Mikrodenetleyiciyi endüktif yüklerden korumak


9

Bir Arduino'dan çeşitli yükleri (röle, solenoid, motor) kontrol edeceğim bir proje üzerinde çalışıyorum ve mikrodenetleyici ve diğer bileşenler için yeterli koruma sağladığımdan emin olmak istiyorum. Transistörler kullanarak ve ayırma kapasitörleri, geri dönüş diyotları ve zener diyotları ekleyerek çeşitli çözümler görüyorum. Bu seçeneklerden biri veya bir kombinasyonu arasında nasıl seçim yapacağınızı merak ediyorum?

resim açıklamasını buraya girin


Soruya doğrudan bir cevap değil. Ancak gerçek dalga formlarını ve diyot korumasının nasıl çalıştığını görmek için bu videoyu izlemek isteyebilirsiniz . Kapasitör kasası için gösteri yok.
Alper

Yanıtlar:


11

Bu seçeneklerden biri veya bir kombinasyonu arasında nasıl seçim yapacağınızı merak ediyorum?

İndüktörlerin nasıl çalıştığını anlarsanız kolaydır.

Bence çoğu insanın sorunu "endüktif voltaj yükselmesi" veya "arka EMF" gibi kelimeler duymaları ve

Yani, bir indüktör değiştirildiğinde, bir an için 1000V pil gibi.

şematik

bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik

Gerçekten de bu özel durumda, az çok olan budur. Ancak sorun kritik bir adımı atlaması. İndüktörler bize karşı gerçekten yüksek voltaj üretmezler. Endüktans tanımına bakın:

v(t)=Ldidt

Nerede:

  • L , tavuklarda endüktanstır
  • v(t) , zamanındaki voltajdırt
  • i güncel

Bu Ohm'un indüktörler yasası gibi, direnç yerine endüktansımız var ve akım yerine akım değişim oranımız var .

Bunun düz İngilizce'de anlamı, bir indüktör yoluyla akım değişim oranının, üzerindeki voltajla orantılı olmasıdır. Bir indüktörde voltaj yoksa, akım sabit kalır. Voltaj pozitifse, akım daha pozitif olur. Voltaj negatifse, akım azalır (veya negatif olur - akım her iki yönde de akabilir!).

Bunun bir sonucu olarak, bir indüktördeki akım anında durdurulamaz, çünkü bu sonsuz yüksek bir voltaj gerektirir. Yüksek bir voltaj istemezsek, akımı yavaşça değiştirmeliyiz.

Sonuç olarak, bir indüktörü bir andaki akım kaynağı olarak düşünmek daha iyidir . Anahtar açıldığında, indüktörde akan her akım akmaya devam etmek ister. Gerilim, bunun gerçekleşmesi için gereken her şey olacaktır.

şematik

bu devreyi simüle et

Şimdi 1000V voltaj kaynağı yerine 20mA akım kaynağımız var. Sadece keyfi olarak 20mA'yı makul bir değer olarak seçtim, pratikte, anahtar açıldığında akım ne olursa olsun, röle durumunda röle bobininin direnci ile tanımlanır.

Şimdi bu örnekte, 20mA'dan daha fazla akmak için ne olmalı? Devreyi anahtarla açtık, bu yüzden kapalı devre yok, bu yüzden akım akmıyor. Ama aslında olabilir: voltaj sadece kontak kontakları boyunca ark için yeterince yüksek olmalıdır. Anahtarı bir transistör ile değiştirirsek, voltajın transistörü kıracak kadar yüksek olması gerekir. Böylece olan budur ve kötü bir zamanınız olur.

