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2010年7月16日 (金)

逆起電力のはなし

逆起電力とは
コイルなどに電流を流したり、切ったりする時に変化を妨げようとする生じる逆方向の電気のこと。
Coil_2
ハード的には
コイルに電流を流すと磁界が生じます。電流を切った時に磁界を維持しようとするために電流を流し続けようとする電力がコイルの中に逆方向に生じます。
 コイルのインダクタンスが小さい場合にはあまり感じませんが、例えば蛍光灯の電流を制限する「安定器」と呼ばれるコイルは数十ヘンリーありますので、1.5V程度の電池で電流を流した後、切った時にこの逆起電力が数十ボルト瞬間的に発生します。高校生の頃この回路を小さな箱に入れて電極を友人に触らせてビリビリさせて楽しんでいました。
 この現象は困ったことも引き起こします。リレーやソレノイドプランジャーなどコイルを駆動する回路ではコントロールするトランジスタのコレクタに100V近いこの逆起電力が発生してトランジスタの耐圧を超え破壊されてしまうことです。瞬間的なパルス状電圧なので電力的には小さいので、この対策のため保護ダイオードを入れます。逆起電力をショートする方向で接続します。 この方法の他に、GNDとコレクタにツェナーダイオードを入れて保護する事も出来ます。
ソフト的には
リレーやプランジャーは、起動時の電圧より保持の時の電圧が低くても良いので消費電力を減らすためにハード的に電圧を可変する回路を入れた時もありました。現在ではラッチングリレーやPhotoMOSリレーなど小型で消費電力の少ないものも出てきています。
参考図書1-----------------------------------------------------------------------------------------

P21 2.3章 誘導負荷駆動回路の保護 というセクションにて ダイオードの有無の逆起電力波形が記載され、詳しい説明がでています。Vcc 12V の例では逆起電力 140V ものオシロの波形が観測されています。

トランジスタ技術SPECIAL (No.88)

参考図書2-----------------------------------------------------------------------------------------
P201 8.5章 トランジスタ・スイッチング回路の応用 というセクションにて リレーを駆動する回路という説明で,逆起電力の詳しい説明があります。リレーにつける保護用のダイオードを、フライホイールダイオード・還流ダイオードと呼んでいます。

定本 続トランジスタ回路の設計―FET パワーMOS スイッチング回路を実験で解析

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コメント

逆起電力保護用のダイオードですが、
昔、程度が分からず 高電流、高耐圧のダイオードを入れました。

今になって 考えてみると、最大電流はリレーのコイルに流れる電流、
電圧(耐圧)はせいぜい Vccなので 小型の物でOKなのでした。

勿体ない設計をしてしまったようです。

コイルの逆起電力の生成条件として、「ON時に加えるエネルギー以上のエネルギーは逆起電力として出てくることは無い」ので、
1)ショート方向で電流がダイオードの順方向に流れる場合には電流はコイルに流す電流以下でよい。
2)逆起電力の電圧は順方向にかかるので、耐圧を考えるなら、逆電圧がかかる Vcc でいいってことですね?

フライホイールダイオードではなく
フリーホイールダイオードですよ

Wiki によるとどちらの呼び方もするようですね。
===============================
還流ダイオードはフライホイール・ダイオードまたはフリーホイール・ダイオードやフリーホイリング・ダイオードなどとも呼ばれる。フライホイールと呼ばれる理由はフライホイールははずみ車の事で回路(インダクタンスとダイオード)を円盤に見立てた時逆起電力は回転力となりそのまま回転力(電力)がなくなるまでその回路をまわり続けることからこう呼ばれる。フリーホイールとは、自転車の後輪によく見られるように、回転力を空転させる機構のことである。

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