¿Qué es un diodo Flyback? – Propósito y cálculos

Un circuito de conmutación y el diodo Flyback

Hay muchos tipos de diodos. Por ejemplo, tenemos diodos de unión PN, diodos emisores de luz y diodos zener. El diodo flyback , sin embargo, no es un tipo de diodo sino una aplicación de diodo. Un diodo flyback protege los componentes del circuito en circuitos con campos magnéticos cambiantes. Miremos uno de estos circuitos y averigüemos qué está pasando. Este es un circuito de conmutación con un interruptor de botón. La aplicación es para controlar un relé presionando un botón. Un relé es un interruptor controlado eléctricamente.

El circuito en símbolos

Este circuito está dibujado con símbolos. Esto se llama esquema . Mirando el esquema de izquierda a derecha vemos:

• Una batería con la etiqueta 3V y una resistencia con la etiqueta R 1kΩ

El positivo de la batería está conectado a un punto llamado «etiqueta de red» y el negativo de la batería está conectado a tierra del circuito. Cuando la corriente fluya desde la batería a través de la resistencia, el transistor se encenderá.

• El transistor es el símbolo justo a la derecha de la resistencia.

El transistor tiene tres conexiones: el emisor (con la flecha) está conectado a tierra; la base está conectada a la resistencia; el colector está en la parte superior y se conecta a otros dos componentes. Cuando el transistor está encendido, hay un camino de corriente a través del transistor desde el colector hasta el emisor.

• Conectado al colector del transistor hay una bobina y un diodo.

Al enrollar un alambre en un lazo, obtenemos una bobina. Cuando fluye corriente a través de la bobina, la bobina se convierte en un imán y el relé se cierra. Corta la corriente y la bobina deja de ser un imán y el relé se abre.

• El interruptor de botón etiquetado como S1 nos permite controlar la apertura y el cierre del relé.

En lugar de un esquema con símbolos de circuitos, podemos ver el mismo circuito con imágenes de los componentes reales.

Circuito en imágenes

El funcionamiento del circuito:

• presione el botón del interruptor

El transistor está encendido. La corriente fluye a través de la bobina y el relé se cierra.

• suelte el botón del interruptor

El transistor está apagado. La bobina deja de ser un imán y el relé se abre. ¡Ahora llegamos al punto central de esta lección! ¿Ves el diodo en paralelo con la bobina? ¿Por qué hay un diodo en el circuito? Antes de llegar a la respuesta, exploremos el funcionamiento de la bobina con más detalle.

El campo magnético

¿Alguna vez has hecho un electroimán o visto una demostración? Uno pequeño es muy fácil de hacer con alambre enrollado alrededor de un clavo y una batería.

