Pour comprendre l'utilité de la diode de roue libre, il faut se souvenir de la continuité du courant dans une inductance (bobine de relais par exemple). Cela signifie que le courant dans une inductance ne peut pas être coupé brutalement sinon une surtension dangereuse apparait (di/dt trop grand). Schéma relais et diode de roue libre
Diode de roue libre en parallèle avec la bobine du relais
La diode de roue libre se place en parallèle avec l'inductance (voir ci contre). Dans la phase où l'interrupteur (transistor) est fermé, le courant s'établit dans l'inductance et est limité par sa résistance série. A l'ouverture de l'interrupteur, le continuité du courant impose le passage dans la diode de roue libre(figure de droite). Le courant décroit alors progressivement dans cette boucle et finit par s'annuler. Un nouveau cycle peut commencer. Fonctionnement de la diode de roue libre
A l'ouverture de l'interrupteur, la tension Va à l'anode de la diode augmente brutalement à cause de l'inductance.
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Si la tension d'avalanche \(V_A\) est atteinte, la diode est détruite de manière irréversible: c'est le phénomène de claquage ou d' avalanche. Modélisations
Modèle « diode » parfaite »
Modèle avec tension de seuil
Modèle avec résistance série
Modèle de Shockley
Le courant \(I_D\) qui traverse une diode s'obtient par l'équation de Shockley:
\(I_D=I_s\text{e}^\frac{U_D}{N\;V_t}\)
où:
\(U_D\) est la tension aux bornes de la diode;
\(V_t\) appelé tension thermique est égal à \(\frac {k\, T}{-e}\)
\(k\) est la constante de Boltzmann,
\(T\) la température absolue de la jonction,
\(-e\) la charge d'un électron. \(V_0=26\text{mV}\) à \(T=20\text{°C}\);
\(N\) est le facteur de qualité de la diode, généralement compris entre 1 et 2;
\(I_s\) est le courant de saturation de la diode. Application interactive
Utilisation
Diode de roue libre
Lorsqu'on alimente une charge inductive (moteur, bobine, relais, …) à l'aide d'un transistor en commutation (comme un interrupteur), du courant le traverse. À l'ouverture du transistor, il faut que le courant circulant dans la charge inductive puisse continuer à circuler un certain temps: il faut assurer la continuité du courant.
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Pour la commande de relais, la diode 1N4148 classique est idéale (100V, 200mA). Exemple d'utilisation: diode de roue libre et commande d'un relais 12V
On souhaite commander un relais 12V avec un transistor NPN (BC547, 2N3904, 2SC945, etc). Lorsque le transistor est passant (saturé), c'est presque un fil. La tension à ses bornes (Vcesat) vaut 0. 1V environ. Le relais fait contact et voit 12V-0. 1V=11. 9V à ses bornes. Relais et diode de roue libre
Note: sur ce schéma, on ne voit que la bobine du relais. Quand on ouvre le transistor, la diode de roue libre D entre en conduction. La tension à ses bornes vaut environ 0, 6V. Le potentiel du collecteur monte alors à 12, 6V jusqu'à la fin du passage du courant. Quand il n'y a plus de courant dans la bobine, le potentiel du collecteur vaut à nouveau 12V précisément et la diode de roue libre est bloquée. Il ne se passe alors plus rien. Exemple de relais 12V et diode de roue libre 1N4148 standard
Applications de la diode de roue libre
Les diodes de roue libre sont nécessaires dans ce type d'applications
- commande de relais
- hacheur série (commande de moteur)
- alimentations à découpage Buck (convertisseur DC/DC non isolé)
Relais et diodes de roue libre: fabrication industrielle de cartes en grande série
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Comme Andy aka l'a fait remarquer, une tension plus élevée que celle autorisée par une diode seule est parfois souhaitée pour désactiver plus rapidement le relais (ou d'autres, telles que les solénoïdes, les transformateurs de retour, etc. ). Dans ce cas, une diode TVS unidirectionnelle est parfois ajoutée en série avec la diode à retour rapide, connectée anode à anode (ou cathode à cathode). Une résistance en série pourrait être utilisée à la place de la diode TVS, mais la tension de blocage est plus déterministe si la diode TVS est utilisée. Si un MOSFET est utilisé comme élément de commutation, vous avez normalement besoin de la diode de retour, car la diode du corps est dans la direction opposée pour que le résultat soit positif. Une exception à ceci est un MOSFET qui est "Répétitif contre les avalanches" (tel que IRFD220). Ceci est normalement dessiné avec un symbole de diode Zener pour la diode du corps. Ces MOSFET sont conçus pour bloquer la tension à un niveau auquel ils peuvent résister, permettant ainsi une tension plus élevée pour une désactivation plus rapide de la bobine.
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Pour les
vitesses de rotation faibles, on atteindra au final le même couple. Avec les deux diodes bien placées ou non, j'ai bien constaté que le couple était
identique. Mais avec les diodes bien placées, la limite en vitesse est 3 fois plus haute (530pas/s au lieu de 150pas/s avec mon moteur), et pour
certaines vitesses, je note une vraie augmentation du couple: pour 40pas/s le couple passe de 4, 8Nm à 5, 8Nm. Conclusion: Le montage de la figure 12 est bien meilleur et n'est pas plus cher. Autant ne pas s'en priver.
-sur charge C des déformations apparaissent mais la tension est redressé telle qu'on a conduction
continu de la tension. Le courant quand a lui est comme expliqué précédemment 'caca' car on a
source tension charge en tension
créer par l'adjonction des diodes afin de comparer sur le filtrage quelles raie spectrales ont été
atténués. REDRESSEMENT EN PONT
Le facteur de forme est le rapport de la valeur efficace sur la valeur moyenne d'un signal. Le taux d'ondulation est le rapport entre la valeur efficace de l'ondulation sur la valeur moyenne
d'un signal.
Cela implique que la
diode ne peut se bloquer qu'au seul moment ou la bobine sera complètement déchargé. En bref un
fonctionnement en conduction continu est impossible et donc le circuit ne peut fournir a la charge
continuellement de l'énergie. 2 modes de fonctionnement sont possible:
-Lorsque la diode est en position OFF: I=0A
Le circuit est régit par l'équation différentielle: U max sin (ωt) = L
di
+ Ri
dt
Plus la constante de temps L/R est grande et plus le courant tend vers 0 dans le circuit inductif. L=1, 2H
Tension aux bornes de la charge LR
Courant circulant dans la charge
Fft courant
Fft tension sortie
0, 5H
Tension aux bornes de la LR
Courant circulant
la diode est bloquée sur le dessin lorsque le courant est nulle: ce qui correspond pour la tension aux
bornes de la charge a une tension également nulle car on rappelle que la diode est bloquée. En conséquence plus la bobine est de grande valeur et plus le courant disponible est faible. Conclusion: La partie filtrage du redressement mono alternance obéit a quelques contraintes:
-sur charge L l'énergie n'est pas disponible a tout moment: ni la tension ni le courant ne sont
redressé: on a ainsi du mal a lui apercevoir un domaine d'application.
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