Freilaufdiode für großes DC Relais

Wenn das nicht mehr als 130mA und 12V sind, kannst du problemlos deine 
1N4148 einsetzen.

Kai Klaas

ok.

Aber eine Allgemeine Frage noch... ist die Geschwindigkeit für mich hier 
nicht absolut bedeutungslos??
Es ist ja immer die rede von der reverse recovery time - bei meiner 
Anwendung ist die doch eher egal, da ich ja keine hohen schaltfrequenzen 
habe! (einmal an und nach ner ewigkeit wieder aus - und dann min 15s 
nicht mehr an)
Es ist ja eher wichtig ist dass sie bei einem Spannungsanstieg schnell 
von sperrend zu leitend schaltet und das passiert doch bei ~0,7-1V auf 
jeden Fall...

stimmt das so?
Dann könnte ich ja auch jede andere langsame Diode verwenden!?

jede = klares Jein

-Die Diode sollte möglichst eher funktionieren als die Bauteile, die man 
schützen möchte.

-Die Diode verlängert die Abfallzeit des Relais etwas.

-Die Diode sollte über die Induktivität geschaltet sein, damit die 
Abschaltspannung möglichst gar nicht erst in die restliche Schaltung 
gelangt.

Wenn ich mir das Datenblatt anschaue dann ist die Freilaufdiode schon in 
der Haltestrom-Schaltung enthalten ("Back EMF = 0V").
Oder hast Du die Version mit "externem Haltestrom". Dann würde ich die 
Freilaufdiode allerdings auf den Worst Case "Inrush-Current" auslegen, 
oder kannst Du garantieren daß während der Anzugszeit der Strom nie 
ausfällt und nie eine Sicherung durchbrennt?

Hallo,
wenn du deinen Fet noch mehr sichern möchtest kannst du noch ein Snubber 
dranhängen. Dann kannst du auch eine langsame Diode nehmen.

Beim Einschalten, als dem Wechsel von Sperrend nach leitend sind alle 
Dioden schnell. Begrenzend ist da vor allem die Induktivität der 
Zuleitungen - auch bei einer 1N4001.   Wegen der Fehlenden Erwärmung ist 
die Spannungs anfangs ein bischen höher, aber das stört fast nie, denn 
das sind auch höchstens 400 mV (bei sehr hohen Strömen) mehr.

Wenn man da schnelle Transienten mißt, ist das die Induktivität, oder 
einfach eine schlecht gewählte Masse.

Viele MOSFETs sind auch Avalance fest, können also einen kurzen Puls mit 
Überspannung vertragen.

Diese Relais hat schon einiges an Elektronik drin. Da sollte keine 
Freilaufdiode nötig sein.

Also Mädels mal ehrlich, man kann schon ein wenig rumalbern, muss man 
aber nicht! ....4A-Diode (oder doch besser mehr...) als Freilauf für ein 
130mA Relais??
Dexter, bei Deinem Relais reicht einzig und allein die 1n4148, und gut!
Selbst eine 10x schwächere Diode würde wohl reichen, es sei denn, Du 
schaltest hundert mal die Sekunde oder so...oftmals wird tatsächlich die 
1n400x genommen, und selbst die würde es tun (denn die Sperrerholzeit 
ist tatsächlich nicht gefragt), aber sicherheitshalber nimm die 4148er, 
die ist generell schneller.

Natürlich geht auch auf Nummer Sicher: mit ner 200A Schottky (Wasser- 
oder Stickstoffkühlung nicht vergessen!), selbstverständlich incl. 
snubber (FKP!)...
Bei der Belastung und den zu erwartenden brachialen Spikes empfehle ich 
zusätzlich großzügig dimensionierte Varistoren, Suppressordioden und 
Feinspannungsableiter....;-)

Anja schrieb:
> Wenn ich mir das Datenblatt anschaue dann ist die Freilaufdiode schon in
> der Haltestrom-Schaltung enthalten ("Back EMF = 0V").
> Oder hast Du die Version mit "externem Haltestrom".

ah okay, habe mich schon gewundert, was diese Angebe bedeuten soll.
Vielen Dank für den Tip!


