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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Freilaufdiode dimensionieren


Autor: Vlad (Gast)
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Hallo!

Kann mir jemand sagen, wie ich eine Freilaufdiode dimensioniere wenn ich 
die Induktivität und den Strom im Betrieb kenne?
Vielen Dank!

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Die Induktivität selber spielt keine Rolle. Die Diode muss den 
Betriebsstrom beim Abschalten übernehmen. Sie muss also für den maximal 
zu erwartenden Betriebsstrom ausgelegt sein. Wenn größere 
Spannungsspitzen vermieden werden sollen und die Schaltfrequenz relativ 
hoch ist, dann sollte die Schaltgeschwindigkeit einigermaßen hoch und 
die Freiwerdezeit relativ kurz sein. Die Sperrspannung der Diode muss 
(logischerweise) größer sein als die höchste zu erwartende Spannung an 
der Last.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Wobei die Diode diesen Strom nur als wiederholten Spitzenstrom 
verkraften muss, nicht als Dauerstrom.

Autor: Vlad (Gast)
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Wovon hängt die Dauer ab, die der Strom noch nach Abschalten fließt?
Von der gespeicherten Energie?

Autor: Vlad (Gast)
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Wie berechne ich die Spitzenspannung beim Abschalten?

u = L * di/dt

L kenn ich
i ist nehme ich mal an der Betriebsstrom

Ich weiß, dass sind Basics, aber wie komme ich jetzt auf u? Was ist dt?

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Vlad wrote:
> Wovon hängt die Dauer ab, die der Strom noch nach Abschalten fließt?
> Von der gespeicherten Energie?
Ja. In dem Sinne spielt die Größe der Induktivität natürlich schon eine 
Rolle.
Allerdings ist es oft eh sinnvoll, die Diode etwas überzudimensionieren.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Vlad wrote:

> Wie berechne ich die Spitzenspannung beim Abschalten?

Vorher: Betriebsspannung der Induktivität.
Nachher: Durchlassspannung der Diode ;-).

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Vlad wrote:
> Wie berechne ich die Spitzenspannung beim Abschalten?
Wozu willst Du die haben? Die Diode muss die Betriebsspannung der Last 
sicher sperren können. Und die Betriebsspannung wirst Du ja hoffentlich 
kennen...

> u = L * di/dt

> L kenn ich
> i ist nehme ich mal an der Betriebsstrom
>
> Ich weiß, dass sind Basics, aber wie komme ich jetzt auf u? Was ist dt?
ist die Ableitung (das Differenzial) des Stromes nach der Zeit, was der 
Steigung des Stromes entspricht. Aber wie schon gesagt: Brauchst Du hier 
gar nicht. Nach dem Abschalten liegt lediglich die Flussspannung der 
Diode an.

Autor: Vlad (Gast)
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Ich möchte es nur verstehen, also nehmen wir an, es ist keine Diode 
vorhanden, wie hoch ist dann diese Spitzenspannung?

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Vlad wrote:
> Ich möchte es nur verstehen, also nehmen wir an, es ist keine Diode
> vorhanden, wie hoch ist dann diese Spitzenspannung?

Nun... hängt davon ab, wie schnell du den Strom abschaltest...
Ideale Spule, Idealer Schalter: di/dt wird unendlich, => die Spannung an 
der Spule ebenso...

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Ernst Bachmann wrote:
> Vlad wrote:
>> Ich möchte es nur verstehen, also nehmen wir an, es ist keine Diode
>> vorhanden, wie hoch ist dann diese Spitzenspannung?
>
> Nun... hängt davon ab, wie schnell du den Strom abschaltest...
> Ideale Spule, Idealer Schalter: di/dt wird unendlich, => die Spannung an
> der Spule ebenso...
...und wenn der Schalter nicht ganz ideal ist, dann steigt die 
Spannung bis zur Durchschlagspannung der Schaltkontakte und es gibt im 
Schalter einen Lichtbogen (vorausgesetzt, es schlägt vorher nichts 
Anderes durch).

Autor: gast (Gast)
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kann man das gante irgendwie überschlagen?

Nach dem Motto

u= L * i/0,0000000000000000000001s

?

Autor: Andreas K. (a-k)
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gast wrote:

> kann man das gante irgendwie überschlagen?

