Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике   Большой образовательный сайт для электриков. Мир электричества.
Электротехника, электроника и автоматика в простом и доступном изложении.

Искать в Школе для электрика:
 
 

 

Основы электроники

 

Как работает диодная защита



Область применения диодов не ограничивается только выпрямителями. На самом деле эта область очень широка. В числе прочего диоды используются и для защитных целей. Например для защиты электронных устройств при их ошибочном включении неправильной полярностью, для предохранения входов различных схем от перегрузки, для предотвращения пробоев полупроводниковых ключей от импульсов ЭДС самоиндукции, возникающих в моменты отсоединения индуктивных нагрузок и т. д.

Диоды

С целью защиты входов цифровых и аналоговых микросхем от перегрузок по напряжению, применяют цепочки из двух диодов, которые подключают в обратном направлении к шинам питания микросхемы, а средняя точка диодной цепочки соединяется с защищаемым входом.

Диодная защита

Если на вход схемы подается нормальное напряжение, то диоды пребывают в закрытом состоянии, и почти никак не влияют на работу микросхемы и схемы в целом.

Но как только потенциал защищаемого входа выйдет за пределы напряжения питания, один из диодов перейдет в проводящее состояние и станет шунтировать данный вход, ограничивая таким путем разрешенный потенциал входа значением питающего напряжения плюс прямое падение напряжения на диоде.

Цепочки подобного рода иногда бывают сразу включены в интегральную микросхему еще на стадии проектирования ее кристалла, либо ставятся в схему позже, на этапе разработки узла, блока или всего устройства. Защитные двухдиодные сборки выпускаются и в виде готовых микроэлектронных компонентов в трехвыводных транзисторных корпусах.

Если диапазон защитного напряжения необходимо расширить, то вместо подключения к шинам с потенциалами питания, диоды подключают к точкам с другими потенциалами, которые обеспечат требуемый разрешенный диапазон.

На длинных проводных линиях возникают порой мощные помехи, например от грозовых разрядов. Для защиты от них могут потребоваться более сложные схемы, содержащие не только два диода, но и резисторы, разрядники, конденсаторы и варисторы.

ЭДС самоиндукции

При отключении индуктивной нагрузки, например обмотки реле, дросселя, электромагнита, электродвигателя или магнитного пускателя, по закону электромагнитной индукции - возникает импульс ЭДС самоиндукции.

Как известно, именно ЭДС самоиндукции оказывает препятствие уменьшению тока через любую индуктивность, стремясь как-бы поддержать ток через нее неизменным. Но в момент когда источник тока от катушки отключается, магнитное поле индуктивности должно куда-то рассеять свою энергию, величина которой равна

Энергия катушки индуктивности

Так вот, как только индуктивность отключается, она сама превращается в источник напряжения и тока, а на закрытом ключе в этот момент возникает напряжение, значение которого может быть опасным для ключа. Для полупроводниковых ключей это чревато пробоем самого ключа, ибо энергия будет быстро и с очень высокой мощностью рассеиваться на ключе. Для механических же выключателей последствиями могут быть искрение и обгорание контактов.

В силу своей простоты, диодная защита очень широко распространена, и позволяет защищать различные ключи, взаимодействующие с индуктивной нагрузкой.

Для защиты ключа с индуктивной нагрузкой, диод включается параллельно катушке в таком направлении, чтобы когда по катушке изначально течет рабочий ток, диод был бы заперт. Но как только ток в катушке отключается, возникает ЭДС самоиндукции, которая имеет полярность противоположную ранее приложенному к индуктивности напряжению.

Данная ЭДС самоиндукции отпирает диод, и теперь ток, который в предыдущий момент был направлен через индуктивность, движется уже через диод, а энергия магнитного поля рассеивается на диоде либо на снабберной цепи, в которую он включен. Таким образом коммутирующий ключ не будет поврежден чрезмерным напряжением, приложенным к его электродам.

Защитная схема с использованием диодов

Когда защитная схема включает в себя лишь один диод, напряжение на катушке окажется равно величине прямого падения напряжения на диоде, то есть в районе от 0,7 до 1,2 вольт, в зависимости от величины тока.

Но поскольку напряжение на диоде в этом случае мало, ток станет спадать медленно, а для того чтобы ускорить выключение нагрузки, может понадобиться применение более сложной защитной схемы, включающей не только диод, но и последовательно диоду — стабилитрон, либо диод с резистором или варистором – полноценную снабберную цепочку.