Auch wenn ich hierfür keine Diode brauche, noch ein paar 
Wissenserweiternde Fragen - Freilaufdiode braucht man ja mal ab und an:

Falk Brunner schrieb:
> Würde ich auch machen. Einfach ne halbwegs schnelle 4A Diode und gut
> ist.

Was wäre denn ne schnelle 4A+ Diode - ohne dass ich jetzt zig 
Datenblätter durchforsten muss?


Ulrich schrieb:
> Beim Einschalten, als dem Wechsel von Sperrend nach leitend sind alle
> Dioden schnell.

ja das hätte ich doch auch gesagt - dann kann ich für doch für diese Art 
der Schaltung - also wenn es nicht auf die Schaltfrequenz ankommt - 
bedenkenlos eine "langsame" Diode wie ne 1N400X nehmen!?


An einer anderen Stelle habe ich auch noch zwei Reed-Relais parallel, 
die ich mit nem normalen Schalter gleichzeitig schalte. Da kommen 
natürlich auch Dioden dran. Aber würde ich keine Dioden einbauen, würden 
sich die beiden Relais gegenseitig abschießen oder würden sie einfach 
deutlich länger brauchen um abzuschalten?


danke jedenfalls für die ganze Hilfe bisher!!

Wenn ich mir das "niedliche" Relais im Datenblatt so ansehe, dann würde 
ich auch mal über mögliche Erschütterungen durch den Schaltvorgang 
nachdenken!

Zu gut kann ich mich z.B. an eine dicke Freilaufdiode erinnern, die 
durch mechanische Resonanz schon nach einer Woche abgebrochen ist.

....also gar keine Freilaufdiode! Es muss ein kleiner Schaltregler 
verbaut sein, denn der Haltestrom nimmt mit steigender Spannung ab 
(zumindest lt. Datenblatt). Außerdem ist was von Back-EMF = 0V zu lesen, 
was dann logisch wäre...für den unwahrscheinlichen Fall, daß es doch zu 
einer Induktionsspannung kommt, genügt eine UF400x, BA157, oder eine 
Schottky 1A, und alles wird gut. Bei solch langsamen Frequenzen würden 
diese Dioden sogar für sehr niederohmige Induktivitäten genügen, die 
Relaisspule hingegen wird den maximalen Strom allein durch ihren 
ohmschen Widerstand deutlich begrenzen...
Schönes Relais nebenbei bemerkt...hat er schon geschrieben, wo es 
eingesetzt werden soll?

ja hab nochmal nachgehakt wir werden die Variante mit eingebauter 
Regelung verwenden - also keine Diode =)

Tiesto schrieb:
> Schönes Relais nebenbei bemerkt...hat er schon geschrieben, wo es
> eingesetzt werden soll?

Ist für ein Projekt an der Uni, wir bauen ein Brennstoffzellenflugzeug! 
und irgendwie muss man die Battery/Brennstoffzelle (450V) ja an die 
Leistungselektronik anschließen, die den Motor ansteuert - dafür das 
Relais.



trotzdem würde mich noch interesieren:
An einer anderen Stelle habe ich auch noch zwei Reed-Relais parallel,
die ich mit nem normalen Schalter gleichzeitig schalte. Da sollen
natürlich auch Dioden dran. Aber würde ich keine Dioden einbauen, würden
sich die beiden Relais gegenseitig abschießen oder würden sie einfach
deutlich länger brauchen um abzuschalten?

> würden sie einfach deutlich länger brauchen um abzuschalten?

Nein, MIT Diode schalten die Relais deutlich langsamer ab als ohne, was 
(besonders bei DC-)Lasten die Kontakte stärker belastet. Siehe dazu die 
PDF-Links in 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern .

