Cosa impedisce alla tensione di contraccolpo di raggiungere una tensione infinita?

Sappiamo che la tensione su un induttore è definita dalla formula:

$V = L * \frac {di}{dt}$

Quindi, nel caso in cui il flusso di corrente venga improvvisamente interrotto (come quando si apre un contatto meccanico), si verificano picchi di tensione nella vita reale.

Tuttavia, questo non è sempre il caso: non vediamo archi accadere in piccoli carichi induttivi. (Per piccoli carichi induttivi intendo un motore giocattolo, per esempio). Tuttavia, la formula dice che la termine dt dovrebbe avvicinarsi all'infinito quando i contatti meccanici sono aperti, quindi iltermineL(che dovrebbe essere piccolo nei piccoli carichi induttivi) non dovrebbe avere un effetto significativo. Semplicemente, dovremmo essere in grado di vedere le scintille ogni volta che apriamo un carico induttivo, indipendentemente dall'induttanza.$\frac{di}{dt}$$L$

Quali sono i fattori pratici che impediscono alla tensione di raggiungere l'infinito? Il flusso attuale diminuisce effettivamente più lentamente o la formula è forse insufficiente per tale "discontinuità"?

Un induttore reale assomiglia a questo (mostrato di seguito è un induttore a 4 bobine) tra una bobina e una piccola quantità (di solito nell'intervallo pF-fF). Ogni pezzo di filo ha anche qualche resistenza associata ad esso.

Poiché ogni bobina in un induttore ha resistenza (o ogni sezione di filo se si considera una bobina) ciò impedisce la corrente e riduce la tensione. La piccola quantità di capacità memorizza anche parte della tensione e impedisce una variazione istantanea della tensione.

Tutti assorbono energia che impedisce all'Electro Motive Force (EMF) che è stata immagazzinata attorno a un induttore di generare una tensione infinita. Un induttore può effettivamente essere semplificato in un circuito come quello a sinistra in basso.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Una bobina superconduttiva sarebbe in grado di generare tensioni molto più massicce a causa di perdite molto più basse dovute ai parassiti.

Qualsiasi sistema di accumulo di energia (un induttore) ha dimensioni diverse da zero.

Qualsiasi cosa di dimensioni diverse da zero ha campi elettrici diversi da zero o capacità. Le giunzioni dei dispositivi sono generalmente una grande fonte di capacità parassitaria. I sistemi flyback utilizzano un diodo per trasferire energia in un condensatore di carico.

All'escursione della tensione di picco, tutta l'energia induttiva è stata (1) dissipata quando il calore (2) è stato irradiato mentre il campo EM (3) è stato immagazzinato nel campo elettrico delle capacità intenzionali e parassite.

La resistenza in serie è molto importante per la tensione "contraccolpo" dovuta alla capacità in serie dello "switch" una volta aperto. Ciò forma un circuito risonante RLC della serie classica che ha proprietà di guadagno di tensione per rapporto di impedenza di

$Q=\dfrac{|X_C|}{R} = \dfrac{|X_L|}{R}=\dfrac{\omega _0 L}{R}$$\omega _0= \dfrac{1}{\sqrt{LC}}$

$|V_p| = Q * V_{dc}$

Quando si diseccita un circuito con un interruttore di contatto quando t va a 0, V / L = dI / dt, V non va all'infinito a causa di questa capacità parassita.

Esempio

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

ad es. considerare un circuito in serie, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohm, Idc = 1A . Qual è il kickback della tensione dell'interruttore, appena aperto, se Csw = 1pF ?

1 V , 100 V , 1 kV, 1e6 V o infinito?

Consideriamo ora lo stesso per un interruttore FET con capacità di uscita 1nF con RdsOn << 1% di R = 1. Cos'è DV?

ps se hai imparato qualcosa, commenta la tua risposta.

La risposta intuitiva è che l'interruttore passa da un conduttore a un piccolo condensatore vagante che limita la velocità di risposta della tensione e così come l'induttore limita la velocità di risposta della corrente e alla loro frequenza di risonanza il guadagno di tensione, Q a ω0 è inversamente proporzionale a R, quindi le serie più grandi R smorzano la tensione.

$V_p= I_{dc} \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

Varie

$Zo= \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

$V_p = I_{dc}*Z_0$$I_{dc}$

Considera solo un semplice esempio di 100 uH e 1 amp di flusso. Quando il contatto in serie con l'induttore si apre, potrebbero rimanere 5 pF di capacità parassita sull'induttore e quell'amplificatore creerà un'alta tensione di kick-back, ma quanto?

Quindi potenzialmente (nessun gioco di parole previsto) la tensione attraverso il condensatore a 5 pF potrebbe aumentare a una velocità di 200 kV / microsecondo. Dato che la sua tensione di avviamento è potenzialmente insostenibile in confronto, in pochi micro secondi potrebbe svilupparsi una tensione abbastanza grande. Tuttavia, ciò è mitigato dalla mancanza di energia immagazzinata nell'induttore: -

O 5 micro joule. Tutta questa energia si trasferirà ciclicamente al condensatore e possiamo equiparare la formula energetica del condensatore a 5 uJ per darci la massima tensione: -

Ciò produce una tensione di picco del condensatore di 1414 volt.