Mục Lục
1. Khái niệm cơ bản về điốt Flyback
Điốt Flyback, còn gọi là điốt chống trả (flyback diode), là một loại linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, đặc biệt trong các mạch điều khiển động cơ hoặc các cuộn dây cảm ứng. Điốt này được sử dụng để ngăn chặn dòng điện ngược khi mạch bị ngắt đột ngột, bảo vệ các thành phần khác trong mạch khỏi điện áp cao gây hư hại.
2. Nguyên lý hoạt động
Khi một thiết bị như cuộn cảm hoặc động cơ đang hoạt động, nó tạo ra từ trường. Khi dòng điện qua cuộn cảm bị ngắt đột ngột, từ trường sụp đổ tạo ra dòng điện cảm ứng ngược. Theo định luật Lenz, dòng điện này có xu hướng giữ cho dòng điện ban đầu tiếp tục chảy, và có thể tạo ra điện áp rất cao, gây hư hại cho các linh kiện trong mạch.
Điốt Flyback được mắc song song với cuộn cảm và theo chiều ngược lại, khi dòng điện ngắt, điốt sẽ dẫn dòng ngược về cuộn cảm, làm tiêu tán năng lượng dư thừa một cách an toàn.
3. Ứng dụng thực tiễn
- Mạch relay: Điốt Flyback thường được sử dụng trong các mạch relay để bảo vệ transistor hoặc vi điều khiển khỏi điện áp cảm ứng cao khi relay bị ngắt.
- Mạch điều khiển động cơ: Khi điều khiển động cơ DC, cuộn dây của động cơ tạo ra phản ứng điện cảm. Điốt Flyback sẽ dẫn dòng cảm ứng ngược để bảo vệ mạch điều khiển.
4. Lợi ích của điốt Flyback
- Bảo vệ mạch: Giảm nguy cơ phá hủy linh kiện do điện áp ngược.
- Tăng độ bền: Giúp kéo dài tuổi thọ của mạch và các linh kiện khác.
Điốt Flyback đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ mạch khỏi hư hại do dòng điện cảm ứng ngược, đặc biệt trong các mạch chứa cuộn cảm hoặc động cơ.
Diode flyback là một diode được kết nối qua một cuộn cảm. Nó có cực tính ngược với nguồn điện và được sử dụng để loại bỏ flyback hay điện áp phản hồi ngược. Nó được sử dụng trong các mạch trong đó tải cảm ứng được điều khiển bằng các công tắc, cũng như trong các nguồn điện chuyển mạch và bộ biến tần. Diode này còn có nhiều tên gọi khác như diode snubber, diode giao hoán, diode tự do, diode ức chế, diode kẹp hoặc diode bắt.
Tăng vọt điện áp là hiện tượng chuyển tiếp điện áp nhanh, trong thời gian ngắn trong mạch điện. Flyback xảy ra khi có sự tăng vọt điện áp đột ngột trên tải cảm ứng khi dòng điện cung cấp bị giảm hoặc gián đoạn đột ngột. Flyback xảy ra do cảm ứng điện từ. Giống như tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp rơi bằng cách lấy dòng điện từ hoặc cung cấp dòng điện đến nguồn thay đổi điện áp, cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng điện đi qua chúng bằng cách tạo ra một điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi dòng điện. Việc mở công tắc ở hình 1 sẽ làm giảm từ trường trong cuộn cảm, nhưng quá trình này mất thời gian vì cuộn cảm chống lại sự sụt giảm đột ngột của dòng điện.
Một từ trường thay đổi xuyên qua một cuộn dây sẽ tạo ra một lực điện động trong cuộn dây, từ đó làm cho dòng điện chạy qua, ngay cả sau khi mở công tắc. Giống như cần có thời gian để lưu trữ năng lượng trong cuộn cảm, cũng cần có thời gian để tiêu hao năng lượng này. Do đó, cuộn cảm phải tiêu tán dòng điện này với tốc độ theo hằng số thời gian của nó. Hằng số thời gian của cuộn cảm giới hạn tốc độ dòng điện có thể thay đổi, cho bởi τ = L/R , trong đó L là độ tự cảm tính theo Henry và R là điện trở có trong mạch. Trong trường hợp này, chúng ta quan tâm đến tốc độ dòng điện tiêu tán khi cuộn cảm bị ngắt kết nối.
