Freilaufdiode / Varistor

   Freilaufdiode = Schaltdiode

Eine Freilaufdiode ist kein bestimmter Diodentyp, sondern in der Regel eine normale Schaltdiode, welche Ihre spezielle Bezeichnung aufgrund ihres Einsatzgebietes hat. Beim Schalten von induktiven Lasten (Spule), wie etwa ein Relais oder Motor erzeugt dessen Spule nach dem Aschalten eine Spannungsspitze, welche die dahinterliegende Elektronik (z.B. Transistor) beschädigen kann. Wird eine Diode so zur Spule geschaltet, dass der entstehende Abschaltstrom über sie weiterfließen und sich somit abbauen kann, so nennt man diese Diode "Freilaufdiode". Für die meisten Anwendungen reicht hierbei eine Standard Schaldiode, welche antiparallel zum Stromfluss, also Kathode an + und die Anode an - angeschlossen wird.

Da der Strom bis zum Erliegen einige Zeit weiter fließt, ist die einfache Schaltung mittels einer normalen Schaltdiode nicht geeignet, wenn ein schnelles Schalten (im ms Bereich) benötigt wird. Bei Lastrelais kann es durch die Verzögerung auch zu erhöhter Lichtbogenbildung kommen, was sich negativ auf die Lebensdauer des Relais auswirkt. Jedoch spätestens beim Schalten von PWM-Strömen überschreitet man die Grenze einer einfachen Schaltdiode. Abhilfe kann hier eine zusätzlich in Reihe geschaltete Zenerdiode schaffen. Es gibt auch speziell entwickelte Schutzdioden (TVS-Dioden) die noch schnellere Schaltzeiten ermöglichen, jedoch möchte ich mich hier nicht noch tiefer in die Materie graben und belasse es mal dabei.

   Auslegung

Diode:
Zur genauen Auslegung einer Freilaufdiode müsste man auch die Werte der Spule kennen, da diese aber in den aller seltensten Fällen vorhanden sind, erfolgt die Auswahl sehr überschlägig. Auf jeden Fall sollte die Diode bezüglich ihres Spannungsbereiches deutlich über der, in der Schaltung genutzten Spannung liegen und von der Amperezahl mindestens den Strom der Spule verkraften können. Normale 1N400x haben 1A Nennleistung, können aber kurzzeitig auch mehrere Ampere verkraften. In der Regel kommt man bei einer Relaisschaltung mit diesen Typen aus.

   Varistor

Mit einer normalen Schaltdiode kommt man bei Relaisansteuerung in den meisten Fällen schon gut hin. Auch bei Motoren reicht prinzipiell eine simple Schaltdiode aus, jedoch stößt man hier auf ein Problem wenn die Polarität zwecks Drehrichtungsänderung sich ändern muss. Denn bei einer Umpolung würde die Diode einen Kurzschluss verursachen und durchbrennen. Für solch einen Fall bietet sich ein Varistor an, der polungsunabhängig ist. Ein Varistor ist ein Widerstand, der zunächst sehr hochohmig ist und beim erreichen einer bestimmten Spannung niederohmig wird. Da Varistoren eine sehr schnelle Reaktionszeit haben und den Strom unmittelbar kurzschließen, ist hier kaum ein Verzögerungseffekt vorhanden. Somit ist ein Varistor sehr gut für PWM-Ströme geeignet.

   Auslegung

Varistor:
Bei der Auswahl eines Varistors sollte darauf geachtet werden, dass die Grenzspannung über der Netzspannung liegt und nicht höher als die max. zulässige Spannung der zu schützenden Elektronik ist. Bei einem Transistor wäre dies UCB bzw. UCE (siehe Datenblatt). Was den Strom angeht, hat man das gleiche Problem wie bei der Diode, denn die Werte zur Spule sind in den seltensten Fällen vorhanden, auch hier gilt dann die sehr grobe Auslegung, dass der Varistor mindestens den Strom aushalten muss, den der Motor im Normalbetrieb zieht.