Grüße

>zwei Reed-Relais parallel
...würde ich trotzdem mit Freilaufdioden beschalten, um die mir noch 
unbekannte RESTLICHE Schaltung vor entstehenden induktiven 
Spannungsspitzen zu schützen.

Ergänzend die übliche F23
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
Mit dem Wissen wächst der Zweifel...

Hallo Dexter,

irgendwie habe ich den Link zum Datenblatt in deinem ersten Post nicht 
wahrgenommen.

So, wie es scheint, enthält das Relais bereits eine Freilaufdiode. 
Trotzdem solltest du mit dem Hersteller Kontakt aufnehmen und genau 
abklären, ob und welche zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind. 
Außerdem sollte er in der Lage sein, dir einen Schaltplan der internen 
Relais-Beschaltung zuzumailen. Notfalls selbst das Teil öffnen und 
schauen was drin ist.

Kai Klaas

Hallo Dexter,

>Was wäre denn ne schnelle 4A+ Diode - ohne dass ich jetzt zig
>Datenblätter durchforsten muss?

4A: z.B. MUR410 .. MUR4100
4A+ z.B  MUR820 .. MUR860

Erhältlich z.B. bei Reichelt.

...also sind wir nun doch bei to220-Freilaufdioden angelangt, wie schon 
befürchtet...kinners, wir nähern uns ja mit großen Schritten dem 
technisch Machbaren allein für den Freilauf! OK, bei der enormen 
Schaltfrequenz war das wohl abzusehen...;-)
So ein Relais anzusteuern ist aber auch ein hartes Brot, das muss man so 
sagen...

Damit´s nicht langweilig wird, könnte man ja auch mal den bzw. die 
Mosfet(s) behandeln, die nötig wären, um dem gewaltigen Strom dieses 
Relais überhaupt gewachsen zu sein! Da geht´s ja offenbar erst richtig 
an´s Eingemachte...Wie lauten eure Vorschläge? Parallelschaltung aus 
mehreren Mosfet-Modulen, kupferverschient? Natürlich incl. allen 
erdenklichen Schutzmaßnahmen! Bedenkt bitte den beträchtlichen Stromstoß 
beim Einschalten, sowie den knallharten Spike beim Abschalten! Mit 
"normalen" IGBT-Modulen kommt Ihr da sicher nicht weit, die rauchen 
gleich ab! Gerade bei 12V Eingangsspannung ergeben sich ungeheure 
Spitzenströme, die die Bondverbindungen sofort lösen würden! Vielleicht 
sollte man Scheibentransistoren oder -Thyristoren einsetzen! 
Selbstverständlich im Parallelbetrieb, und mit Zwangskühlung!

Dexter, ich möchte Dir wirklich nicht die Hoffnung nehmen, aber 
zumindest hier im Forum und in der Theorie wird Dein Vorhaben wohl 
unlösbar bleiben Es scheitert einfach am Halbleitermarkt...und am Platz 
für die ganzen Hochleistungskomponenten.....denn - und da sind wir uns 
wohl alle einig - es muss wirklich alles bedacht, und mit allem 
gerechnet werden!


Irgendwas wollt ich doch noch sagen...ach ja, je stärker 
überdimensioniert wird, desto weniger Ahnung hat der Entwickler!

Leute, es ist mir echt ein Fest!

vllt sollte ich mich im Studium doch auf Halbleiter spezialisieren um 
mal anständige Dioden zu entwickeln für solch schwierige Anwendungen ;-D

danke für die Antworten und Links!

>danke für die Antworten und Links!

Hast du schon mit dem Hersteller geredet?

Kai Klaas

Habe eine Mail an den technischen Support geschrieben, warte noch auf 
deren Antwort.

