Wenn ich Strom durch eine Spule leite und dann den Strom abrupt unterbreche, entsteht ja ein Impuls mit hoher Spannung. Den unterdrückt man zum Beispiel mit Freilaufdioden. Jetzt sind Dioden je nach Typ unterschiedlich schnell, da frage ich mich, wie schnell eine Freilaufdiode überhaupt sein muss? Wenn ich den Strom ideal abrupt unterbreche, entsteht dann im Idealfall eine unendlich hohe Spannung in Null Zeit? Oder dauert das eine Weile? Wovon hängt die Zeit hauptsächlich ab, wenn sie nicht Null ist? Reden wir da eigentlich von Millisekunden oder gar Bruchteilen von Nanosekunden?
Stefan U. schrieb: > Wenn ich Strom durch eine Spule leite und dann den Strom abrupt > unterbreche, entsteht ja ein Impuls mit hoher Spannung. Falls du das wirklich schaffst, ja. > Den unterdrückt man mit Freilaufdioden. Nein. Die Freilaufdiode verhindert die Stromunterbrechung. Die Verluste in dem Kreis brauchen dann die Energie auf. Stefan U. schrieb: > Wenn ich den Strom ideal abrupt unterbreche, entsteht dann im Idealfall > eine unendlich hohe Spannung in Null Zeit? Oder dauert das eine Weile? U=L*dI/dt. Die Spannung ist proportional zur Stromänderungsgeschwindigkeit.
> Die Spannung ist proportional zur Stromänderungsgeschwindigkeit. Also, wenn ich (nur theoretisch betrachtet) den Strom völlig abrupt unterbreche, entsteht die Induktionsspannung sofort, ohne Verzögerung. Richtig? Es gibt aber keine Dioden, die unendlich schnell sind. Also muss ich dafür sorgen, dass der Strom etwas langsamer abfällt. Da spielen dann sicher diverse parasitäre Kapazitäten eine Rolle. Ist sicher schwer zu berechnen. Aber was heisst das in Praxis z.B. für ein Kleinleistungs-Relais, dass ich mit einem µC über einen gewöhnlichen NPN Transistor schalte. Brauche ich da schon besonders schnelle Dioden oder reicht auch eine eher langsame 1N4001? Ich frage, weil ich absolut keinen Plan habe, welche Dioden ich an solchen Stellen verwenden soll. Bisher habe ich immer einfach irgendeine genommen und hatte damit Glück. Ich möchte es in Zukunft aber etwas professioneller machen. Es sei denn, die popelige 1N4001 ist ganz sicher für jede reale Anwendung schnell genau. Genau dass kann ich schlecht einschätzen. Und ja, ich weiß dass die 1N4148 um schneller ist und dass es noch schnellere Dioden gibt.
Ideal abrupt: Dauert gerade KEINE Weile. Was möchtest du denn mit der hohen Spannung anfangen? Deinen "ideal abrupten" Schalter zerstören?
@Stefan Us (stefanus) >Jetzt sind Dioden je nach Typ unterschiedlich schnell, da frage ich >mich, wie schnell eine Freilaufdiode überhaupt sein muss? Schnell, aber nicht hyperschnell. Auch 0815 Netzdioden sind ausreichend schnell. https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode http://www.cliftonlaboratories.com/diode_turn-on_time.htm >Wenn ich den Strom ideal abrupt unterbreche, entsteht dann im Idealfall >eine unendlich hohe Spannung in Null Zeit? Oder dauert das eine Weile? Ideal ja, real ist es etwas langsamer. Das hängt vor allem von der parasitären Kapazität der Spule ab, die begrenzt das dU/dt. Sie wirkt wie ein Snubber. Ausserdem muss man auch einen sehr schnellen Schalter haben, der den Strom WIRKLICH schnell abschalten kann. >Reden wir da eigentlich von Millisekunden oder gar Bruchteilen von >Nanosekunden? Eher Nanosekunden bis Mikrosekunden.
@Stefan Us (stefanus) >Es sei denn, die popelige 1N4001 ist ganz sicher für jede reale >Anwendung schnell genau. Das ist sie! Kaum zu glauben, aber wahr. >Und ja, ich weiß dass die 1N4148 um schneller ist Nur beim Reverse Recovery. Der spielt bei Relais aber keine Rolle.
Stefan U. schrieb: >> Die Spannung ist proportional zur Stromänderungsgeschwindigkeit. > > Also, wenn ich (nur theoretisch betrachtet) den Strom völlig abrupt > unterbreche, entsteht die Induktionsspannung sofort, ohne Verzögerung. > Richtig? Du bringst da was durcheinander. Die Spannung entsteht immer sofort. Stefan U. schrieb: > Es sei denn, die popelige 1N4001 ist ganz sicher für jede reale > Anwendung schnell genau. Ja, ist sie. Real kannst du den Strom nicht schneller abschalten als die den übernehmen kann (wenn auch mit einer kleinen Spannungsüberhöhung).
