Що утримує напругу відкату від досягнення нескінченної напруги?

Відомо, що напруга над індуктором визначається формулою:

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

Так, у випадку, коли струм струму раптово переривається (наприклад, коли відкривається механічний контакт), у реальному житті виникають сплески напруги.

Однак це не завжди так: ми не бачимо, що дуги трапляються при малих індуктивних навантаженнях. (Під невеликими індуктивними навантаженнями я маю на увазі, наприклад, іграшковий автомобільний мотор.) Однак формула говорить, що термін повинен наближатися до нескінченності, коли механічні контакти відкриваються, томутермінL(який повинен бути малим при малих індуктивних навантаженнях) не повинен мати суттєвого впливу. Просто ми повинні мати можливість бачити іскри, коли ми відкриваємо будь-яке індуктивне навантаження, незалежно від індуктивності.$\frac{di}{dt}$$L$

Які практичні фактори запобігають досягненню напруги до нескінченності? Чи поточний струм насправді зменшується повільніше, або формула, можливо, недостатня для такої "перерви"?

Справжній індуктор виглядає так (показано нижче - індуктор з 4 котушками) є невелика кількість (як правило, в діапазоні pF-fF) ємності між кожною котушкою. Кожен шматок дроту також має певний опір, пов'язаний з ним.

Оскільки кожна котушка індуктора має опір (або кожна секція дроту, якщо врахувати одну котушку), це перешкоджає струму і зменшує напругу. Невелика кількість ємності також збереже частину напруги і запобіжить миттєву зміну напруги.

Всі вони всмоктують енергію, яка не дає електромоторній силі (ЕРС), що зберігається навколо індуктора, генерувати нескінченну напругу. Індуктор насправді може бути спрощений в ланцюг, наприклад, ліворуч внизу.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Надпровідної котушки матиме можливість створювати набагато більш масивні напруги з - за набагато нижчих втрат з - за паразитних.

Будь-яка система зберігання енергії (індуктор) має ненульовий розмір.

Все, що має ненульовий розмір, має ненульові електричні поля або ємність. З'єднання пристроїв, як правило, є великим джерелом паразитарної ємності. Системи Flyback використовують діод для передачі енергії в конденсатор навантаження.

При піковій екскурсії напруги вся індуктивна енергія (1) розсіюється, як тепло (2) випромінюється, як ЕМ-поле (3) зберігається в електричному полі навмисних та паразитарних ємностей.

Серійний опір має велике значення з напругою "відкат" через послідовну ємність "перемикача" при відкритті. Це утворює класичну резонансну схему RLC, яка має властивості посилення напруги за коефіцієнтом опору

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

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

При знеструмленні ланцюга з контактним вимикачем, коли t переходить до 0, V / L = dI / dt, V не переходить до нескінченності через цю паразитарну ємність.

Приклад

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Наприклад, розглянемо послідовну схему, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ом, Idc = 1A . Що таке відкат напруги вимикача, коли він відкритий, якщо Csw = 1pF ?

1В, 100В, 1кВ, 1е6 В або нескінченно?

Тепер розглянемо те ж саме для перемикача FET з вихідною ємністю 1nF з RdsOn << 1% R = 1. Що таке дВ?

ps Якщо ви щось дізналися, коментуйте свою відповідь.

Інтуїтивна відповідь полягає в тому, що перемикач переходить від провідника до крихітного розрядного конденсатора, який обмежує швидкість повороту напруги і, як і індуктор, обмежує швидкість повороту струму і при їх резонансній частоті посилення напруги, Q при ω0 обернено пропорційний R, тому більший ряд R гасить напругу.

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

Різне

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

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

Просто розглянемо простий приклад протікання 100 мкг і 1 ампер. Коли серійний контакт з індуктором відкриється, може залишитися 5 пФ паразитичної ємності по всьому індуктору і 1 ампер створить високу віддачу напруги, але скільки?

Таким чином, потенційно (не призначено каламбур) напруга в конденсаторі 5 пФ може зростати зі швидкістю 200 кВ / мікросекунда. Зважаючи на те, що його початкова напруга потенційно мізерна порівняно, за кілька мікросекунд може розвинутися досить велика напруга. Однак це пом'якшується відсутністю енергії, що зберігається в індукторі:

Або 5 мікро джоулів. Вся ця енергія буде циклічно передаватися в конденсатор, і ми можемо прирівняти формулу енергії конденсатора до 5 мДж, щоб дати нам максимальну напругу: -

При цьому виробляється пікова напруга конденсатора 1414 вольт.