Şimdi örneklerinize bakın:

şematik

bu devreyi simüle et

A durumunda, indüktör kondansatörü şarj edecektir. Bir kapasitör, akım ve voltaj anahtarlamalı bir indüktör gibidir: , ve böylece bir kapasitörden gelen sabit bir akım, voltajını sabit bir oranda değiştirecektir. Neyse ki, indüktördeki enerji sonludur, bu nedenle kapasitörü sonsuza kadar şarj edemez; sonunda indüktör akımı sıfıra ulaşır. Tabii ki, kapasitör üzerinde bir miktar voltaj olacak ve bu daha sonra indüktör akımını arttırmak için çalışacaktır.i(t)=Cdv/dt

Bu bir LC devresidir . İdeal bir sistemde enerji, kapasitör ve indüktör arasında sonsuza dek salınacaktır. Bununla birlikte, röle bobininin çok fazla direnci vardır (çok uzun, ince bir tel parçası) ve sistemde diğer bileşenlerden de daha küçük kayıplar vardır. Böylece, enerji sonunda bu sistemden uzaklaştırılır ve ısı veya elektromanyetik radyasyona kaybedilir. Bunu dikkate alan basitleştirilmiş bir model RLC devresidir .

Durum B çok daha basittir: Herhangi bir silikon diyotun ileri voltajı, akımdan bağımsız olarak az çok 0.65V'dir. Böylece indüktör akımı azalır ve indüktörde depolanan enerji röle bobininde ve diyotta ısı kaybedilir.

Durum C benzer: anahtar açıldığında arka EMF Zener'ı ters yönde çevirmek için yeterli olmalıdır. Ters voltajı besleme voltajından daha yüksek olan bir Zener seçtiğinizden emin olmalıyız, aksi takdirde anahtar açık olsa bile sargı bobini sürdürebilir. Ayrıca, verici ve toplayıcı arasındaki Zener ters voltajından daha yüksek bir gerilime dayanabilecek bir transistör seçmeliyiz. Zener'in B kasası üzerindeki avantajı, indüktör akımının daha hızlı azalmasıdır, çünkü indüktör üzerindeki voltaj daha yüksektir.


Ben bir elektrik mühendisi değilim ve altta yatan fiziği çok iyi anlayamıyorum, ancak diyotlu B durumunda, akımın diyot ve sirkülatörde dolaşacağını anlıyorum (sonunda indüktördeki direnç?) Zener diyotlu C durumunda, voltajın zener voltajının üzerinde olduğu varsayılarak, enerji hızla toprağa gider.
Aleksander

Kondansatör ile A vakasını iyi anlayamıyorum. Transistör söndüğünde kapağın zaten şarj edildiğini düşünüyorum, ancak Andy'nin altında akımın dağılana kadar ileri geri sallandığını söylüyor. Neden olduğundan emin değilim? Başlangıçta kapaktan bahsettim, çünkü fırçalanmış bir DC motor durumunda ayırma kapasitörü olarak kullanıldığını gördüm ve kapak ve zener diyotun bir kombinasyonunu kullanmayı düşünüyordum.
Aleksander

@Aleksander lütfen düzenlemelere bakınız.
Phil Frost

5

Endüktif yükte depolanan enerjiyi olabildiğince çabuk azaltmak için kullanılan başka bir varyasyon vardır. Bu, hızlı çalışma sürelerinin gerekli olduğu röle devrelerinde kullanıldığını gördüm. Diyot ile ilgili sorun, röle bobininde tutulan enerjinin dağılması için zaman almasıdır (çünkü akım yavaşça devridaim yapar ve azalır), oysa bir rezistans bobine paralel yerleştirilirse, arka emf daha büyük olur, ancak enerjiyi harcar daha hızlı bir şekilde.

Örneğin, bir 50mA bobin akımı bir diyot üzerinde 0.7 voltluk bir tepe geri emf üretecektir, ancak 1k'lik bir direnç boyunca bu 50 volt olacaktır. Transistör 100 volt olarak derecelendirilmişse bu bir sorun değildir.

Bu fikrin bir modifikasyonu, bir diyotun bir dirençle seri olarak kullanılmasıdır. Şimdi direnç akımda normal almıyor; sadece ters voltaj durumunu idare eder.

Direnç ne kadar büyük olursa, enerji o kadar hızlı dağılır ve röle (veya solenoid veya herhangi bir şey) mekanik olarak daha hızlı kapanır.