Như thể hiện trong hình 2, phải mất τ để dòng điện giảm từ 99% xuống 37%. Để tăng từ 99% lên 13,5%, sẽ mất 2τ. Nhìn chung, sẽ mất tổng cộng khoảng 5τ để dòng điện dừng hoàn toàn sau khi mở công tắc. Việc ngắt kết nối công tắc sẽ tạo ra sự thay đổi đột ngột trong từ thông qua cuộn cảm, từ đó tạo ra một điện áp trên cuộn cảm khi nó cố gắng tiêu tán dòng điện theo đường cong tiêu tán của nó.
Từ thời điểm công tắc mở, cuộn cảm coi khe hở công tắc mở là một điện trở rất lớn (~MΩ), đóng mạch để dòng điện chạy qua. Sau đó, cuộn cảm sẽ cố gắng tiêu tán dòng điện, làm giảm điện áp trên điện trở khe hở không khí bằng cách đảo ngược cực tính của nó và hoạt động như một nguồn bằng cách sử dụng năng lượng của chính nó dưới dạng từ trường được lưu trữ. Xem xét Định luật Ohm, nhân dòng điện nhỏ nhất với điện trở lớn sẽ tạo ra một điện áp rất lớn. Để đạt được sự sụt giảm điện áp lớn này, cuộn cảm sẽ sử dụng phần năng lượng còn lại được lưu trữ của nó để tạo ra một điện thế âm rất lớn ở một phía của điện trở khe hở. Cuộn cảm thực hiện điều này để dòng điện chạy theo đường cong tiêu tán, cuối cùng gây ra hiện tượng điện áp flyback tăng đột biến.
Vì không có điện trở vật lý ở vị trí mở công tắc nên tia lửa điện/hồ quang sẽ xuất hiện giữa công tắc và thiết bị đầu cuối khác, nơi có sự chênh lệch điện thế lớn. Toàn bộ năng lượng từ hồ quang thường được thải qua các tiếp điểm của công tắc dưới dạng nhiệt. Điều này có khả năng gây hư hỏng vĩnh viễn hoặc làm giảm đáng kể tuổi thọ của công tắc. Các thiết bị chuyển mạch này có thể là công tắc cơ học hoặc công tắc bán dẫn như bóng bán dẫn. Nói một cách đơn giản, điện áp flyback có thể gây ra nhiễu điện và làm hỏng các bộ phận khác trong mạch.
Để ngăn chặn điện áp tăng vọt, diode flyback được nối qua cuộn cảm với cực tính ngược với nguồn điện. Khi nguồn điện được kết nối, diode sẽ bị phân cực ngược và không tồn tại trong mạch. Khi nguồn điện bị ngắt, cực tính điện áp của cuộn cảm bị đảo ngược và một vòng dòng điện hình thành giữa cuộn cảm và diode; diode trở nên phân cực thuận.
Diode định tuyến lại dòng điện với điện trở tối thiểu và ngăn ngừa điện áp flyback tích tụ, do đó có tên là diode flyback. Diode flyback không ngăn cản điện áp tăng vọt truyền đến một số tải hạ lưu. Thay vào đó, nó cung cấp một đường dẫn có điện trở thấp để định tuyến lại dòng điện sao cho điện áp tăng vọt ở tải hạ lưu sẽ thấp hơn nhiều. Diode flyback sẽ làm cho cuộn cảm hút dòng điện từ chính nó dưới dạng một vòng lặp cho đến khi toàn bộ năng lượng bị tiêu tán trong dây dẫn và diode.
Xem thêm tại diencobacninh.com
