Arduino의 다양한 부하 (릴레이, 솔레노이드, 모터)를 제어하는 프로젝트를 진행 중이며 마이크로 컨트롤러 및 기타 구성 요소를 충분히 보호하도록하고 싶습니다. 트랜지스터를 사용하고 디커플링 커패시터, 플라이 백 다이오드 및 제너 다이오드를 추가하는 다양한 솔루션을 보았습니다. 이 옵션 중 하나를 선택하거나 조합하여 선택하는 방법이 궁금합니다.
답변:
이 옵션 중 하나를 선택하거나 조합하여 선택하는 방법이 궁금합니다.
인덕터의 작동 방식을 이해하면 쉽습니다.
대부분의 사람들이 겪는 문제는 "유도 전압 스파이크"또는 "back-EMF"와 같은 단어를 듣고 합리적으로 결론을 내린다는 것입니다.
따라서 인덕터가 스위칭되면 1000V 배터리와 같은 순간입니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도
실제로이 특정한 상황에서, 이것은 어느 정도 일어나는 일입니다. 그러나 문제는 중요한 단계가 빠져 있다는 것입니다. 인덕터는 우리를 자극하기 위해 실제로 고전압을 생성하지 않습니다. 인덕턴스의 정의를 살펴보십시오.
어디:
이 대신에를 제외하고, 인덕터에 대한 옴의 법칙처럼 저항 우리가 인덕턴스를 하고, 대신에 현재 우리가 가진 현재의 변화의 속도를 .
이것이 영어로 의미하는 것은 인덕터를 통한 전류의 변화율이 전압을 가로 지르는 전압에 비례한다는 것입니다. 인덕터에 전압이없는 경우 전류는 일정하게 유지됩니다. 전압이 양수이면 전류가 양수보다 높아집니다. 전압이 음수이면 전류가 감소하는 것보다 (또는 음수가됩니다-전류가 어느 방향 으로든 흐를 수 있습니다!)
결과적으로 인덕터의 전류는 무한히 높은 전압이 필요하기 때문에 즉시 멈출 수 없습니다. 고전압을 원하지 않으면 전류를 천천히 변경해야합니다.
결과적으로 순간적으로 인덕터를 전류 소스 로 생각하는 것이 좋습니다 . 스위치가 열리면 인덕터에 흐르는 모든 전류가 계속 흐르기를 원합니다. 전압은 그것이 일어나기 위해 필요한 모든 것이 될 것입니다.
이제 1000V 전압 소스 대신 20mA 전류 소스가 있습니다. 나는 20mA를 합리적인 값으로 임의로 선택했습니다. 실제로 이것은 스위치가 열릴 때의 전류입니다. 릴레이의 경우 릴레이 코일의 저항으로 정의됩니다.
이제이 경우 20mA 이상이 흐르려면 어떻게해야합니까? 스위치로 회로를 열었으므로 폐쇄 회로가 없으므로 전류가 흐를 수 없습니다. 그러나 실제로는 가능합니다. 전압은 스위치 접점을 가로 지르도록 충분히 높아야합니다. 스위치를 트랜지스터로 교체하면 트랜지스터를 차단하기에 충분히 높은 전압이 필요합니다. 그래서 그것은 일어나고, 당신은 나쁜 시간을 보내고 있습니다.
이제 예제를 살펴보십시오.
이것은 LC 회로 입니다. 이상적인 시스템에서 에너지는 커패시터와 인덕터 사이에서 영원히 진동합니다. 그러나 릴레이 코일의 저항은 매우 길고 (매우 길고 얇은 와이어이므로) 다른 구성 요소로 인한 시스템 손실도 적습니다. 따라서 에너지는 결국이 시스템에서 제거되어 열 또는 전자기 방사로 손실됩니다. 이를 고려한 단순화 된 모델은 RLC 회로 입니다.
