Une diode Zener qui protège un interrupteur contre l'inductance lorsque l'interrupteur s'ouvre, peut-elle affecter la vitesse d'activation de la vanne lorsque vous la fermez à nouveau?

Comme vous le savez probablement, dans les applications où la vitesse de coupure des électrovannes est cruciale, la simple diode flyback n'est pas efficace. Certaines personnes mettent une résistance en série avec la diode flyback pour atténuer le problème, mais pour des applications vraiment rapides, la diode Zener est suggérée.

Vous pouvez le voir sur l'image (troisième à gauche).

Je pense (mais je ne suis pas sûr et corrigez-moi si je me trompe) que le courant ne traverse la boucle que lorsque la tension est supérieure à la tension Zener V_z.

Ce que je ne comprends pas, c'est:

1. Qu'advient-il de la tension dans la bobine qui est inférieure à la V_z? Est-ce que ça va rester là? Je veux dire à un moment donné, la tension chute sous V_z et la jambe qui contient la diode est sortie! Mais comment la tension restante va-t-elle affecter tout dans le circuit? et le prochain tour sur commande?

2. La question la plus importante: cela affectera-t-il la prochaine commande de mise sous tension de manière négative? Pour mon application, je dois l'allumer et l'éteindre 10 fois par seconde (environ 5 cycles d'activation / désactivation)

3. Et quel est le compromis entre le choix d'une valeur supérieure de V_z contre une valeur inférieure?! Supposons qu'il n'atteigne jamais la tension de sécurité du commutateur (MOSFET)? Est-ce que V_z inférieur signifie un arrêt plus lent? Comment V_z peut-il tout affecter de manière positive / négative?

Pour info, je veux activer / désactiver Airtec 2P025-08 avec un Arduino. 12Vdc, 0,5 Ampère, Je ne connais pas l'inductance / résistance de la bobine!

Juste un peu de théorie préliminaire.

Comme vous le savez probablement, sans aucune diode flyback, que ce soit un redresseur ou un Zener, vous aurez une tension de rebond (théoriquement infinie) de l'inductance (bobine de valve, enroulement de relais ou autre) chaque fois que vous essayez d'interrompre brusquement son courant. En réalité, le rebond ne sera pas infini car le pic déclenchera toute sorte d'effets désagréables dans le circuit auquel il est connecté: il générera des arcs électriques, il entraînera des semi-conducteurs en panne destructrice, il fera frire des résistances ou percera des condensateurs diélectriques, etc.

Tout cela dans le but de se débarrasser de l'énergie stockée dans l'inducteur, qui est

$E_L = \frac 1 2\, L\, I_L^2$

$I_L$ est le courant instantané au moment précédant immédiatement (la tentative) de coupure.

$E_L$ en chaleur.

$E_L$ en chaleur.

Si vous vous demandez ce qui se passe lorsque l'action de serrage cesse parce que le courant ne suffit pas à maintenir le Zener (ou la diode de serrage) en panne (conduction), bien la réponse est qu'elle oscillera probablement, car l'énergie DOIT être convertie, car la source d'alimentation de la bobine a été coupée et l'énergie stockée dépend du courant dans la bobine. La bobine ne "retiendra pas l'énergie" comme le ferait un condensateur, car pour que cela soit possible, un courant devrait circuler dans la bobine elle-même. Par conséquent, l'énergie restante trouvera d'autres façons de se convertir: la capacité parasite et le courant de fuite des diodes et la capacité parasite de la bobine elle-même (par exemple). Il s'agit en quelque sorte d'un circuit de réservoir non linéaire non idéal, qui présentera des oscillations amorties jusqu'à ce que l'énergie soit complètement convertie en chaleur.

ÉDITER

(En réponse à un commentaire de @supercat)

Voici quelques résultats d'une simulation de circuit conçue à la hâte avec LTspice montrant l'oscillation amortie qui peut survenir dans une situation similaire à celle décrite ci-dessus.

