Sirkuit Komutasi Induktor

Penggunaan dioda yang populer adalah untuk mitigasi "kickback" induktif:pulsa tegangan tinggi yang dihasilkan ketika arus searah melalui induktor terputus.

Tendangan Balik Induktif tanpa Perlindungan

Ambil contoh, rangkaian sederhana pada gambar di bawah ini tanpa perlindungan terhadap kickback induktif.

Kickback induktif:(a) Saklar terbuka. (b) Saklar tertutup, arus mengalir dari baterai melalui koil yang memiliki polaritas yang sesuai dengan baterai. Medan magnet menyimpan energi. (c) Saklar terbuka, Arus masih mengalir dalam kumparan karena medan magnet runtuh. Perhatikan perubahan polaritas pada kumparan. (d) Tegangan kumparan vs waktu.

Ketika sakelar tombol tekan digerakkan, arus mengalir melalui induktor, menghasilkan medan magnet di sekitarnya. Ketika sakelar dimatikan, kontaknya terbuka, memutus arus melalui induktor, dan menyebabkan medan magnet runtuh dengan cepat. Karena tegangan induksi dalam kumparan kawat berbanding lurus dengan laju perubahan sepanjang waktu fluks magnet (Hukum Faraday:e =NdΦ/dt), keruntuhan magnet yang cepat di sekitar kumparan ini menghasilkan “lonjakan” tegangan tinggi.

Jika induktor yang dimaksud adalah kumparan elektromagnet, seperti pada solenoida atau relai (dibangun untuk tujuan menciptakan gaya fisik melalui medan magnetnya saat diberi energi), efek "kickback" induktif tidak berguna sama sekali. Sebenarnya, ini cukup merugikan sakelar, karena menyebabkan busur yang berlebihan pada kontak, sangat mengurangi masa pakainya.

Tendangan Balik Induktif dengan Perlindungan

Dari metode praktis untuk mengurangi transien tegangan tinggi yang dibuat ketika sakelar dibuka, tidak ada yang sesederhana yang disebut dioda komutasi pada Gambar di bawah.

Kickback induktif dengan perlindungan:(a) Saklar terbuka. (b) Saklar tertutup, menyimpan energi dalam medan magnet. (c) Sakelar terbuka, kickback induktif dihubung singkat oleh dioda.

Dalam rangkaian ini, dioda ditempatkan secara paralel dengan kumparan, sehingga akan dibias mundur ketika tegangan DC diterapkan ke kumparan melalui sakelar. Jadi, ketika kumparan diberi energi, dioda tidak menghantarkan arus pada gambar di atas (b).

Namun, ketika sakelar dibuka, induktansi kumparan merespons penurunan arus dengan menginduksi tegangan polaritas terbalik, dalam upaya untuk mempertahankan arus pada besaran dan arah yang sama. Pembalikan polaritas tegangan yang tiba-tiba melintasi kumparan ini membiaskan maju dioda, dan dioda menyediakan jalur arus untuk arus induktor, sehingga energi yang tersimpan dihamburkan secara perlahan daripada tiba-tiba pada gambar di atas (c).

Akibatnya, tegangan yang diinduksi dalam kumparan oleh medan magnet yang runtuh cukup rendah:hanya penurunan tegangan maju dioda, bukan ratusan volt seperti sebelumnya. Dengan demikian, kontak sakelar mengalami penurunan tegangan yang sama dengan tegangan baterai ditambah sekitar 0,7 volt (jika diodanya silikon) selama waktu pengosongan ini.

Dioda komutasi

Dalam bahasa elektronik, pergantian mengacu pada pembalikan polaritas tegangan atau arah arus. Jadi, tujuan dari dioda komutasi adalah untuk bertindak setiap kali tegangan membalikkan polaritas, misalnya, pada kumparan induktor ketika arus yang melaluinya terputus. Istilah yang kurang formal untuk dioda komutasi adalah snubber , karena "mematikan" atau "memadamkan" kickback induktif.

Kekurangan Dioda Komutasi

Kerugian yang patut diperhatikan dari metode ini adalah waktu ekstra yang diberikan pada pelepasan koil. Karena tegangan induksi dijepit ke nilai yang sangat rendah, laju perubahan fluks magnetnya dari waktu ke waktu relatif lambat. Ingatlah bahwa Hukum Faraday menggambarkan laju perubahan fluks magnet (dΦ/dt) sebagai sebanding dengan tegangan sesaat yang diinduksi (e atau v ). Jika tegangan sesaat terbatas pada beberapa angka rendah, maka laju perubahan fluks magnet dari waktu ke waktu juga akan terbatas pada angka rendah (lambat).

Jika koil elektromagnet "dimatikan" dengan dioda komutator, medan magnet akan menghilang pada tingkat yang relatif lambat dibandingkan dengan skenario asli (tanpa dioda) di mana medan menghilang hampir seketika setelah sakelar dilepaskan. Jumlah waktu yang dipermasalahkan kemungkinan besar akan kurang dari satu detik, tetapi akan jauh lebih lambat daripada tanpa dioda komutasi. Ini mungkin merupakan konsekuensi yang tidak dapat ditoleransi jika koil digunakan untuk menggerakkan relai elektromekanis, karena relai akan memiliki "waktu tunda" alami pada de-energi koil, dan penundaan yang tidak diinginkan bahkan sepersekian detik dapat mendatangkan malapetaka di beberapa sirkuit.

Operasi ideal dengan dioda komutasi

Sayangnya, seseorang tidak dapat menghilangkan transien tegangan tinggi dari kickback induktif dan mempertahankan de-magnetisasi koil yang cepat:Hukum Faraday tidak akan dilanggar. Namun, jika de-magnetisasi lambat tidak dapat diterima, kompromi dapat terjadi antara tegangan transien dan waktu dengan membiarkan tegangan koil naik ke tingkat yang lebih tinggi (tetapi tidak setinggi tanpa dioda komutasi). Skema pada Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana hal ini dapat dilakukan.

(a) Dioda komutasi dengan resistor seri. (b) Bentuk gelombang tegangan. (c) Level tanpa dioda. (d) Sejajar dengan dioda, tanpa resistor. (e) Tingkat kompromi dengan dioda dan resistor.

Sebuah resistor ditempatkan secara seri dengan dioda komutator memungkinkan tegangan induksi kumparan naik ke tingkat yang lebih besar dari penurunan tegangan maju dioda, sehingga mempercepat proses demagnetisasi. Ini, tentu saja, akan menempatkan kontak sakelar di bawah tekanan yang lebih besar, sehingga resistor harus berukuran untuk membatasi tegangan transien pada tingkat maksimum yang dapat diterima

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Teori Motor DC
• Lembar Kerja Aplikasi Dioda Lain-Lain