Was ist eine geklemmte induktive Last?

Sie haben eine geklemmte induktive Last und die sogenannte induktive Rückschlagspannung wird geklemmt .

Betrachten Sie den Strom in der Induktivität bei eingeschaltetem Transistor zu einem bestimmten Zeitpunkt$t_0$mit Strom$I_0$.

Schalten Sie nun den Transistor aus und denken Sie daran, dass er nicht sofort erfolgt. Der Strom wird abgehen$I_0$irgendwann auf null$t_x$.

Wenn der Strom abnimmt , haben wir eine Stromänderung von$-\frac {\delta I} {\delta t}$(was in diesem Fall wirklich genauer ist, wenn man eine lineare Änderungsrate des Stroms annimmt).

Wenn wir unseren Strom mit der Standardgleichung für induktiven Kick zusammenführen, ist die Spannung an dieser Induktivität daher$(-)(-)\ L\frac {\delta I} {\delta t}$; Dies ist ein wichtiger Punkt - die Spannung am Kollektor des Transistors (wenn nicht geklemmt) kann enorme Potentiale erreichen.

Wenn ich einen Laststrom von bescheidenen 50 mA und eine Schaltzeit von 20 ns (überhaupt nicht ungewöhnlich) mit einer Induktivität von 20 μH nehme, würde die Kollektorspannung auf 62 V gehen, gegeben durch den induktiven Kick plus die 12-V-Versorgung ( und wahrscheinlich mehr als die wahre momentane Änderungsrate an einem Punkt während des aktuellen Abfalls durchaus schneller sein kann).

Dies würde ein 40-V-Teil zerstören; Die Diode klemmt den Kollektor bei nicht mehr als Vcc + einem Diodenabfall (etwa 12,7 V) und bildet eine zirkulierende Stromschleife für den Abklingstrom, wenn der Schalter ausgeschaltet ist.

Es kann aufschlussreich sein, die Testschaltung für eine ungeklemmte induktive Last (häufig für MOSFETs spezifiziert) zu sehen:

Hier wird eine Klemmwirkung durch die dem MOSFET inhärente interne Avalanche-Diode erreicht .

Stellen wir uns Ihre Beispielschaltung vor, außer dass die Induktivität durch einen Widerstand ersetzt wird. Dies ist eine wirklich einfache Schaltung: Wenn der Transistor eingeschaltet ist, ist der Strom durch ihn gegeben durch V = IR. Wenn der Transistor ausgeschaltet ist, fließt kein Strom.

Fügen Sie nun den Induktor wieder hinzu. Der Induktor mag es nicht, dass sich der durch ihn fließende Strom ändert: Egal wie viele Ampere es sind (0, 1 oder 42), der Induktor möchte, dass es so bleibt (aufgrund der Speicherung von Energie als A Magnetfeld: Sie müssen das Magnetfeld "aufladen", um den Strom zu erhöhen, oder "entladen", um den Strom zu verringern). Es widersteht der Einhaltung von V = IR.

Wenn also in der Beispielschaltung der Transistor eingeschaltet wird, dauert es eine Weile, bis der Strom auf seinen vollen Wert hochgefahren ist. In den meisten Fällen interessiert es Sie nicht wirklich. Das Problem tritt auf, wenn Sie den Transistor ausschalten: Die Induktivität möchte nicht, dass der Stromfluss aufhört, und rammt weiterhin Ladung durch sich selbst am Transistor. Die im Magnetfeld des Induktors gespeicherte Energie muss irgendwo hin. Dies verursacht eine RIESIGE Spannungsspitze zwischen dem Induktor und dem Transistor, die wahrscheinlich die Nennspannung des Transistors überschreitet und ihn beschädigt.

Das ist es, was die Klemmdiode verhindern soll: Sie verhindert, dass dieser Knoten zwischen der Induktivität und dem Transistor über die Spannung der Stromversorgung ansteigt und Ihren Transistor beschädigt.

Der Transistor T1bewirkt, dass Strom von der +12 VDC-Quelle und durch die Induktivität fließt. Der Strom wird schließlich irgendwann aufgrund des Gleichstromwiderstands der Induktivität abflachen.

Wenn der Strom in der Basis T1verringert wird, T1stoppt auch der Stromfluss in der Induktivität. An diesem Punkt bricht das Magnetfeld zusammen, was dazu führen kann, dass sich die Spannung an der Spule „umkehrt“. Das heißt, der Strom würde versuchen, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen. Die Diode D1wird in Vorwärtsrichtung vorgespannt und erscheint für den Strom in der Induktivität als Schaltung mit sehr niedriger Impedanz. Auf diese Weise D1"klemmt" die Induktivität.