फ्लाईबैक डायोड

File:Flyback Diode.svg

इंडक्शन Lऔर फ्लाईबैक डायोड D के साथ एक साधारण सर्किट का आरेख है। प्रतिरोधक R इंडक्टर के वाइंडिंग के प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है

फ्लाईबैक डायोड फ्लाईबैक को समाप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले एक प्रेरक से जुड़ा कोई भी डायोड होता है, जो अचानक वोल्टेज स्पाइक है जो एक प्रेरकत्व विद्युत भार में देखा जाता है जब इसकी आपूर्ति करंट अचानक कम या बाधित हो जाता है। इसका उपयोग परिपथ में किया जाता है जिसमें प्रेरकत्व भार बदलना द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और स्विचिंग बिजली की आपूर्ति और पावर इन्वर्टर में है।

यह डायोड कई अन्य नामों से जाना जाता है, जैसे कि स्नबर डायोड, कम्यूटिंग डायोड, फ्रीव्हीलिंग डायोड, दमन डायोड, क्लैंप डायोड, या कैच डायोड है।

ऑपरेशन

सर्किट एक फ्लाईबैक डायोड के उपयोग को दर्शाते हैं

चित्र 1: एक बैटरी से जुड़ा एक प्रेरक दिखाता है - एक निरंतर वोल्टेज स्रोत होता है। अवरोधक प्रेरक के तार वाइंडिंग के छोटे अवशिष्ट प्रतिरोध का प्रतिनिधित्व करता है। जब स्विच बंद हो जाता है, तो बैटरी से वोल्टेज को प्रेरक पर लागू किया जाता है, जिससे बैटरी के पॉजिटिव टर्मिनल से चालू होता है, जो प्रेरक और रोकनेवाला के माध्यम से नीचे प्रवाहित होता है। वर्तमान में वृद्धि फैराडे के प्रेरण के सिद्धांत के कारण प्रेरक के पार वापस ईएमएफ (वोल्टेज) का कारण बनती है जो वर्तमान में परिवर्तन का विरोध करता है। चूंकि प्रेरक के पार वोल्टेज 24 वोल्ट की बैटरी के वोल्टेज तक सीमित है, इसलिए वर्तमान की वृद्धि की दर एक प्रारंभिक मूल्य तक सीमित है ${dI \over dt}={V_{B} \over L},$ तो प्रेरक के माध्यम से वर्तमान धीरे -धीरे बढ़ता है क्योंकि बैटरी से ऊर्जा को प्रेरक के चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत किया जाता है। जैसा कि वर्तमान बढ़ता है अधिक वोल्टेज रोकनेवाला के पार गिरा दिया जाता है और प्रारंभकर्ता के पार कम हो जाता है, जब तक कि वर्तमान के एक स्थिर मूल्य तक नहीं पहुंच जाता है $I=V_{B}/R$ प्रतिरोध में सभी बैटरी वोल्टेज के साथ और प्रेरकत्व के पार कोई भी नहीं है।

हालाँकि, चित्र 2 में दिख रहा है की जब स्विच खोला जाता है, तो करंट तेजी से गिरता हैI प्रेरक बैटरी की विपरीत दिशा में ध्रुवीयता के एक बहुत बड़े प्रेरित वोल्टेज को विकसित करके वर्तमान में गिरावट का विरोध करता है, प्रेरक के निचले सिरे पर धनात्मक और ऊपरी सिरे पर ऋणात्मक होता है। यह वोल्टेज पल्स, जिसे कभी - कभी प्रेरकत्व (इंडक्टिव) किक कहा जाता है, जो बैटरी वोल्टेज की तुलना में बहुत बड़ा हो सकता है, स्विच संपर्कों में दिखाई देता है। यह इलेक्ट्रॉनों को संपर्कों के बीच हवा के अंतर को कूदने का कारण बनता है, जिससे स्विच खोले जाने के साथ संपर्कों में एक क्षणिक इलेक्ट्रिक चाप विकसित होता है। चाप तब तक जारी रहती है जब तक कि प्रेरक के चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा चाप में गर्मी के रूप में विघटित हो जाती है।आर्क स्विच संपर्कों को नुकसान पहुंचा सकता है, जिससे पिटिंग और जलन हो सकती है, अंततः उन्हें नष्ट कर सकती है। यदि ट्रांजिस्टर का उपयोग करंट को स्विच करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए पावर सप्लाई को स्विच करने में, उच्च रिवर्स वोल्टेज ट्रांजिस्टर को नष्ट कर सकता है।