Nicht wirklich, weil du dabei über einige nötige Parameter stolperst, 
die nirgends sauber dokumentiert sind. Die du folglich erst einmal 
nachmessen müsstest. Und dann kannst du auch gleich die Spannung 
nachmessen.

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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> u = L * di/dt

da kommt noch ein Minus davor (zeigt die Polaritätsumkehr an):

u = - (L * di/dt  + I * dL/dt)

so hab ich das mal lernen müssen.

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Der zweite Term in der Klammer entfaltet seine Wirkung voll bei 
abfallenden Relais und Magneten, darf also keinesfalls unterschlagen 
werden!

Autor: Vlad (Gast)
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Und wie sieht das nun mit der Dauer ab? Wie lange dauert es bis kein 
Strom mehr fließt?

Wozu brauche ich die Formel
W = L*I^2/2

Autor: gast (Gast)
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gibt es echt keine fausregel?

Diode muss ca. 5-fache betriebsspannung aushalten?
Diode muss ca. 5-fachen betriebsstrom aushalten?

Autor: Andreas K. (a-k)
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gast wrote:

> gibt es echt keine fausregel?

Beitrag "Re: Freilaufdiode dimensionieren"

Autor: gast (Gast)
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"Vorher: Betriebsspannung der Induktivität"

sicher? Fällt die Spitzenspannung nicht größer aus?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Vor dem Abschalten???

Autor: Andreas K. (a-k)
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PS: In dem Thread mischen sich grad 2 verschiedene Fragen. Vlad will 
wissen, wie man eine Diode dimensionieren muss wenn man keine einbaut, 
und du willst wissen, wie man sie dimensionieren muss wenn man sie doch 
einbaut.

Autor: Vlad (Gast)
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Also mir ist klar, dass die Diode die Spannungsspitze begrenzt, deswegen 
sollte ich ja auch so eine Diode verwenden.

Mich interessiert jedoch vor allem wie hoch und wie lange diese 
Spannungsspitze ist. Das muss man doch irgendwie berechnen können, denn 
nur so kann ich eine Freilaufdiode dimensionieren. Nehmen wir an, ich 
schalte einen Motor, der im Normalbetrieb 20A zieht. Ich werde jedoch 
mit Sicherheit keine 20A Freilaufdiode verwenden wollen, denn dafür 
reicht der Platz einfach nicht - die Dinger sind ja echt fett.
Wenn ich jedoch weiß wie lange die Spannungsspitzen sind, also wie lange 
der Motor nach Abschalten als Generator wirkt (wenn keine Diode 
vorhanden wäre), dann kann ich auch Dioden nehmen, die zwar weniger 
statischen Strom aushalten, aber genügend Pulsstrom.
Und für eine Freilaufdiode ist doch nur der Pulsstrom von Bedeutung, 
oder denk ich da jetzt falsch?

Autor: Andreas K. (a-k)
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Vlad wrote:

> Also mir ist klar, dass die Diode die Spannungsspitze begrenzt,

Da liegt schon der Fehler. Sie begrenzt nicht die Spannungsspitze, 
sondern sie leitet den induzierten Strom ab, so dass erst garkeine 
Spannungsspitze entsteht. Eine Spule induziert Strom, nicht Spannung.

Autor: Udo (Gast)
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hier ist das alles sehr schön erklärt: 
http://de.wikipedia.org/wiki/Schutzdiode

Autor: gast (Gast)
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Danke Udo. Auf wiki hätte ich auch selber kommen müssen

Autor: Vlad (Gast)
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Ich werd einfach nicht schlau daraus...

Jetzt weiß ich immer noch nicht wie ich die Freilaufdiode dimensioniere, 
wenn ich keine Diode nehmen mag, deren Dauerstrom dem Betriebsstrom 
entspricht. Immerhin "fließt" der Strom ja nicht ewig weiter.

Autor: Udo (Gast)
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menno, soo schwierig ist es doch nicht...

Die Sperrspannung muß mindestens deiner Betriebsspannung entsprechen, 
besser etwas größer...
Zum Strom...
Die Dauer hängt natürlich von der Induktivität ab, aber nehmen wir mal 
eine P600 Siliziumdiode:
Deren "Maximum Average Forward Rectified Current" beträgt nur 6A, aber 
der "Maximum Overload Surge Current" beträgt 400A.. zwar nur für eine 
Periode von 60Hz, aber immerhin lt. Datenblatt noch 20A bei 100 Perioden 
von 60 Hz.
Ergibt eine Zeit von 1,6 Sekunden. Bis dahin ist die größte Induktivität 
leer.