Ohne das spezielle Relais, welches hier verwendet wird, näher 
anzuschauen will ich einfach meine "Heuristik" für dieses Problem 
vorstellen (sie sollte mit jedem "einfachen" Spulenrelais 
funktionieren):

Im angezogenen Zustand fließen 130mA. Im Moment des Ausschaltens "will 
die Induktivität" das Weiterfließen dieses Stromes erreichen. Sie baut 
dafür eine "beliebig hohe" Spannung auf, die den Schalttransistor tötet, 
sofern nicht (beabsichtigt oder parasitär) alternative Strompfade 
vorhanden sind. Einen solchen bietet die Freilaufdiode. Die Relaisspule 
generiert nur die Spannung, die nötig ist, um die Diode durchzuschalten 
und der Schalttransistor wird nicht belastet.

Bei einer Flußspannung von 0.7V und 130mA muß die Diode eine max. 
Leistung von ca. 100mW aufnehmen können, die 12V spielen hier keine 
Rolle. (Eine 1N4148 langt also vollkommen.) Diese Leistung bricht jedoch 
sehr schnell zusammen, wenn die in der Spule enthaltene Energie abgebaut 
wird (sie hängt von der hier nicht bekannten Induktivität ab). Die Diode 
muß also die erwähnten 100mW nicht als Dauerleistung aushalten.

Ich hoffe, es ist wirklich so einfach ...

wer das Datenblatt gelesen (und verstanden) hat, der weiß, daß bei 12V 
niemals und zu keiner Zeit 4A fließen werden, weder rein noch raus...bei 
36V kann das schon anders aussehen.
1N4148 sag´ich nur, und die ist noch dazu überflüssig und dient nur dem 
ruhigen Schlaf...ggf. würde die sogar noch bei 36V genügen, da praktisch 
jede noch so winzige Diode 4A Spitzenstrom verarbeiten kann.

ok, aber ich habs soweit schon richtig verstanden, dass der Inrush 
Current bei 36V maximal 3,8A und zwar 130ms lang betragen kann?
Und wenn ich dann das Relais nach sehr(!) kurzer Zeit abschalten würde, 
könnte meine Diode maximal 3,8A abbekommen?!

Kann man eigentlich von einem linearen Zusammenhang zw. max Inrush 
Current und der Spannung ausgehen? Wenn nicht, warum nicht?

Alles nur Fragen um mein Wissen zu erweitern ;-)

Der Abschaltzeitpunkt hat kaum Auswirkungen auf den maximalen Strom, den 
die Freilaufdiode erfährt. Wenn sehr schnell wieder abgeschaltet wird, 
dann kann nicht mal die volle Sättigung der Spule erreicht werden, und 
damit ist auch die Induktionsleistung geringer...dennoch wäre das 
Einzige, was die Diode überhaupt gefährden könnte, eine hohe 
Taktfrequenz. Das ganze Relais hat aber nur 1,7W Spulenleistung, und die 
Spule hat voraussichtlich ca. 10 Ohm. Dazu kommt noch die beträchtliche 
Induktivität, die den Stromanstieg (beim Einschaltfall) bei eventueller 
sehr schneller Taktfrequenz limitiert. Damit kriegt man absolut keine 
Freilaufdiode zerstört (davon mal abgesehen, daß wir hier über des 
Kaisers Bart sprechen, denn es ist lt. Datenblatt und durch die interne 
Elektronik KEINE Freilaufdiode nötig).
Der maximale Anfangssstrom fließt definitiv bei 36V Betriebsspannung, 
dann allerdings auch am kürzesten. Vermutlich wenige Millisekunden. Am 
längsten dauert der Anfangsstrom bei 9V (130 Millisekunden), dafür ist 
er aber auch deutlich geringer.
Da irgendein Schaltregler eingebaut ist, kann man zwar keine allzu 
genauen Daten über die Relaisspule treffen, aber die 1,7W sagen schon 
viel. Man kann sich zudem die Energie selbst ausrechnen, die bei 9V, 
maximal ca. 1A und maximal 130 Millisekunden gespeichert wird. Dazu 
rechnet man nochmal ohmsche Verluste hinzu (das ist alles Andere als 
eine Speicherdrossel!), und bedenkt, daß an der Diode (kurzzeitig) 
maximal vielleicht 1V Spannungsabfall auftreten. Da kommt man (egal bei 
welcher Eingangsspannung und -Frequenz) keinesfalls auf über 100mW.