Kapasitör versiyonu da dikkate değer. Bobin içinde depolanan enerji, transistör açıldığında serbest kalır ve bu, depolanan enerjiyle ilgili bir tepe voltajı oluşturarak kapasitöre süpürülür; indüktörde depolanan bir enerji vardır: -

Li22 ve kapasitör formülü enerji depolanmış =Cv22

Bu iki denklemi eşitlediğinizde, transistör açık devreleri olduğunda tepe back-emf'in ne olduğunu hesaplayabilirsiniz. Daha sonra bulduğunuz şey, akımın bobin ve sıfıra doğru salınan kapasitör arasında ileri ve geri gitmesidir. Geçen süre uzun olabilir (mikro ve milisaniye cinsinden), ancak 1. salınım döngüsünden sonra röle bobini akımının geri hareketi, röleyi hızla kapatır. Genellikle rölenin bobin direnci, 3. yarı salınım döngüsünün röle bobinini yeniden etkinleştirmek için yeterli akıma sahip olmamasını sağlamak için yeterince yüksektir.

Bu nedenle, kapasitör fikri bazen (nadiren) kullanılır. Bazen işleri biraz daha hızlandırmak için bir dirençle seri olarak kullanılır.

Zener fikri de yararlıdır, çünkü 0.7 voltta ileten diyotun aksine, zener iletken olur (örneğin) 12 voltta, böylece depolanan enerjinin tek başına bir diyottan çok daha hızlı dağılmasını hızlandırır. Ayrıca, bir zener ile maksimum voltaj noktası, dirençler ve kapasitörlerden daha kolay tanımlanır, bu nedenle kullanmak için bir miktar çekim vardır.


Kondansatör devresi, örneğin 24V röle ile kullanılırsa, ters Vbe arızası ve uzun süreli hasar tehlikesi olup olmadığını merak ediyorum. Açma akımı ayrıca bir MOSFET durumunda sadece beta veya Idss ile sınırlıdır .. Oldukça büyük olabilir.
Spehro Pefhany

1
@ spehro, bu durumun önlenmesi için tepe geriliminin, beslemenin iki katından daha fazla artmasına izin vermeyecek kadar büyük olmalıdır.
Andy aka

2

Genel yol yukarıdaki B kasasını kullanmaktır. Buna geri EMF diyotu veya geri dönüş diyotu denir . A'daki kapasitörün çalışması pek olası değildir. Durum C bazen H köprülerinde ve yükün hem pozitif hem de pozitif olarak sürüldüğü durumlarda görülür, bu durumda basit paralel diyot kullanılamaz.


1
A kondansatörünün neden çalışması mümkün değil?
Phil Frost

@PhilFrost Arka EMF'yi bir diyotun yaptığı gibi belirli bir değerde sıkıştırmaz. Bu nedenle pik voltaj, devredeki kapasitansa ve endüktansa bağlıdır (tahmin edilmesi zor). Ayrıca, LC devresi sorunlara neden olabilecek rezonansa (ayarlanmış devre) sahiptir.
John Honniball

Elbette öyle: göre indüktörde depolanmış enerji var . En kötü durumda, bu enerjinin tamamı kapasitöre gider: . Kapasitansı tahmin etmek zor değildir: kapasitör üzerine basılmıştır; ve endüktans, röle veri sayfasında değilse kolayca ölçülebilir. Rezonans hangi sorunlara neden olur? Rezonans, röle bobininin direnci ile önemli ölçüde azaltılmayacak mı? E=1/2LI2E=1/2CV2
Phil Frost

@PhilFrost Demek istediğim, hemen hemen her eski diyotun geri EMF'yi sınırlayacağı. Bir kondansatör yapmak için bobin endüktansını ölçmeli ve bir hesaplama yapmalıyız. Çoğu acemi okuyucunun tüm bu sorunlara gitmesini beklemiyorum; Sadece bir diyot kullanmasını öneriyorum.
John Honniball

Bence kafa karıştırıcı olan şey, cevabınızın "işe yaraması pek mümkün değil" dediği ve "daha karmaşık ve sizin durumunuzda bir diyottan daha iyi sonuç vermediği" yazmasıdır.
Phil Frost
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.