Freilaufdiode

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Funktion[Bearbeiten]

Freilaufdioden (engl. catch diode) dienen zum Schutz vor einer Überspannung beim Abschalten einer induktiven Gleichspannungslast (z.B. Elektromotor, Relaisspule, Zugmagnet). Dazu werden Halbleiterdioden (im Schaltbild: Freilaufdiode) derart parallel zu induktiven Gleichstromverbrauchern (im Schaltbild: L mit Widerstandsanteil RL) geschaltet, dass sie von der Speisespannung in Sperrrichtung beansprucht werden.

Strom- und Spannungsverlauf an einer induktiven Last. Oben ohne Freilaufdiode, unten mit Freilaufdiode. Die Spannung wird am Schalter gemessen.

Nach dem Abschalten der Speisespannung sorgt die Selbstinduktion der Spule dafür, dass der Strom zunächst in der ursprünglichen Richtung weiter fließt. Ohne Freilaufdiode führt das zu einer Spannungspitze, die sich zur Betriebsspannung addiert und die Schaltstrecke schädigen oder zerstören kann. Mit Freilaufdiode wird die Spannungspitze jedoch auf die Durchlassspannung der Diode (bei Silizium etwa 0,6 V) begrenzt. Das schützt die elektronischen Bauteile (beispielsweise Halbleiter wie Transistoren), aber auch Schaltkontakte sehr effektiv vor Überspannung. Der Strom fließt über die Diode und die Energie des Magnetfeldes, die der grün markierten Fläche entspricht, wird im Ohmschen Widerstand der Spule in Wärme verwandelt. Wenn die Höhe dieser Spannungszeitfläche begrenzt ist, steigt die Zeit bis zum Abklingen, was zu einer Abfallverzögerung von Relais und Zugmagneten führt. Die Diodensperrspannung sowie die Sperrspannung des Schaltelementes muss bei dieser Schaltungsart nur so hoch wie die Schaltspannung (im Bild 12 V) bemessen werden.

Um die Abschaltverzögerung zu verkürzen, kann man

  • anstelle der Freilaufdiode Boucherot-Glieder verwenden
  • oder einen geeigneten Widerstand oder eine Zenerdiode in Reihe zum Gleichrichter schalten. Das Produkt aus der so entstehenden Überspannung und der Zeitdauer ist konstant.
  • parallel zur Schaltstrecke bzw. den Schalttransistor eine Zenerdiode oder einen Varistor zu legen. Diese müssen eine höhere Sperrspannung als die Betriebsspannung besitzen und begrenzen die Schaltspannung auf ihre Durchbruchspannung.

Bei diesen genannten Varianten muss die Schaltstrecke eine höhere Schaltspannung ertragen als die Betriebsspannung des Verbrauchers.

Auch die Schaltdioden von Sperrwandlern und Schaltreglern werden als Freilaufdioden bezeichnet. Auch hier sorgen sie für die Ableitung der magnetischen Energie einer Induktivität (Speicherdrossel bzw. Transformator). Hier ist diese Energie jedoch erwünscht und erzeugt die Ausgangsleistung.


Anwendung[Bearbeiten]

Eine typische Anwendung für eine Freilaufdiode ist der Schutz der Lichtmaschinenelektr(on)ik während des Abschaltens des Trennrelais. Wird dieses über D+ der Lichtmaschine und Fahrzeugmasse angesteuert, so ist die Diode zwischen Masse und D+ zu schalten. Die Kathode, üblicherweise mit einem Ring gekennzeichnet, muss dabei Richtung D+ zeigen:

Freilaufdiode an Trennrelais
Kathode der Diode

Die Diode sollte eine Strombelastbarkeit haben, die ungefähr in der Größenordnung der Stromaufnahme der Spule des Trennrelais liegt; üblicherweise 100 bis 200 mA. Eine 1 Ampere-Universaldiode von Typ 1 N400x reicht dafür völlig aus; x steht für die Durchbruchspannung der Diode und sollte > 4 (= 400 Volt) sein.

Die Diode muss/soll natürlich nur dann nachgerüstet werden, wenn das Trennrelais nicht über eine integrierte Diode bzw. einen Widerstand parallel zu Spule verfügt. Die ist in der Regel am Aufdruck auf dem Relais zu erkennen.

Achtung: Wird das Trennrelais an D+ und den Anlasserkontakt angeschlossen, darf keine Freilaufdiode, wie oben beschrieben, angeschlossen werden, weil sie einen Kurzschluss zwischen Anlasserkontakt und D+ verursachen kann! Zum Schutz der Lichtmaschine ist die Diode in Reihe zur Spule des Trennrelais zu schalten. Auch hier genügt eine 1N4004 bis 1N4007 für ein paar Cent.

Schutzdiode an Trennrelais


Quellenangabe[Bearbeiten]

Artikel Schutzdiode. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 28. Mai 2008, 18:01 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Schutzdiode&oldid=46610868 (Abgerufen: 31. Mai 2008, 16:41 UTC)