Schalten induktiver Lasten mit Freilaufdioden

Das Schalten von Induktivitäten ist auf den ersten Blick einfacher als es in der Realität wirklich ist.
Im Gegensatz zu ohmschen Widerständen, bei denen sich Strom und Spannung nach dem ohmschen Gesetzt ( R = U / I) linear verhalten, treten bei Induktivitäten andere Gesetzmäßigkeiten auf, die während des Schaltvorgangs zu Problemen führen können.
Wenn Du Dich für die technischen Hintergründe interessierst, findest Du erläuternde Videos in der Rubrik Induktivität und magnetisches Feld.

In diesem Artikel geht es nun um den Einsatz und das Schalten von Induktivitäten in einer Schaltung.

Das Schalten induktiver Lasten über einen Transistor

In der Schaltung, die im Video untersucht wird, soll über einen npn-Transistor eine ohmsch-induktive Last geschaltet werden.
Da Spulen aus aufgewickeltem Draht besteht findet man genau diese Kombination ( ohmsch-induktiv) in der Praxis sehr häufig.
Elektromotoren und Relais stellen also genau solch eine ohmsch-induktive Last dar, bei der die im Video beschriebenen Probleme auftreten.
Weitere Hintergrundinformationen zum Schalten induktiver Lasten findest Du auch in den beiden Videos:

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Einschalten von Induktivitäten
und
Ausschalten von Induktivitäten

Abschalten von Induktivitäten

Das Abschalten von Induktivitäten ist hierbei der kritische Fall.
Um das Abschalten soll es also in dem Video am Ende des Artikels gehen.
Während des eingeschalteten Zustands ist die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors klein. Beim Abschalten steigt das Emitterpotential nun nicht nur auf die Betriebsspannung, weil der Transistor sperrt.
Wie in der Simulation im Video zu sehen ist, steigt die Kollektor-Emitter-Spannung kurzzeitig auf sehr hohe Werte. Diese Spannungen können für den Schaltransistor gefährlich werden und ihn zerstören.
Die Ursache für diese hohen Spannungswerte liegt im Magnetfeld der zu schaltenden Spule.
Beim Abschalten des Laststromkreises, in der also die Spule und der Transistor mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke liegt, treibt die Spule den Strom weiter. Die Spule wird also zur Stromquelle.
Da die Kollektor-Emitter-Strecke nun aber sehr hochohmig ist, entsteht durch den weiterhin fließenden Strom eine sehr hohe Spannung.

Schutz des Transistors über eine Freilaufdiode

Um den Transistor zu schützen schaltet man anti-parallel zur Spule eine Diode, die sogenannte Freilaufdiode.
Beim Abschalten kann der von der Spule weitergetriebene Strom nun über die Freilaufdiode „freilaufen“.
Also Weiterfließen, bis das Magnetfeld abgebaut ist.

Video zum Schalten induktiver Lasten mit einer Freilaufdiode.

Im Video sieht man sehr schön wie der Strom über die Freilaufdiode abgeleitet wird.
Die Schaltung steht wieder als Projektdatei zum Download zur Verfügung.
Jetzt aber viel Spaß mit dem Video und der eigenen Simulation mit PSpice.

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