Stefan U. schrieb: > Jetzt sind Dioden je nach Typ unterschiedlich schnell, da frage ich > mich, wie schnell eine Freilaufdiode überhaupt sein muss? Kommt auf die Steilheit der fallenden Flanke an. So schnell. > Wenn ich den Strom ideal abrupt unterbreche, entsteht dann im Idealfall > eine unendlich hohe Spannung in Null Zeit? Ja. > Wovon hängt die Zeit hauptsächlich ab, wenn sie nicht Null ist? Fall time des Signals. > Reden wir da eigentlich von Millisekunden oder gar Bruchteilen von > Nanosekunden? Kann zwischen null und unendlich sein, völlig abhängig davon wie schnell du das Signal ausschaltest. Ich trau mich nichtmal einen typischen Wert anzugeben, weil das wirklich von der Anwendung abhängt.
Stefan U. schrieb: > Also, wenn ich (nur theoretisch betrachtet) den Strom völlig abrupt > unterbreche, entsteht die Induktionsspannung sofort, ohne Verzögerung. > Richtig? Nicht ganz. Das Problem ist: du kannst den Strom in der Spule gar nicht "unterbrechen". Denn sonst müsstest du ja das Magnetfeld in der Spule sofort "entfernen". In diesem Magnetfeld, das vom Strom kommt, ist Energie gespeichert. Dieses Magnetfeld sorgt dafür, dass der Strom bei einer "Unterbrechung" erst mal einfach weiterfließt. Und weil der Schalter ja geöffnet ist, muss die Spannung ansteigen, um den Strom weiterfließen zu lassen. Mit der Formel P = U*I (sehr hohe Spannung und glechbleibender Strom) und dem zeitlichen Integral darüber "entlädt" sich dann die gespeicherte Energie durch den Strom in einem Funken (so wie sich im Gegensatz die gespeicherte Energie eines Kondensators bei einem Kurzschluss auf ähnliche Art entlädt). Deine Frage muss also korrekt so heißen: >>> wenn ich (nur theoretisch betrachtet) den Schalter völlig abrupt >>> unterbreche, entsteht die Induktionsspannung sofort, ohne Verzögerung. >>> Richtig? Dann lautet die Antwort: ja!
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Also die Induktionsspannung baut sich so schnell auf, wie der Strom (z.B. 1A) die parasitäre Kapazität (zwischen Windungen und Anschlüssen und Folgebaugruppen, z.B. 10nF) auflädt, also z.B. mit 100 Mio V/s. Die Diodengeschwindigkeit ist aber die Sperrgeschwindigkeit/Ausschaltgeschwindigkeit und daher hier unrelevant, die Leitgeschwindigkeit/Einschaltgeschwindigkeit jeder Duode ist praktisch 0. Nur wenn bei schnellem PWM die noch leitende Freilaufdiode plötzlich durch Wiedereinschalten der Spule / Anlegen einer Spannung in Sperrrichtung sperren soll, braucht man eine schnelle Diode.
Super danke. Ich hab die erhofften Antworten erhalten. - Für Relais kann ich jede gewöhnliche Diode als Freilaufdiode verwenden. - Bei PWM muss ich aufpassen und die Recovery-Time berücksichtigen.
Moin, Bezueglich des zeitlichen Aufbaus der Induktionsspannung hat Genosse Schabowski sich schon 1989 ganz klar geaeussert: "Das gilt nach meiner Kenntnis, ist das sofort, unverzueglich" :-D Ich denk' auch, dass im Relaiskreis genuegend parasitaere Kapazitaeten, Kupferwiderstaende, etc. rumfliegen, dass die Diodenschaltgeschwindigkeit nicht so wichtig ist. Eben auch, weil der Diode, so sie denn nicht schnell genug leiten will, durch Spannungsueberhoehung dezent nachgeholfen wird. Viel wichtiger - und da hab' ich beim Einsatz einer 1N4148 leichte Bauchschmerzen - ist, dass die Diode den Strom, der durch die Relaisspule fliesst, abkann. Bei dickeren Relais mit niedrigen Spulenspannungen wird das mehr sein, als eine 1N4148 gerne sieht... Gruss WK
@ Dergute Weka (derguteweka) >Bauchschmerzen - ist, dass die Diode den Strom, der durch die >Relaisspule fliesst, abkann. Bei dickeren Relais mit niedrigen >Spulenspannungen wird das mehr sein, als eine 1N4148 gerne sieht... Genau anders herum wird ein Schuh draus! Selbst die kleine 1N4148 verträgt 1A für 1s! Da muss man schon ein VERDAMMT dickes Relais haben, das 1A zieht.
Moin, Ja, natuerlich kann eine 1N4148 kurzzeitig mehr ab. Laut NXP Datenblatt 1A aber eher 1 msec und auch nur, wenns vorher nicht zu heiss war und und und...also eher sowas wie P.M.P.O. - Und ja, natuerlich wird das auch meistens reichen. Mir persoenlich ist es aber lieber, wenn ich Bauteile so auswaehle, dass sie eher wie unter "Electrical Characteristics" betrieben werden und nicht unter "Limiting Values" oder "Absolute Maximum Ratings". Ich schrub ja auch nur "leichte Bauchschmerzen" und nicht: "Es ist voellig verboten" ;-) Gruss WK
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