دیود هرزگرد (Flyback Diode) چیست و چه کاربردی دارد؟ راهنمای تخصصی
زمان مطالعه: در حال محاسبه...
فهرست مطالب
مقدمه
در مدارات الکترونیکی، به‌ویژه مدارات مبتنی بر رله، موتور، یا بارهای القایی، خاموش کردن ناگهانی جریان می‌تواند باعث تولید ولتاژهای گذرا و مخرب شود. یکی از قطعات کلیدی برای محافظت در چنین شرایطی، دیود هرزگرد (Flyback Diode) یا دیود چرخشی است. این دیود ساده اما حیاتی، نقش مهمی در ایمنی و دوام مدارهای الکترونیکی ایفا می‌کند. در این مقاله به‌طور علمی، فنی و کاربردی با ساختار، عملکرد، انواع، نحوه انتخاب، روش تست، کاربردها، نکات خرید و سؤالات متداول دیود هرزگرد آشنا می‌شوید.
دیود هرزگرد چیست؟
دیود هرزگرد (Flyback Diode) نوعی دیود معمولی است که به‌صورت موازی و معکوس با بار القایی (مثل سیم‌پیچ، موتور یا رله) نصب می‌شود. وظیفه اصلی آن جلوگیری از آسیب ناشی از ولتاژ القایی (inductive kickback) هنگام قطع جریان است.
پدیده ولتاژ القایی
در هنگام قطع ناگهانی جریان از یک سلف یا بار القایی، انرژی ذخیره‌شده در میدان مغناطیسی به‌صورت ولتاژ بالا ظاهر می‌شود (بر اساس قانون لنز). این ولتاژ می‌تواند به قطعات نیمه‌هادی آسیب بزند. دیود هرزگرد با هدایت معکوس، این ولتاژ را تخلیه کرده و مدار را محافظت می‌کند.
عملکرد دیود هرزگرد چگونه است؟
نحوه عملکرد دیود هرزگرد به‌صورت زیر است:
هنگام وصل بودن تغذیه: دیود در بایاس معکوس است و جریان از آن عبور نمی‌کند.
هنگام قطع تغذیه: ولتاژ القایی قطب‌های سلف را معکوس می‌کند. در این حالت دیود وارد بایاس مستقیم می‌شود و جریان را در یک مسیر بسته هدایت می‌کند.
این فرآیند باعث تخلیه ایمن انرژی ذخیره‌شده در میدان مغناطیسی می‌شود.
انواع دیود هرزگرد
دیودهای هرزگرد معمولاً دیودهای پیوندی سیلیکونی هستند که از انواع زیر انتخاب می‌شوند:
| نوع دیود | حداکثر جریان (IF) | ولتاژ معکوس (VR) | زمان بازیابی | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|---|
| 1N4007 | 1 A | 1000 V | کند (~2µs) | کاربرد عمومی، رله‌ها |
| UF4007 | 1 A | 1000 V | سریع (~50ns) | مدارهای با سوئیچینگ بالا |
| 1N5819 | 1 A | 40 V | بسیار سریع | رگولاتورها و موتورهای DC |
| FR107 | 1 A | 1000 V | 200 ns | موتورهای صنعتی و رله‌ها |
توجه: دیود شاتکی (مثل 1N5819) به دلیل زمان بازیابی بسیار کم و افت ولتاژ پایین در کاربردهای سرعت بالا ترجیح داده می‌شود.
نحوه انتخاب دیود هرزگرد مناسب
برای انتخاب درست دیود هرزگرد به نکات زیر توجه کنید:
جریان مستقیم (IF): باید از حداکثر جریان عبوری از بار القایی بیشتر باشد.
ولتاژ معکوس (VR): باید از ولتاژ تغذیه مدار بیشتر باشد (ترجیحاً 2 تا 3 برابر).
زمان بازیابی (Reverse Recovery Time): در مدارات سرعت بالا دیود سریع انتخاب شود.
توان تلف‌شونده: بر اساس انرژی القاشده هنگام قطع و فرکانس سوئیچینگ محاسبه می‌شود.
نوع بسته‌بندی: برای مدارات SMD یا THT، مطابق طراحی برد انتخاب شود.
مثال انتخاب:
برای یک رله 12 ولت با جریان 200 میلی‌آمپر، دیود 1N4007 (1A, 1000V) مناسب و اقتصادی است.