टर्नऑफ पर आगमनात्मक वोल्टेज पल्स को रोकने के लिए, एक डायोड को प्रारंभकर्ता से जुड़ा हुआ है जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है।3।स्विच बंद होने के दौरान डायोड वर्तमान का संचालन नहीं करता है क्योंकि यह विपरीत पूर्वाग्रह है। बैटरी वोल्टेज द्वारा रिवर्स-बायस्ड, इसलिए यह सर्किट के सामान्य संचालन में हस्तक्षेप नहीं करता है। हालांकि, जब स्विच खोला जाता है, तो विपरीत ध्रुवीयता के अग्रभाग के पार प्रेरित वोल्टेज डायोड को पूर्वाग्रह करता है, और यह वर्तमान का संचालन करता है, प्रेरक के पार वोल्टेज को सीमित करता है और इस प्रकार आर्क को स्विच पर बनाने से रोकता है। प्रेरक और डायोड पल -पल एक लूप या सर्किट बनाते हैं जो प्रेरक में संग्रहीत ऊर्जा द्वारा संचालित होता है। यह सर्किट बैटरी से करंट को बदलने के लिए प्रेरक को एक वर्तमान पथ की आपूर्ति करता है, इसलिए प्रेरक वर्तमान अचानक नहीं गिरता है, और यह एक उच्च वोल्टेज विकसित नहीं करता है। प्रेरक के पार वोल्टेज डायोड के आगे वोल्टेज तक सीमित है, लगभग 0.7 - 1.5V। डायोड के माध्यम से यह फ्रीव्हीलिंग या फ्लाईबैक करंट और प्रेरक धीरे -धीरे शून्य हो जाता है क्योंकि प्रेरक में चुंबकीय ऊर्जा को वाइंडिंग की श्रृंखला प्रतिरोध में गर्मी के रूप में विघटित किया जाता है। यह एक छोटे से प्रेरक में कुछ मिलीसेकंड ले सकता है।

File:BackEMFWaveform.png

File:FlybackWaveform.gif

(बाएं) ऑसिलोस्कोप ट्रेस 24 वीडीसी(VDC) बिजली आपूर्ति से जुड़े सोलनॉइड में आगमनात्मक वोल्टेज स्पाइक दिखा रहा है। फ्लाईबैक डायोड (1N4007) के साथ (दाएं) उसी स्विचिंग ट्रांसिएंट सोलनॉइड से जुड़ा है। अलग-अलग स्केलिंग पर ध्यान दें (बाईं ओर 50 V/डिवीजन, दाईं ओर 1 V/डिवीजन)।

ये चित्र वोल्टेज स्पाइक और इसके उन्मूलन को एक फ्लाईबैक डायोड (1N4007) के उपयोग के माध्यम से दिखाते हैं। इस मामले में प्रेरक 24V डीसी बिजली की आपूर्ति से जुड़ा एक सोलनॉइड है। प्रत्येक तरंग को एक डिजिटल आस्टसीलस्कप का उपयोग करके लिया गया था जब ट्रिगर करने के लिए सेट करने के लिए सेट किया गया था, जब वोल्टेज इनकार के पार शून्य से नीचे डूबा हुआ था। अलग -अलग स्केलिंग पर ध्यान दें: लेफ्ट इमेज 50V/डिवीजन, राइट इमेज 1V/डिवीजन। चित्र 1 में वोल्टेज के रूप में स्विच उछाल/स्पाइक्स के आसपास मापा जाता है -300 वी। चित्र 2 में, सोलनॉइड के साथ एंटीपैरल (इलेक्ट्रॉनिक्स) में एक फ्लाईबैक डायोड जोड़ा गया था।-300 V तक स्पाइकिंग के बजाय, फ्लाईबैक डायोड केवल लगभग -1.4 V की क्षमता को बनाने की अनुमति देता है (-1.4 V 1N4007 डायोड (1.1 V) के आगे के पूर्वाग्रह का एक संयोजन है और डायोड को अलग करने वाला पैर हैऔर सोलनॉइड)। चित्र 1 में तरंग 2 में तरंग भी चित्र 1 में तरंग की तुलना में स्मूथ है, संभवतया चित्र 1 के लिए स्विच पर वृद्धि के कारण डायोड रिले ड्रॉपआउट को धीमा कर देगा।

डिजाइन

जब एक डीसी कॉइल रिले करना के साथ उपयोग किया जाता है, तो एक फ्लाईबैक डायोड रिले कॉइल और डायोड में करंट के निरंतर संचलन के कारण पावर को हटाए जाने पर संपर्कों में देरी से गिराने में देरी कर सकता है।जब संपर्कों का तेजी से उद्घाटन महत्वपूर्ण होता है, तो स्विच पर उच्च वोल्टेज की कीमत पर, कॉइल ऊर्जा को तेजी से फैलाने में मदद करने के लिए एक अवरोधक या रिवर्स-बायस्ड ज़ेनर डायोड को डायोड के साथ श्रृंखला में रखा जा सकता है।

पावर कन्वर्टर्स को स्विच करने के लिए फ्लाईबैक डायोड अनुप्रयोगों में Schottky डायोड को पसंद किया जाता है, क्योंकि उनके पास सबसे कम फॉरवर्ड ड्रॉप (~ 0.2 V के बजाय> 0.7 V के बजाय कम धाराओं के लिए) है और जल्दी से रिवर्स बायस का जवाब देने में सक्षम हैं (जब इंडक्टर फिर से हो रहा हैऊर्जावान)।इसलिए वे एक संधारित्र से ऊर्जा हस्तांतरित करते समय कम ऊर्जा को भंग कर देते हैं।