사례 B는 훨씬 간단합니다. 실리콘 다이오드의 순방향 전압은 전류에 관계없이 0.65V 정도입니다. 따라서 인덕터 전류가 감소하고 인덕터에 저장된 에너지가 릴레이 코일과 다이오드에서 열 손실됩니다.
사례 C도 비슷하다. 스위치가 열릴 때 백 -EMF는 제너를 역 바이어스하기에 충분해야한다. 공급 전압보다 높은 역 전압을 갖는 제너를 선택해야합니다. 그렇지 않으면 스위치가 열려 있어도 공급 장치가 코일을 구동 할 수 있습니다. 또한 제너 역 전압보다 큰 이미 터와 콜렉터 사이의 최대 전압을 견딜 수있는 트랜지스터를 선택해야합니다. 케이스 B에 비해 제너의 장점은 인덕터 양단의 전압이 높기 때문에 인덕터 전류가 더 빨리 감소한다는 것입니다.
유도 부하에 저장된 에너지를 최대한 빨리 줄이려면 또 다른 변형이 사용됩니다. 이것은 빠른 오프 타임이 필요한 릴레이 회로에서 사용되는 것을 보았습니다. 다이오드의 문제점은 릴레이 코일에 보유 된 에너지가 소산되는 데 시간이 걸리고 (전류가 재순환되고 느리게 감소하기 때문에) 저항이 코일과 병렬로 배치되면 백 -EMF는 더 커지지 만 에너지를 소비한다는 것입니다. 좀 더 빠르게.
예를 들어, 50mA 코일 전류는 다이오드에서 0.7V의 피크 백 EMF를 생성하지만 1k 저항에서 50V입니다. 트랜지스터의 정격 전압이 100V 인 경우에는 문제가되지 않습니다.
이 아이디어의 수정은 저항과 직렬로 다이오드를 사용하는 것입니다. 이제 저항은 전류에서 정상적으로 작동하지 않습니다. 역 전압 상황 만 처리합니다.
저항이 클수록 에너지가 더 빨리 소산되고 릴레이 (또는 솔레노이드 등)가 기계적으로 빨리 꺼집니다.
커패시터 버전도 고려해야합니다. 코일에 저장된 에너지는 트랜지스터가 열릴 때 방출되고 이것은 저장된 에너지와 관련된 피크 전압을 형성하는 커패시터로 스윕됩니다. 인덕터에 저장된 에너지는 다음과 같습니다.-
이 두 방정식을 동일시하면 트랜지스터가 회로를 열 때 피크 백-엠프가 무엇인지 계산할 수 있습니다. 그러면 코일과 커패시터 사이에서 전류가 0으로 오름차순으로 흐른다는 것을 알 수 있습니다. 시간이 오래 걸릴 수 있지만 (마이크로 초 단위), 1 차 진동주기 후 역전되는 릴레이 코일 전류는 릴레이를 빠르게 끕니다. 일반적으로 릴레이의 코일 저항은 발진의 절반주기가 릴레이 코일을 재 활성화하기에 충분한 전류를 갖지 않도록 충분히 높습니다.
따라서 커패시터 아이디어는 때때로 (드물게) 사용됩니다. 때로는 저항과 직렬로 사용되어 속도를 높여줍니다.
제너 아이디어는 0.7 볼트에서 순방향으로 전도되는 다이오드와 달리 제너는 (하지만) 12 볼트에서 전도하므로 다이오드 단독보다 훨씬 빠르게 저장된 에너지의 소산을 가속화하기 때문에 유용하다. 또한 제너가 있으면 최대 전압 포인트가 저항 및 커패시터보다 더 쉽게 정의되므로 사용할 수 있습니다.
일반적인 방법은 위의 사례 B를 사용하는 것입니다. 이것을 백 -EMF 다이오드 또는 플라이 백 다이오드라고 합니다. A의 커패시터가 작동하지 않을 것입니다. 경우 C는 때때로 H- 브릿지와 부하가 양뿐만 아니라 양으로 구동되는 경우에 볼 수 있으며,이 경우 간단한 병렬 다이오드를 사용할 수 없습니다.