روش تست دیود هرزگرد
تست دیود هرزگرد مانند دیودهای معمولی انجام می‌شود:
1. تست با مولتی‌متر (حالت دیود):
پراب قرمز به آند، مشکی به کاتد → افت ولتاژ 0.6 – 0.7 ولت
جای پراب‌ها را عوض کنید → باید مقدار OL (مقاومت بی‌نهایت) نمایش داده شود.
2. تست در مدار عملی:
ولتاژ القایی هنگام قطع تغذیه را اندازه‌گیری کنید.
در صورت نبود دیود، پالس مثبت یا منفی شدید ظاهر می‌شود.
با وجود دیود هرزگرد، این پالس حذف یا بسیار کاهش می‌یابد.
کاربردهای دیود هرزگرد
دیود هرزگرد در مدارات زیر استفاده می‌شود:
رله‌ها و کنتاکتورها: جلوگیری از جرقه زدن در کلید یا آسیب به ترانزیستورهای راه‌انداز.
موتورهای DC: محافظت از درایورها هنگام توقف ناگهانی.
مدارات PWM سلفی: محافظت از ماسفت‌ها در مبدل‌های بوست و باک.
ترانسفورماتورهای سوئیچینگ: تخلیه انرژی در مرحله خاموشی.
ماژول‌های آردوینو و بردهای توسعه: برای اتصال مستقیم به بارهای القایی.
نکات مهم هنگام استفاده از دیود هرزگرد
موازی ولی معکوس: دیود باید دقیقاً موازی با بار القایی و معکوس پلاریته تغذیه نصب شود.
استفاده از دیود سریع: در مدارهای با سرعت سوئیچینگ بالا (مثلاً PWM موتور یا رگولاتور) از دیودهایی با زمان بازیابی کوتاه مانند UF4007 یا شاتکی استفاده شود.
مراقب افت ولتاژ باشید: دیودهایی مانند 1N4007 دارای افت ولتاژ مستقیم نسبتاً بالایی هستند.
خنک‌کاری و دفع حرارت: در فرکانس بالا یا توان بالا، باید به دفع حرارت توجه شود.
نکات خرید دیود هرزگرد
هنگام تهیه دیود هرزگرد به موارد زیر دقت کنید:
ولتاژ معکوس مناسب: از ولتاژ تغذیه بالاتر باشد.
جریان کافی: بیشتر از جریان مصرفی مدار باشد.
بسته‌بندی: با طراحی مدار (DIP/SMD) هماهنگ باشد.
برند معتبر: Vishay، ON Semiconductor، STMicroelectronics.
نوع سریع یا کند: با توجه به سرعت سوئیچینگ مدار انتخاب شود.
سؤالات متداول
آیا می‌توان از هر دیودی به‌عنوان دیود هرزگرد استفاده کرد؟
خیر؛ دیود باید ویژگی‌هایی نظیر تحمل ولتاژ، جریان مناسب و ترجیحاً بازیابی سریع داشته باشد. استفاده از دیودهای ضعیف یا کند ممکن است مؤثر نباشد یا منجر به آسیب شود.
اگر دیود هرزگرد نصب نشود، چه اتفاقی می‌افتد؟
ولتاژ القایی بالا می‌تواند باعث تخریب ترانزیستورها، آسیب به میکروکنترلر یا ایجاد نویز شدید در مدار شود.
چرا دیود هرزگرد معکوس وصل می‌شود؟
برای آنکه در زمان کار مدار جریان از دیود عبور نکند و تنها در زمان قطع، مسیر تخلیه جریان معکوس فراهم شود.
آیا دیود زنر می‌تواند جای دیود هرزگرد استفاده شود؟
خیر؛ دیود زنر برای تثبیت ولتاژ است و جریان معکوس محدودی دارد. در برابر ولتاژهای القایی بزرگ عملکرد مؤثر ندارد.
جمع‌بندی: اهمیت دیود هرزگرد در محافظت مدارهای القایی
دیود هرزگرد یکی از ساده‌ترین ولی ضروری‌ترین قطعات در مدارهای الکترونیکی با بار القایی است. استفاده صحیح از آن می‌تواند از خرابی تجهیزات، جرقه‌زنی، تداخل نویزی و آسیب به قطعات جلوگیری کند. با انتخاب دقیق دیود از نظر ولتاژ، جریان و سرعت، می‌توان عمر مدار را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد. چه در یک رله ساده و چه در موتور صنعتی، حذف دیود هرزگرد می‌تواند هزینه‌بر و خطرناک باشد.
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
اشتراک در بله
اشتراک در ایتا
اشتراک در واتساپ
اشتراک در تلگرام
کالاهای پیشنهادی
7MBR25SA120
P084
جدیدترین محصولات