Aber damit es nicht langweilig wird, hier folgende Theorie: der interne 
Schaltregler begrenzt durch seine geringe Leistungsfähigkeit den 
Eingangsstrom auf maximal 3,8A, also unabhängig vom Widerstand der 
Spule. Und er genehmigt sich sowohl bei 9, als auch bei 36V volle 130 
Millisekunden bei 3,8A(seinem eigenen Limit). Natürlich wäre das Relais 
bei 36V längst angezogen, bevor er den Strom verringert, aber der Regler 
sieht das ja nicht, sondern hat ein festes Zeitlimit für 3,8A.
Nun ist es auch noch ein guter step-down-Regler, und die Spule hat real 
nur 1 mikroohm, kaum Induktivität, und nur wenige Millivolt 
Betriebsspannung (alles unwahrscheinlich, aber möglich!). Wenn man bei 
dieser Version des 1,7W - Relais´ nun abschaltet, und der Regler den 
Spike nicht selbst schluckt, dann könnte damit alsolut jede Diode beim 
ersten Mal zerstört werden! Auch diese Spule würde kurzzeitig genug 
Spannung aufbauen, und ebenso kurzzeitig tausende Ampere liefern!

Also kurz gesagt, man weiß hier so gut wie nichts, da eine unbekannte 
Elektronik zwischengeschaltet ist.
Daher hält man sich besser einfach an´s Datenblatt...

Hallo Dexter,

>Kann man eigentlich von einem linearen Zusammenhang zw. max Inrush
>Current und der Spannung ausgehen? Wenn nicht, warum nicht?

Bei gleicher Temperatur ja. Wenn sich die Spule um 100 Grad erwärmt, 
wird der Strom um ca 40% weniger. Bei -40 Grad ist evtl. ein höherer 
Strom als im Datenblatt (meist 25 Grad Wert) zu berücksichtigen.

>ok, aber ich habs soweit schon richtig verstanden, dass der Inrush
>Current bei 36V maximal 3,8A und zwar 130ms lang betragen kann?
>Und wenn ich dann das Relais nach sehr(!) kurzer Zeit abschalten würde,
>könnte meine Diode maximal 3,8A abbekommen?!

Voraussetzung ist daß du die Variante "Relais ohne eingebaute 
Haltestrom-Schaltung" verwendest. In diesem Fall wird beim Einschalten 
durch 100% PWM erst mal die volle Batteriespannung oder die 
Relais-Nennspannung auf das Relais gegeben.
Nach einer bestimmten Zeit (kann ein paar Sekunden sein) wird dann per 
PWM <100% der Strom auf den Haltestrom reduziert.
Beim Übergang_ auf den _Haltestrom fließt dann der entsprechende Strom 
(Inrush-Current) durch die Freilaufdiode, bis sich die Energie auf den 
Haltestrom abgebaut hat. Der Haltestrom fließt dann periodisch weiter 
durch die Diode. (Die Diode ist wegen Tastverhältnis <50% die meiste 
Zeit davon im Freilaufbetrieb).

Die Reduktion auf den Haltestrom ist bei derartigen Relais notwendig 
weil die Spulen unterdimensioniert sind. Bei dauerhaftem Betrieb an 
Nennspannung überhitzen die sich.

