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फ्लाईबैक डायोड क्या सुरक्षित करता है, और यह कॉइल के पार क्यों लगा होता है

कॉइल स्विच का विरोध क्यों करता है

एक इंडक्टर, चाहे वह रिले कॉइल हो, सोलेनॉयड हो या मोटर वाइंडिंग, अपने चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा संग्रहित करता है। उसके पार वोल्टेज इस बात के अनुपात में होता है कि उसकी धारा कितनी तेज़ी से बदलती है, इसलिए संबंध v = L times di/dt है। जब धारा स्थिर रूप से बह रही होती है, तब कॉइल केवल एक रेज़िस्टर की तरह व्यवहार करता है और उसके पार वोल्टेज I times R होता है। परेशानी तब शुरू होती है जब आप धारा को बंद करते हैं।

यदि कोई ट्रांजिस्टर या रिले कॉन्टैक्ट कुछ माइक्रोसेकंड में खुलता है, तो धारा लगभग तुरंत शून्य तक गिरना चाहती है। कॉइल उस क्षण के लिए धारा बनाए रखने हेतु आवश्यक वोल्टेज उत्पन्न करके प्रतिक्रिया देता है, और वह वोल्टेज सप्लाई के विपरीत ध्रुवता का होता है। परिणाम एक संक्षिप्त स्पाइक है जो आसानी से स्विच की वोल्टेज रेटिंग से अधिक हो सकता है। यही इंडक्टिव किकबैक है जिसे नियंत्रित करने के लिए फ्लाईबैक डायोड बनाए जाते हैं।

डायोड कहाँ जाता है और वह शांत क्यों रहता है

फ्लाईबैक डायोड, जिसे कुछ संदर्भों में फ्रीव्हीलिंग या स्नबर डायोड भी कहा जाता है, कॉइल के पार इस तरह जोड़ा जाता है कि उसका कैथोड पॉज़िटिव सप्लाई की ओर और एनोड स्विच्ड सिरे की ओर हो। सामान्य संचालन के दौरान सप्लाई कैथोड को पॉज़िटिव रखती है, इसलिए डायोड रिवर्स-बायस्ड रहता है और लगभग कोई धारा नहीं ले जाता। यह तभी सक्रिय होता है जब टर्न-ऑफ के समय कॉइल अपना वोल्टेज उलटने की कोशिश करता है।

जब ऐसा होता है, तब कॉइल का वोल्टेज डायोड को फॉरवर्ड-बायस करता है और रिवर्स स्विंग लगभग सप्लाई वोल्टेज प्लस एक डायोड फॉरवर्ड ड्रॉप तक सीमित हो जाता है, जो आमतौर पर सिलिकॉन रेक्टिफायर के लिए लगभग 0.7 वोल्ट के आसपास होता है। स्विच के माध्यम से रास्ता देने के बजाय, कॉइल धारा अब डायोड और कॉइल के अपने रेज़िस्टेंस से होकर घूमती है और धीरे-धीरे क्षय होती है। स्विच केवल सप्लाई और एक छोटा मार्जिन देखता है।

12 V रिले का एक कार्य उदाहरण

मान लीजिए 12 V रिले कॉइल का रेज़िस्टेंस लगभग 400 ohms है और ऊर्जित होने पर लगभग 30 mA खींचता है। मान लीजिए कॉइल का इंडक्टेंस लगभग 0.5 हेनरी है, जो छोटे रिलेों की सामान्य सीमा में आता है, हालाँकि वास्तविक डिज़ाइन के लिए आपको मापना चाहिए या डेटाशीट जाँचनी चाहिए। टर्न-ऑफ पर संग्रहित ऊर्जा 0.5 times L times I squared है, जो 0.5 times 0.5 times 0.03 squared, या लगभग 0.23 millijoules है।

अब मान लीजिए स्विच 10 microseconds में खुलता है। धारा परिवर्तन 10e-6 seconds में 0.03 amps है, इसलिए di/dt 3000 amps per second है। इंडक्टिव वोल्टेज 0.5 times 3000, यानी 1500 volts है। वास्तविक परिपथों में स्ट्रे कैपेसिटेंस और वायरिंग इंडक्टेंस सटीक पीक को बदल देंगे, लेकिन परिमाण स्पष्ट है: बिना क्लैंप के, कुछ दर्जन volts के लिए रेट किया गया ट्रांजिस्टर जीवित नहीं रहेगा।

फ्लाईबैक डायोड के साथ, क्लैंप रिवर्स स्विंग पर कॉइल को लगभग 12.7 volts के पास रखता है। क्षय का टाइम कॉन्स्टेंट L divided by R है, यानी 0.5 divided by 400, या 1.25 milliseconds। धारा लगभग पाँच टाइम कॉन्स्टेंट में लगभग शून्य तक गिर जाती है, इसलिए कॉइल लगभग 6 milliseconds में छूटता है, न कि लगभग तुरंत। यह धीमा रिलीज़ सुरक्षा की कीमत है।

ट्रेड-ऑफ और विकल्प

सादा डायोड सबसे सस्ता और सबसे भरोसेमंद विकल्प है, लेकिन यह कॉइल को बिना किसी क्लैंप के मुकाबले धीमा छोड़ता है। जिन रिलेों में रिलीज़ टाइमिंग मायने रखती है, वहाँ एक जेनर डायोड को दूसरे डायोड के साथ श्रेणी में जोड़ने पर वह सप्लाई के 2 से 3 गुना जैसे अधिक वोल्टेज पर क्लैंप कर सकता है, जिससे तेज़ क्षय मिलता है और फिर भी स्पाइक सीमित रहता है। ट्रांज़िएंट वोल्टेज सप्रेसर, जो सर्ज के लिए डिज़ाइन किया गया जेनर-जैसा उपकरण है, वही भूमिका निभा सकता है।

डायोड के पार श्रेणी रेज़िस्टर एक और विकल्प है, लेकिन यह लॉस बढ़ाता है और डायोड जितना कसकर क्लैंप नहीं करता, इसलिए सरल डिज़ाइनों में यह कम आम है। आप जो भी चुनें, सुरक्षा उपकरण सीधे कॉइल टर्मिनलों के पार लगाना चाहिए, क्योंकि डायोड और कॉइल के बीच का कोई भी तार इंडक्टेंस जोड़ता है और क्लैंप को कमज़ोर कर देता है।

बेंच टिप्स

पावर-अप से पहले पोलैरिटी जाँचें। सप्लाई-ड्रिवन कॉइल के पार उल्टा लगा डायोड, ड्राइव लागू होते ही डायोड के माध्यम से सप्लाई को शॉर्ट कर देगा, और यही अक्सर सबसे पहले खराब होने वाली चीज़ होती है। डायोड पर बैंड देखें और पुष्टि करें कि वह पॉज़िटिव रेल की ओर है। आपके मल्टीमीटर का कंटिन्यूटी या डायोड-टेस्ट फ़ंक्शन अपेक्षित एक-दिशीय चालन दिखाएगा।

ऐसा डायोड चुनें जो पर्याप्त मार्जिन के साथ कॉइल धारा संभाल सके। 1N400x परिवार के जनरल-पर्पस रेक्टिफायर डायोड छोटे रिलेों और सोलेनॉयडों के लिए एक आम विकल्प हैं। लीड्स छोटी रखें, और यदि आपका ट्रांजिस्टर कॉइल को लो साइड से ड्राइव करता है, तो सुनिश्चित करें कि ट्रांजिस्टर की रेटेड वोल्टेज सप्लाई प्लस क्लैंप वोल्टेज से आराम से ऊपर हो।