 - American Zettler
• 릴레이 어플리케이션노트 - TE 접속
• 릴레이 RC 회로 - Evox Rifa
• 소형 신호 릴레이 응용 회로 - NEC/Tokin
• 다이오드 켜기/끄기 시간 및 릴레이 스너빙 - Clifton Laboraties
• "릴레이 코일 스파이크 및 모터 차단 스파이크에 대한 설명?" - sci.design