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.
@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#Freilaufdiodehttp://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!
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
