So funktioniert der Diodenschutz
Die Palette der Dioden ist nicht auf Gleichrichter beschränkt. Tatsächlich ist dieser Bereich sehr breit gefächert. Dioden werden unter anderem zu Schutzzwecken eingesetzt. Zum Beispiel zum Schutz elektronischer Geräte bei fehlerhaftem Einschalten mit falscher Polarität, zum Schutz der Eingänge verschiedener Stromkreise vor Überlastung, zur Vermeidung von Schäden an Halbleiterschaltern durch selbstinduzierte EMF-Impulse, die beim Abschalten induktiver Lasten entstehen usw. N.
Um die Eingänge digitaler und analoger Mikroschaltungen vor Überspannung zu schützen, werden Schaltungen aus zwei Dioden verwendet, die in entgegengesetzter Richtung mit den Stromschienen der Mikroschaltung verbunden sind, und der Mittelpunkt der Diodenschaltung wird mit dem geschützten Eingang verbunden.
Wenn am Eingang der Schaltung eine normale Spannung angelegt wird, befinden sich die Dioden im geschlossenen Zustand und haben nahezu keinen Einfluss auf den Betrieb der Mikroschaltung und der Schaltung insgesamt.
Sobald jedoch das Potenzial des geschützten Eingangs die Versorgungsspannung überschreitet, geht eine der Dioden in den leitenden Zustand über und manipuliert diesen Eingang, wodurch das zulässige Eingangspotenzial auf den Wert der Versorgungsspannung zuzüglich des Durchlassspannungsabfalls über dem geschützten Eingang begrenzt wird Diode.
Solche Schaltkreise werden manchmal sofort in der Entwurfsphase ihres Kristalls in eine integrierte Mikroschaltung integriert oder später in der Entwicklungsphase eines Knotens, Blocks oder des gesamten Geräts in einen Schaltkreis eingefügt. Schutzbaugruppen mit zwei Dioden werden auch in Form von vorgefertigten mikroelektronischen Bauteilen in Transistorkästen mit drei Anschlüssen hergestellt.
Wenn der Schutzspannungsbereich erweitert werden muss, werden die Dioden nicht an die Busse mit Versorgungspotenzialen angeschlossen, sondern an Punkte mit anderen Potenzialen, die den erforderlichen zulässigen Bereich bereitstellen.
Bei langen Kabelstrecken kommt es teilweise zu starken Störungen, beispielsweise durch Blitzeinschläge. Um sich davor zu schützen, sind möglicherweise komplexere Schaltkreise erforderlich, die nicht nur zwei Dioden, sondern auch Widerstände, Begrenzer, Kondensatoren und Varistoren enthalten.
Beim Ausschalten einer induktiven Last, beispielsweise einer Relaisspule, Drossel, Elektromagnet, Elektromotor oder Magnetstarter, entsteht nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ein EMF-Impuls der Selbstinduktion.
Wie Sie wissen, verhindert die EMK der Selbstinduktion, dass der Strom durch eine Induktivität abnimmt, und versucht, den Strom durch sie irgendwie unverändert zu halten. Aber in dem Moment, in dem die Stromquelle der Spule ausgeschaltet wird, muss das Magnetfeld der Induktivität seine Energie irgendwo abgeben, deren Wert ist
Sobald also die Induktivität ausgeschaltet wird, wird sie selbst zu einer Spannungs- und Stromquelle, und in diesem Moment entsteht am geschlossenen Schalter eine Spannung, deren Wert für den Schalter gefährlich sein kann. Bei Halbleiterschaltern ist dies mit einer Beschädigung des Schalters selbst verbunden, da die Energie schnell und bei sehr hoher Schaltleistung verloren geht. Bei mechanischen Schaltern kann es zu Funkenbildung und Abbrennen der Kontakte kommen.
Aufgrund seiner Einfachheit ist der Diodenschutz weit verbreitet und ermöglicht den Schutz verschiedener Schalter, die mit einer induktiven Last interagieren.
Um den Schalter bei einer induktiven Last zu schützen, ist die Diode in einer solchen Richtung parallel zur Spule geschaltet, dass die Diode gesperrt wird, wenn der Betriebsstrom zunächst durch die Spule fließt. Sobald jedoch der Strom in der Spule abgeschaltet wird, entsteht eine EMK der Selbstinduktion, die die entgegengesetzte Polarität zu der zuvor an die Induktivität angelegten Spannung hat.
Diese Selbstinduktivitäts-EMK entsperrt die Diode, und nun fließt der Strom, der zuvor durch die Induktivität geleitet wurde, durch die Diode, und die Magnetfeldenergie wird an der Diode oder am Löschkreis, in den sie angeschlossen ist, abgeleitet. Auf diese Weise wird der Kippschalter nicht durch zu hohe Spannung an seinen Elektroden beschädigt.
Wenn die Schutzschaltung nur eine Diode enthält, entspricht die Spannung an der Spule dem Durchlassspannungsabfall an der Diode, d. h. sie liegt je nach Stromstärke im Bereich von 0,7 bis 1,2 Volt.
Da die Spannung in der Diode in diesem Fall jedoch gering ist, fällt der Strom langsam ab. Um das Abschalten der Last zu beschleunigen, kann es erforderlich sein, eine komplexere Schutzschaltung zu verwenden, die nicht nur eine Diode umfasst. aber auch eine Zenerdiode in Reihenschaltung oder eine Diode mit Widerstand oder Varistor – eine vollständige Löschschaltung.