Eine 1N4148 hier vorzuschlagen halte ich nicht für sinnvoll.
Zumal die genannten Datenblattwerte 200mA Dauer und 4A peak (für 1us!!)
alle nur für 25 Grad (Drahttemperatur!! = unendliche Kühlung) angegeben 
sind. Bei realen Betriebsbedingungen (bis 85 Grad Umgebung also 100 Grad 
Leiterplattentemperatur) gelten wesentlich geringere Werte (Figure 9)
http://www.fairchildsemi.com/ds/1N/1N4148.pdf
Auch die pauschale Spannungsangabe 0,7V Diodenspannung gilt bei 100mA 
nicht mehr (Figure 5).

Da solche Schaltungen (DC-Relais) immer Sicherheitsrelevant sind (in 
Deinem Fall brauchst Du evtl. eine Zertifizierung durch die 
Luftfahrtbehörden) lohnt es sich auch mal so typische Fehlerfälle 
anzuschauen:
- Durchgescheuertes Kabel mit intermittierendem Kurzschluß auf Masse 
oder Batteriepotential.
- Wackelkontakte.
- Defekte Batterie mit Überspannung im Bordnetz
Solche Fehler dürfen nicht zu einem (unentdeckten) Ausfall von einzelnen 
Bauelementen führen:

http://www.pilotundflugzeug.de/servlet/use/Home.class?frame&main={http://www.pilotundflugzeug.de/artikel/2007-04-12/DA42_Unfall}

oh Gott, es wird ja immer komplizierter...an das spezielle 
Temperaturverhalten hatten wir ja noch gar nicht gedacht...das gibt ja 
noch wieder ganz neue Dimensionen für Smalltalk...
Wollen wir einfach bei der Tatsache bleiben, daß Dexter das Relais mit 
interner Elektronik kauft, und es damit lt. Datenblatt gar keinen Spike 
gibt?
Wünsche ihm gutes Gelingen bei dieser einfachen Aufgabe, und mache mich 
hier vom Acker...

@Anja

>Voraussetzung ist daß du die Variante "Relais ohne eingebaute
>Haltestrom-Schaltung" verwendest. In diesem Fall wird beim Einschalten
>durch 100% PWM erst mal die volle Batteriespannung oder die
>Relais-Nennspannung auf das Relais gegeben.

In diesem Fall dürfte die Freilaufdiode ja längst integriert sein, sonst 
überlebt ja wohl kaum die PWM-Stufe.

Bei allem Respekt, aber ich finde es schon ein wenig bizarr, wenn ganz 
konkrete Empfehlungen ausgesprochen werden, bevor überhaupt klar ist, 
was für eine Schaltung in diesem Teil sitzt.

Wenn da wirklich eine Halteschaltung drin sitzt, dann muß die 
Freilaufdiode längst integriert sein, weil man ohne zusätzliche 
Anschlüsse ja garnicht an die Spulenanschlüsse herankommt. Wo soll denn 
die Freilaufdiode überhaupt angeschlossen werden, wenn das Relais nur 
noch 2 Anschlüsse nach außen führt??

Jetzt laßt uns doch einfach abwarten, was der Hersteller dazu sagt...

Kai Klaas

oszi40 schrieb:
> Die Diode verlängert die Abfallzeit des Relais etwas.

Dieser Sachverhalt ist nicht zu unterschätzen. Eine Freilaufdiode 
schützt den schaltenden Halbleiter auf Kosten der Lebensdauer der 
Arbeitskontakte des Relais. Dieser Effekt tritt besonders beim 
(Ab-)Schalten von Gleichströmen auf, dessen Schaltfunken bekanntlich 
größer sind als bei Wechselstrom. Hersteller von Relais- oder 
Magnetventilspulen raten daher zur Zenerdiode. Siehe z.B. 
http://www.schaltrelais.de/download/relais-aktuell-nov08.pdf

screwdriver

screwdriver schrieb:

> http://www.schaltrelais.de/download/relais-aktuell-nov08.pdf

Die Zenerdiode auf Seite 3 ist aber doch wohl falsch rum drin!?