एक संपर्क के उद्घाटन पर प्रेरण

फैराडे के प्रेरण के नियम के अनुसार, यदि एक इंडक्शन के माध्यम से करंट बदल जाता है, तो यह इंडक्शन एक वोल्टेज को प्रेरित करता है, इसलिए वर्तमान तब तक बहता रहेगा जब तक कि चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा न हो। यदि वर्तमान केवल हवा के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है, तो वोल्टेज इसलिए इतना अधिक है कि हवा का संचालन होता है। यही कारण है कि यंत्रवत्-स्विच किए गए सर्किटों में, निकट-तात्कालिक अपव्यय जो एक फ्लाईबैक डायोड के बिना होता है, अक्सर शुरुआती यांत्रिक संपर्कों में चाप के रूप में मनाया जाता है। इस चाप में ऊर्जा को मुख्य रूप से तीव्र गर्मी के रूप में विघटित किया जाता है जो संपर्कों के अवांछनीय समय से पहले कटाव का कारण बनता है। ऊर्जा को नष्ट करने का एक और तरीका विद्युत चुम्बकीय विकिरण के माध्यम से है।

इसी तरह, गैर-मैकेनिकल सॉलिड स्टेट स्विचिंग (यानी, एक ट्रांजिस्टर) के लिए, एक अप्रकाशित ठोस राज्य स्विच में बड़े वोल्टेज की बूंदें घटक को प्रश्न में नष्ट कर सकती हैं (या तो तुरंत या त्वरित पहनने और आंसू के माध्यम से)।

कुछ ऊर्जा भी सिस्टम से एक पूरे के रूप में और चाप से विद्युत चुम्बकीय विकिरण के एक व्यापक स्पेक्ट्रम के रूप में, रेडियो तरंगों और प्रकाश के रूप में खो जाती है। ये रेडियो तरंगें आस -पास के रेडियो रिसीवर पर अवांछनीय क्लिक और पॉप का कारण बन सकती हैं।

प्रेरक से जुड़े तारों से इस विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के एंटीना-जैसे विकिरण को कम करने के लिए, फ्लाईबैक डायोड को शारीरिक रूप से प्रेरक के रूप में जुड़ा होना चाहिए। यह दृष्टिकोण सर्किट के उन हिस्सों को भी कम करता है जो एक अवांछित उच्च-वोल्टेज;- एक अच्छा इंजीनियरिंग अभ्यास के अधीन हैं।

व्युत्पत्ति

प्रेरक में वोल्टेज, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण और इंडक्शन की परिभाषा के सिद्धांत द्वारा है:

$V_{L}=-{d\Phi _{B} \over dt}=-L{dI \over dt}$

यदि कोई फ्लाईबैक डायोड नहीं है, लेकिन केवल एक महान प्रतिरोध के साथ कुछ है (जैसे कि दो धातु संपर्कों के बीच हवा), कहते हैं, कहते हैं, R₂, हम इसे अनुमानित करेंगे:

$V_{R_{2}}=R_{2}\cdot I$

यदि हम स्विच खोलते हैं और अनदेखा करते हैं V_CC तथा R₁, हम पाते हैं:

$V_{L}=V_{R_{2}}$

या

$-L{dI \over dt}=R_{2}\cdot I$

जो समाधान के साथ एकअंतर समीकरण है:

$I(t)=I_{0}\cdot e^{-{R_{2} \over L}t}$

हम मानते हैं कि यदि प्रतिरोध अधिक है, जैसे कि हवा के साथ वर्तमान में वर्तमान में कमी आएगी।

अब अगर हम जगह में डायोड के साथ स्विच खोलते हैं, तो हमें केवल विचार करने की आवश्यकता है L₁, R₁ तथा D₁। के लिये I > 0, हम यह मान सकते हैं:

$V_{D}=\mathrm {constant}$

इसलिए:

$V_{L}=V_{R_{1}}+V_{D}$

जो है:

$-L{dI \over dt}=R_{1}\cdot I+V_{D}$

किसका (पहला आदेश अंतर समीकरण) समाधान है:

$I(t)=(I_{0}+{1 \over R_{1}}V_{D})\cdot e^{-{R_{1} \over L}t}-{1 \over R_{1}}V_{D}$

हम उस समय की गणना कर सकते हैं जिसे यह निर्धारित करके स्विच करने की आवश्यकता है t यह है I(t) = 0।

$t={-L \over R_{1}}\cdot ln{\left({V_{D} \over {V_{D}+I_{0}{R_{1}}}}\right)}$

यदि V_CC = I₀R₁, फिर

$t=\frac{-<!--\; -\; -->L}{R_1}\cdot <!--\; \cdot \; -->$