Чем опасны реле (электромагнитные), работающие в электронных схемах, и для чего ставят диод параллельно катушке.

Как вы думаете, может ли кратковременный импульс напряжения, допустим, в 500 вольт вывести из строя микросхему, транзистор, диод или любой другой полупроводник, рассчитанный на работу с низким напряжением? А может ли обычное низковольтное реле генерировать подобные импульсы высокого напряжения? На оба вопроса ответ ДА. И в этой статье давайте с вами разберемся как именно это может происходить и какими способами можно от этого защититься.

Итак, возьмем самое обычное низковольтное реле, рассчитанное на напряжение питания 12 вольт.

Как мы знаем любое электромагнитное реле содержит в себе медную катушку, на выводы которой и подается рабочее напряжение. Поскольку мы рассматриваем проблему отрицательного влияния реле на электронные схемы, в которых они работают, то и тип тока у нас будет постоянный. Для новичков стоит рассказать, какие процессы происходят на катушке, при подаче на нее питающего напряжения. Итак, для примера мы берем катушку, рассчитанную на 5 вольт постоянного тока. Подаем на нее питание (эти самые 5 вольт). И при прохождении тока через обмотку этой катушки вокруг нее постепенно начинает образовываться электромагнитное поле. В этом поле накапливается некоторое количество энергии. Чем сильнее будет это электромагнитное поле, тем больше энергии будет оно содержать.

При этом стоит учитывать (новичку), что сразу после подачи напряжения на катушку ток в ней не будет равен номинальному, рабочему (зависящее от активного сопротивления катушки). В начальный момент после подачи питания катушка будет пытаться усиленно сопротивляться прохождению тока по ней, и ее сопротивление будет иметь реактивный характер (будет больше активного). Для наглядности посмотрите на графики, что имеются на рисунке ниже.

В начале при подачи напряжения на катушку ток на катушке равен 0 и постепенно начинает увеличиваться, доходя до величины, что ограничена активным сопротивлением катушки. В то же время напряжение в начальный момент на концах катушки будет максимальным, и постепенно оно будет уменьшаться. В это время, пока ток нарастает, происходит накопление энергии в электромагнитном поле катушки.

Но вот то, что происходит после отключения питания от катушки как раз и представляет опасность для электронных схем. Дело в том, что на втором графике хорошо видно, как меняется величина напряжения на концах катушки, когда мы резко обрывает ток питания (момент отключения питания показан вертикальной пунктирной линией). Дело в том, что ранее накопленная энергия в магнитном поле стремится высвободится, и в силу процесса, называемого возникновение ЭДС самоиндукции на концах катушки возникает резкое увеличение напряжения. Это короткий по времени импульс (доли секунды) имеет величину напряжения в десятки, а то и в сотни раз больше, чем напряжение питания этой катушки. К тому же, это напряжение уже будет иметь противоположную полярность (плюс и минус поменяются местами). Величина тока в этот момент времени будет постепенно уменьшаться.

Чтобы наглядно оценить на сколько сильно может увеличиваться напряжение на концах катушки реле после снятия с нее напряжения питания можно собрать очень простую схему, что представлена ниже на рисунке.

В данной схеме мы будем с помощью кнопки B1 периодически подавать и снимать напряжение с катушки реле. Поскольку я ранее уже сказал, что ЭДС самоиндукции имеет противоположную полярность, то диод VD1 через себя будет пропускать именно напряжение всплеска, который нам нужно будет оценить с помощью вольтметра V. Для сглаживания импульсов, что будут получаться при периодическом нажатии кнопки и чтобы получить более точные значение всплеска напряжения в схеме имеется конденсатор C1. Величина емкости данного конденсатора наиболее оптимальна и подобрана опытным путем. Данной схемой можно проверять любые катушки (не только катушки реле) на величину ЭДС самоиндукции.

К примеру, я взял обычное электромагнитное реле, рассчитанное на постоянный ток и величину напряжения питания 12 вольт. Далее я его подключил к данной схеме проверки величины ЭДС самоиндукции. На схему подал питание 12 вольт и периодически начал нажимать на кнопку B1 (с частотой примерно 5 Гц). В результате вольтметр мне показал величину напряжения, доходящую аж до 180 вольт. Причем стоит учесть, что это не максимальное значение, поскольку часть электрической энергии расходуется на заряд конденсатора и частично успевает разряжаться через вольтметр. Думаю многие со мной согласятся, что и напряжения в 180 вольт, да еще и противоположной полярности, вполне может хватить, чтобы пробить маломощный электронный компонент. Следовательно, при отключении питания от реле без дополнительных защит мы получаем большую вероятность выхода из строя электронных устройств, схем и т.д.

И теперь о том, как обычно защищаются от таких высоковольтных всплесков напряжения, возникающие по причине явления ЭДС самоиндукции катушек. А самой простой и эффективной защитой является установка дополнительного диода, который ставится параллельно выводам катушки реле. Рисунок ниже.

Поскольку диод может пропускать постоянный ток только в одном направлении, то при нормальной полярности работы в схеме диод себя никак не проявляет. Он заперт и через него ток не течет (во время работы катушки реле). Но вот когда питание с катушки реле снимается, и образуется ЭДС самоиндукции обратной полярности, то тут то диод и начинает работать. Он эту противоположную полярность просто пропускает через себя, полностью гася возникший высоковольтный импульс. В итоге напряжение ЭДС самоиндукции не превышает величины в 0,6 вольта (величина падения напряжения в открытом состоянии диода). Так что в свои схемы, где есть реле, не забывайте дополнительно впаивать защитный диод параллельно выводам катушки реле.

 

Ссылка на эту статью в Дзене — https://dzen.ru/a/Y4B9s9T_xE7Wyv7Q

---