Geri tepme voltajının sonsuz bir voltaja ulaşmasını engelleyen nedir?

Bir indüktör üzerindeki voltajın formülle tanımlandığını biliyoruz:

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

Dolayısıyla akım akışının aniden kesilmesi durumunda (mekanik bir kontak açıldığında olduğu gibi), gerçek hayatta voltaj yükselmeleri meydana gelir.

Ancak, bu her zaman böyle değildir: yayların küçük endüktif yüklerde gerçekleştiğini görmüyoruz. (Küçük endüktif yüklerle, örneğin bir oyuncak araba motorunu kastediyorum.) Bununla birlikte, formül mekanik temas açıldığında Bu nedenle bu terim, sonsuz bir yaklaşım gerekirL(küçük endüktif yük küçük olmalıdır) terimi, önemli bir etkiye sahip olmamalıdır. Basitçe, herhangi bir endüktif yükü açtığımızda - endüktanstan bağımsız olarak kıvılcımları görebilmeliyiz.$\frac{di}{dt}$$L$

Voltajın sonsuzluğa ulaşmasını engelleyen pratik faktörler nelerdir? Akım akışı gerçekten daha yavaş mı azalıyor veya formül böyle bir "süreksizlik" için belki de yetersiz mi?

Gerçek bir indüktör şöyle görünür (aşağıda 4 bobinli bir indüktördür) her bobin arasında küçük bir miktar (genellikle pF-fF aralığında) kapasitans vardır. Her bir tel parçasının da bununla ilişkili bir miktar direnci vardır.

Bir indüktördeki her bobin dirence (veya bir bobin düşünürseniz telin her bir bölümüne) sahip olduğundan, bu akımı engeller ve voltajı azaltır. Az miktarda kapasitans da voltajın bir kısmını depolayacak ve voltajda anlık bir değişikliği önleyecektir.

Bunların hepsi, bir indüktör çevresinde depolanan Elektro Hareket Kuvveti'nin (EMF) sonsuz bir voltaj üretmesini önleyen enerjiyi emer. Bir indüktör aslında aşağıdaki soldaki gibi bir devreye basitleştirilebilir.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Bir süperiletken bobin çok daha büyük voltaj oluşturmak mümkün olacaktır nedeniyle parazitik nedeniyle çok daha düşük kayıplar.

Herhangi bir enerji depolama sisteminin (bir indüktör) sıfır olmayan bir boyutu vardır.

Sıfır olmayan herhangi bir şey sıfır olmayan elektrik alanlarına veya kapasitansa sahiptir. Cihaz kavşakları genellikle büyük bir parazitik kapasitans kaynağıdır. Geri dönüş sistemleri, enerjiyi bir yük kapasitörüne aktarmak için bir diyot kullanır.

En yüksek voltaj gezisinde, EM alanı (3) kasıtlı ve parazitik kapasitansların elektrik alanında depolandıkça ısı (2) yayıldığı için tüm endüktif enerji (1) dağıtılmıştır.

Seri direnç, açıldığında "anahtar" ın seri kapasitansı nedeniyle "geri tepme" gerilimi ile büyük önem taşır. Bu, empedans oranı ile voltaj kazanma özelliklerine sahip klasik bir seri RLC rezonant devresi oluşturur.

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

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

Kontak anahtarı olan bir devrenin t değeri 0, V / L = dI / dt iken enerjisinin kesilmesi durumunda, V bu parazit kapasitans nedeniyle sonsuzluğa gitmez.

Misal

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Örneğin bir seri devre düşünün, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohm, Idc = 1A . Csw = 1pF ise, açıldığında anahtar gerilimi geri tepmesi nedir?

1V, 100V, 1kV, 1e6 V veya sonsuz mu?

Şimdi RdsOn << 1% R = 1 ile 1nF çıkış kapasitansına sahip bir FET anahtarı için aynısını düşünün. DV nedir?

ps Bir şey öğrendiyseniz, cevabınızı yorumlayın.

Sezgisel cevap, anahtarın bir iletkenden voltajın dönüş hızını sınırlayan küçük bir sokak kapasitörüne gitmesi ve indüktörün de akımın dönüş hızını sınırlaması ve rezonans frekansında voltaj kazanımının ω0'da Q ters olması R ile orantılı olduğundan, daha büyük R serisi voltajı azaltır.

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

Çeşitli

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

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

100 uH ve 1 amperlik akan basit bir örneği düşünün. İndüktör ile seri temas açıldığında, indüktörde 5 pF parazitik kapasitans kalabilir ve 1 amper yüksek bir geri tepme voltajı oluşturur, ancak ne kadar?

Böylece potansiyel olarak (punta amaçlanmamıştır) 5 pF kapasitör üzerindeki voltaj 200 kV / mikrosaniye oranında yükselebilir. Başlangıç ​​voltajının karşılaştırıldığında potansiyel olarak ihmal edilebilir olduğu göz önüne alındığında, birkaç mikro saniye içinde oldukça büyük bir voltaj gelişebilir. Ancak bu, indüktörde depolanan enerji eksikliğiyle azaltılır: -

Veya 5 mikro joule. Tüm bu enerji döngüsel olarak kapasitöre aktarılacak ve bize maksimum voltajı vermek için kapasitör enerji formülünü 5 uJ'ye eşitleyebiliriz:

Bu, 1414 voltluk bir tepe kapasitör voltajı üretir.