L'analyse transitoire produit les graphiques suivants:

Si nous zoomons sur les parties intéressantes, nous avons:

Dans l'intrigue extrêmement zoomée suivante, vous pouvez remarquer la fréquence estimée des oscillations (j'ai amélioré l'image pour montrer où les curseurs LTspice sont placés).

Aaaah, l'électronique, c'est une maîtresse confuse et cruelle.

Ça fait plaisir cependant.

Le problème ici est la vitesse de réaction des différents composants du problème et / ou de la solution.

Premièrement: la tension directe et le courant direct d'une diode sont liés. Plus la tension que vous pouvez fournir est élevée, plus le courant circule facilement.

Deuxièmement: une bobine qui a un courant qui passe et qui est ensuite coupée réagit incroyablement rapidement. Si le courant ne peut aller nulle part dans des fractions de fractions de microsecondes, il peut atteindre des tensions insupportables (100, sinon 1000).

L'ajout d'une résistance en série est donc une bonne petite astuce, pour légèrement ajuster la réponse, cela permet à la tension de la bobine d'augmenter un peu plus avant que la diode ne commence à dribbler la puissance. Mais alors, la résistance est également dans le chemin actuel, entravant sa propre aide, c'est donc vraiment une solution inférieure.

La diode zener, cependant, oh ils sont magiques. Une fois que vous avez atteint la tension de claquage, elle est vraiment ... eh bien .. tombe en panne! La courbe tension-courant d'une diode zener au claquage est beaucoup plus impressionnante, cela a à voir avec la compression du champ de blocage une fois que le courant est capable de circuler, si l'on me permet de paraphraser très mal un livre de 380 pages.

Donc, une fois que vous atteignez la conductance zener, le courant peut vraiment disparaître en un instant et comme je l'ai mentionné, car la bobine atteignant la conductance zener est un jeu d'enfant.

En ce qui concerne la tension zener, la différence dans cette application entre 3V et 6V est plus prononcée que la différence entre 6V et 12V et ainsi de suite. Habituellement, la règle de Vz> 2 * VCC est assez bonne pour garantir un arrêt rapide. Plus important encore, votre Zener peut gérer le pic actuel.

La raison pour laquelle les zeners ne sont pas aussi populaires que les diodes normales pour la protection est leur capacité de manipulation actuelle et la destruction de votre dispositif de protection est un peu contraire à l'objectif.

Je vais terminer maintenant, car je dois encore faire du shopping avant de m'aventurer en Allemagne.

EDIT: PS: 10 fois par seconde n'est pas une exigence à grande vitesse. L'arrêt à grande vitesse d'un relais est de l'ordre de quelques mili secondes ou moins. J'ai oublié de faire ce point en haut avant de poster. Et l'arrêt à grande vitesse n'interfère pas avec un nouvel allumage.

Dans l'ordre, vos questions:

1. Il se décomposera très rapidement, des millisecondes tout au plus. En fait, la tension ne va pas à zéro instantanément car il s'agit d'un circuit de réservoir LC principalement avec une capacité répartie sur bobine mais également une capacité parasite et transistor, de sorte qu'il `` sonnera '' à haute fréquence. La bobine a une résistance importante, donc le Q est faible et la sonnerie s'atténue rapidement.

2. Si vous attendez plus de 10 ms, cela n'affectera en rien la prochaine opération.

3. Un Vz plus élevé est plus difficile sur le transistor mais un blocage plus rapide. L'activation n'est pas affectée de manière notable (il existe d'autres astuces pour améliorer la vitesse d'activation). Si vous descendez Vz au-dessous de la tension d'alimentation maximale possible (pire des cas) plus une chute de diode, la diode zener se conduira lorsque la bobine est "allumée", détruisant probablement le zener et le transistor. Le circuit de droite n'a pas ce problème (mais une surtension soutenue pourrait provoquer une surchauffe de la diode Zener).