Gruß
Udo

Autor: Vlad (Gast)
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Okay, jetzt werd ich schon langsam erleuchtet :-)

Die Zeitkonstante t=L/R gibt mir an, wie lange es dauert bis die 
gespeicherte Energie abgebaut wurde.
Der Verlauf des Stromes durch die Induktivität bzw. die Freilaufdiode 
ist exponentiell. Wie verknüpf ich das nun mit der Angabe aus dem 
Datenblatt, denn bei der Angabe des Pulsstrom handelt es sich um einen 
Sinusverlauf und nicht um meinen tatsächlichen Verlauf. Wie weiß ich ob 
die Diode standhält wenn der Puls länger ist als 8.3ms aber dafür 
weniger Strom oder der Puls kürzer ist und der Strom dafür größer? Wie 
weiß ich welche Pulsdauer bei gegebenem Strom maximal erlaubt ist?

Autor: Vlad (Gast)
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Schaltung...

Autor: Vlad (Gast)
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Simulationsergebnis...


Wenn ich die Induktivität und den Strom erhöhe, wird mein t=L/R auch 
größer. Der Stromverlauf entspricht nicht einem Sinus, im Datenblatt 
selbst wird der Pulsstrom jedoch für Sinus angegeben, mich interessiert 
aber ob es für meine Schaltung auch funktionieren würde. Kann man das 
irgendwie über Integrale lösen?

Autor: Udo (Gast)
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Die Angabe im Datenblatt bezieht sich auf eine Periode von 60 Hz = 
16,7ms.
D.h. für mich, 16,7ms lang dürfen 400A fließen....egal ob Gleich- oder 
Wechselstrom. Je länger der Strom fließen soll, umso kleiner muß er 
werden.Im Datenblatt hört die Angabe bei 100Perioden von 60 Hz = 1,66..s 
auf, d.h. wenn der Strom 1,66..s fließt darf er nur noch 20A betragen. 
Und bei ständig fließenden Strom darf er noch <6A betragen.

Gruß
Udo

Autor: gast (Gast)
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Danke Udo. Das wollte ich wissen.

Autor: Vlad (Gast)
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Naja aber genau da ist mein Problem. Wie "klein" muss der Strom werden 
um die Diode nicht zu zerstören?

400A hält die Diode bei einer sinusförmigen Halbwelle aus, wie groß darf 
jedoch der Strom werden, wenn die Diode mit einem Rechteck erregt wird?
Wenn ich den im Datenblatt definierten Sinus integriere, dann erhalte 
ich die Fläche unter dieser Kurve. Will ich meine Diode für einen 
Rechteckpuls dimensionieren kann ich über die berechnete Fläche die 
maximal erlaubte Pulsdauer des Rechtecks berechnen.
Oder ist hier nicht die Fläche relevant sondern der Mittelwert?
Wenn ich mich nicht täusche wird die Diode aufgrund der entstehenden 
Wärme zersört. Sieht der Wärmeverlauf bei Sinus und Rechteck mit der 
gleichen Fläche anders aus?

Klar, in der Praxis wählt man eine Diode mit viel Spielraum aus, aber 
ich möcht das einfach rechnerisch lösen können.

Autor: Udo (Gast)
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> 400A hält die Diode bei einer sinusförmigen Halbwelle aus, wie groß darf
> jedoch der Strom werden, wenn die Diode mit einem Rechteck erregt wird?
> Wenn ich den im Datenblatt definierten Sinus integriere,..snip...

So wie ich das Datenblatt lese, redet es nicht von einem sinusförmigen 
Strom, sondern gibt den zulässigen Strom nur über die Periodendauer an.

> Will ich meine Diode für einen
> Rechteckpuls dimensionieren kann ich über die berechnete Fläche die
> maximal erlaubte Pulsdauer des Rechtecks berechnen.

nein. Über die maximal erlaubte Pulsdauer bei gegebenen Strom kannst du 
die Fläche berechnen.

> Wenn ich mich nicht täusche wird die Diode aufgrund der entstehenden
> Wärme zersört.

richtig.

Gruß
Udo

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