Was verhindert, dass die Rückschlagspannung eine unendliche Spannung erreicht?

Ein echter Induktor sieht so aus (unten ist ein Induktor mit 4 Spulen gezeigt), es gibt eine kleine Kapazität (normalerweise im pF-fF-Bereich) zwischen jeder Spule. Jedes Drahtstück hat auch einen gewissen Widerstand.

Da jede Spule in einem Induktor einen Widerstand hat (oder jeder Drahtabschnitt, wenn Sie eine Spule betrachten), behindert dies den Strom und reduziert die Spannung. Die geringe Kapazität speichert auch einen Teil der Spannung und verhindert eine sofortige Spannungsänderung.

Diese saugen alle Energie auf, die verhindert, dass die elektromotorische Kraft (EMF), die um einen Induktor herum gespeichert wurde, eine unendliche Spannung erzeugt. Ein Induktor kann tatsächlich zu einer Schaltung wie der links unten vereinfacht werden.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Eine supraleitende Spule wäre in der Lage, aufgrund von viel geringeren Verlusten aufgrund von Parasiten viel massivere Spannungen zu erzeugen.

Jedes Energiespeichersystem (ein Induktor) hat eine Größe ungleich Null.

Alles, was eine Größe ungleich Null hat, hat elektrische Felder oder Kapazität ungleich Null. Geräteübergänge sind normalerweise eine große Quelle parasitärer Kapazitäten. Flyback-Systeme verwenden eine Diode, um Energie in einen Lastkondensator zu übertragen.

Bei Spitzenspannungsausschlag wurde die gesamte induktive Energie (1) als Wärme dissipiert (2) als EM-Feld abgestrahlt (3) im elektrischen Feld der beabsichtigten und der parasitären Kapazitäten gespeichert.

Der Serienwiderstand spielt eine große Rolle bei der "Rückschlag" -Spannung aufgrund der Serienkapazität des "Schalters" beim Öffnen. Dies bildet einen klassischen Reihen-RLC-Resonanzkreis, der Eigenschaften einer Spannungsverstärkung durch ein Impedanzverhältnis von aufweist

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

Für die Situation der Rückschlagspannungsspitze kann dies nachgewiesen werden$|V_p| = Q * V_{dc}$für Qualitätsfaktor, Q (oben) und Schleifenversorgungsspannung Vdc bei irgendeiner Resonanzfrequenz.

Beim Abschalten einer Schaltung mit einem Kontaktschalter, wenn t auf 0 geht, V/L=dI/dt, geht V aufgrund dieser parasitären Kapazität nicht auf unendlich.

Beispiel

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Betrachten Sie zB eine Reihenschaltung, Vdc=1V, L=1uH, R=1 Ohm, Idc= 1A . Wie hoch ist der Spannungsrückschlag des Schalters, wenn er gerade geöffnet ist, wenn Csw = 1pF ?

1V , 100V, 1kV, 1e6 V oder unendlich?

Betrachten Sie nun dasselbe für einen FET-Schalter mit einer Ausgangskapazität von 1 nF mit RdsOn << 1 % von R = 1. Was ist DV?

ps wenn du etwas gelernt hast, dann kommentiere deine antwort.

Die intuitive Antwort ist, dass der Schalter von einem Leiter zu einem winzigen Streukondensator geht, der die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung begrenzt, und wie die Induktivität die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms begrenzt und bei ihrer Resonanzfrequenz die Spannungsverstärkung Q bei ω0 umgekehrt ist proportional zu R, also dämpft eine größere Serie R die Spannung.

Antworten$V_p= I_{dc} \sqrt{\dfrac{L}{C}}$= 1A * √(1uH/1pF)= 1kV

Sonstiges

Es kann die Leerlaufimpedanz wie eine "charakteristische Impedanz" einer Übertragungsleitung nachgewiesen werden$Zo= \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

Wir sehen, dass der Spannungsrückschlag wie das Ohmsche Gesetz aussieht. $V_p = I_{dc}*Z_0$Die Spitzenspannung Vp, die durch Unterbrechung eines induktiven Stroms erzeugt wird,$I_{dc}$.

Betrachten Sie einfach ein einfaches Beispiel von 100 uH und 1 Ampere fließen. Wenn sich der Kontakt in Reihe mit der Induktivität öffnet, bleiben möglicherweise 5 pF parasitäre Kapazität über der Induktivität zurück, und dieser 1 Ampere erzeugt eine hohe Rückschlagspannung, aber wie viel?

Potenziell (kein Wortspiel beabsichtigt) könnte die Spannung am 5-pF-Kondensator mit einer Rate von 200 kV/Mikrosekunde ansteigen. Da seine Startspannung im Vergleich möglicherweise vernachlässigbar ist, könnte sich innerhalb weniger Mikrosekunden eine ziemlich große Spannung entwickeln. Dies wird jedoch durch den Mangel an im Induktor gespeicherter Energie gemildert: -

Oder 5 Mikrojoule. All diese Energie wird zyklisch auf den Kondensator übertragen und wir können die Kondensatorenergieformel mit 5 uJ gleichsetzen, um uns die maximale Spannung zu geben: -

Dies erzeugt eine Spitzenkondensatorspannung von 1414 Volt.