haciendo una bobina

Toque el cable con la batería y la corriente fluye a través del cable. Invisible a simple vista, un campo magnético rodea el cable. Este campo se intensifica al enrollar el cable alrededor de un objeto de metal. Aunque no podemos ver el campo en sí, podemos ver su efecto recogiendo objetos metálicos con la bobina o haciendo girar la aguja de una brújula. El campo magnético almacena energía cuando la corriente fluye a través de la bobina. Desconecte la batería y el campo magnético colapsa. ¿Qué sucede con la energía almacenada? El campo magnético colapsado descarga su energía en el circuito. En un pequeño intervalo de tiempo, fluirá una corriente. Lo que es realmente genial es que este cambio en la corriente durante un cambio en el tiempo produce un voltaje. Cuanto más corto sea el tiempo, mayor será el voltaje. Puede imaginarse un interruptor abriéndose y, en el más breve de los momentos, el campo magnético colapsando produce un voltaje enorme a través del interruptor. Se necesitan 30.000 V para que la electricidad salte 1 centímetro en el aire. A medida que se abre el interruptor… BOOM. ¡Relámpago! Bueno, no del todo un rayo, pero al menos una chispa. Lo que sucede es que el voltaje entre los contactos del interruptor es mayor que el voltaje de ruptura del aire entre los contactos. La corriente eléctrica se dispara a través de la brecha y vemos una chispa. Los transistores también tienen un voltaje de ruptura. ¿Qué sucede si tenemos un transistor en el circuito y el voltaje en la chispa es mayor que el voltaje de ruptura del transistor? ¡Música pop! Tal vez algo de humo. O al menos el transistor se daña y el circuito ya no funciona. Introduzca el diodo flyback. Cuando la corriente fluye a través de la bobina, el diodo actúa como un circuito abierto y es como si el diodo ni siquiera estuviera allí. Sin embargo, cuando el interruptor se abre y el campo magnético colapsa y comienza a producir un gran voltaje, el diodo está polarizado directamente. Un diodo de unión PN con polarización directa tiene 0,7 V a través de él. Por lo tanto, la diferencia de voltaje en la bobina no superará los 0,7 V. Sin gran voltaje. Sin chispa. El transistor está a salvo. Otra forma de pensar en el diodo es cómo protege al proporcionar un camino para que la corriente se aleje del resto del circuito. La corriente está »volando de regreso».

Selección de un diodo

Seleccionemos un diodo haciendo algunos cálculos. Estamos buscando un diodo que tenga un valor lo suficientemente alto

• Tensión de bloqueo de CC : la tensión a la que el diodo se descompone
• corriente directa : la corriente que fluye a través del diodo cuando el diodo está «encendido» (también conocida como polarización directa)

«Suficientemente alto» es un factor de seguridad de 3 (a algunas personas les gusta un factor de seguridad de 10). En nuestro circuito con las dos baterías de 1,5 V, el voltaje de la fuente es de 3 V (los voltajes de las baterías en serie se suman). Tres veces 3V es 9V. Por lo tanto, funcionará un diodo con un voltaje de bloqueo de CC de 9V. Ahora, para el cálculo de la corriente directa. El voltaje a través del transistor cuando el interruptor se cierra es el voltaje de saturación del transistor, de 0,05 V a 0,2 V. La hoja de datos de un relé de 3V especifica una resistencia de bobina de 25Ω. Por lo tanto, la corriente máxima que fluye a través de la bobina es (3-0,05)/25 = 0,118 amperios = 118 mA (»m» es 10 -3 ). La ecuación general para este cálculo es

Esta corriente pasará a través del diodo cuando el campo magnético colapse. Tres veces 118mA es 354mA. Por lo tanto, buscamos un diodo con un voltaje de bloqueo de CC de al menos 9 V y una corriente directa de al menos 354 mA. Los diodos de la serie 4000 se usan comúnmente para aplicaciones de rectificadores y fuentes de alimentación. Tienen un voltaje de bloqueo de CC máximo de 50 V a 1000 V y una corriente directa máxima de 1 A; es decir, 1000mA. Por lo tanto, estos diodos están dentro de los márgenes de seguridad de nuestro diseño. Otro tipo de diodo es el diodo de conmutación rápida de pequeña señal como el 1N914. Este diodo tiene un voltaje de bloqueo de CC máximo de 75 V y una corriente directa máxima de 300 mA. La clasificación actual de 300 mA está justo por debajo del margen de seguridad «tres veces» de 354 mA. Por lo tanto, este diodo no es tan seguro como los diodos de la serie 4000 para esta aplicación.

Resumen de la lección

Un diodo flyback es un diodo colocado en paralelo con una bobina en circuitos de conmutación. El diodo flyback reduce los altos voltajes presentes cuando las bobinas están apagadas. En esta lección vimos el esquema de un circuito de conmutación con un relé para mostrar el uso de un diodo flyback. Dos parámetros son importantes al seleccionar el diodo flyback: el voltaje de bloqueo de CC y la corriente directa .

Rodrigo Ricardo Editor y fundador