Mi chiedo come si sceglierebbe tra una o una combinazione di queste opzioni?
È facile, se capisci come funzionano gli induttori.
Penso che il problema che molte persone abbiano sia che sentano parole come "picco di tensione induttiva" o "back-EMF" e concludano ragionevolmente qualcosa come
Quindi, quando un induttore viene commutato, è per un istante come una batteria da 1000 V.
simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab
In effetti in questa situazione particolare, questo è più o meno ciò che accade. Ma il problema è che manca un passaggio critico. Gli induttori non generano solo tensioni molto elevate per farci dispetto. Guarda la definizione di induttanza:
v ( t ) = L d id t
Dove:
- L è induttanza, in henrys
- tv ( t ) è la tensione al momentot
- io è la corrente
Questo è come la legge di Ohm per gli induttori, tranne che per la resistenza abbiamo l' induttanza , e invece della corrente abbiamo il tasso di cambiamento della corrente .
Ciò significa, in parole povere, che la velocità di variazione della corrente attraverso un induttore è proporzionale alla tensione che lo attraversa. Se non c'è tensione attraverso un induttore, la corrente rimane costante. Se la tensione è positiva, la corrente diventa più positiva. Se la tensione è negativa, la corrente diminuisce (o diventa negativa - la corrente può fluire in entrambe le direzioni!).
Una conseguenza di ciò è che la corrente in un induttore non può fermarsi all'istante, perché ciò richiederebbe una tensione infinitamente alta. Se non vogliamo un'alta tensione, allora dobbiamo cambiare lentamente la corrente.
Di conseguenza, è meglio pensare a un induttore in un istante come una fonte attuale . Quando l'interruttore si apre, qualunque corrente scorresse nell'induttore vuole continuare a fluire. La tensione sarà qualunque cosa occorrerà perché ciò accada.
simula questo circuito
Ora invece di una sorgente di tensione da 1000 V, abbiamo una sorgente di corrente da 20 mA. Ho appena scelto arbitrariamente 20 mA come valore ragionevole, in pratica questo è qualunque sia la corrente all'apertura dell'interruttore, che nel caso di un relè è definita dalla resistenza della bobina del relè.
Ora, in questo caso, cosa deve succedere per far fluire più di 20 mA? Abbiamo aperto il circuito con l'interruttore, quindi non c'è circuito chiuso, quindi la corrente non può fluire. Ma in realtà può: la tensione deve solo essere abbastanza alta da arcuare attraverso i contatti dell'interruttore. Se sostituiamo l'interruttore con un transistor, la tensione deve essere sufficientemente elevata da interrompere il transistor. Quindi è quello che succede e hai dei brutti momenti.
Ora guarda i tuoi esempi:
simula questo circuito
Nel caso A, l'induttore caricherà il condensatore. Un condensatore è proprio come un induttore con corrente e tensione commutate: , quindi una corrente costante attraverso un condensatore cambierà la sua tensione a una velocità costante. Fortunatamente, l'energia nell'induttore è limitata, quindi non può caricare il condensatore per sempre; alla fine la corrente dell'induttore raggiunge lo zero. Naturalmente, quindi il condensatore avrà una certa tensione attraverso di esso, e questo funzionerà quindi per aumentare la corrente dell'induttore.i ( t ) = Cd v / d t
Questo è un circuito LC . In un sistema ideale, l'energia oscillerebbe per sempre tra il condensatore e l'induttore. Tuttavia, la bobina del relè ha molta resistenza (essendo un pezzo di filo molto lungo e sottile) e ci sono anche minori perdite nel sistema da parte di altri componenti. Pertanto, l'energia viene infine rimossa da questo sistema e persa a causa del calore o delle radiazioni elettromagnetiche. Un modello semplificato che ne tiene conto è il circuito RLC .
Il caso B è molto più semplice: la tensione diretta di qualsiasi diodo al silicio è di circa 0,65 V, più o meno indipendentemente dalla corrente. Quindi la corrente dell'induttore diminuisce e l'energia immagazzinata nell'induttore viene persa a causa del calore nella bobina del relè e nel diodo.
Il caso C è simile: quando l'interruttore si apre il back-EMF deve essere sufficiente per invertire lo Zener. Dobbiamo essere sicuri di scegliere uno Zener con una tensione inversa superiore alla tensione di alimentazione, altrimenti l'alimentazione potrebbe guidare la bobina, anche quando l'interruttore è aperto. Dobbiamo anche selezionare un transistor in grado di sopportare una tensione massima tra emettitore e collettore maggiore della tensione inversa di Zener. Un vantaggio di Zener rispetto al caso B è che la corrente dell'induttore diminuisce più rapidamente, poiché la tensione attraverso l'induttore è più alta.