¿Qué impide que el voltaje de contragolpe alcance un voltaje infinito?

Un inductor real se parece a esto (se muestra a continuación un inductor con 4 bobinas). Hay una pequeña cantidad (generalmente en el rango pF-FF) de capacitancia entre cada bobina. Cada pieza de alambre también tiene alguna resistencia asociada con ella.

Debido a que cada bobina en un inductor tiene resistencia (o cada sección de cable si considera una bobina) esto impide la corriente y reduce el voltaje. La pequeña cantidad de capacitancia también almacenará parte del voltaje y evitará un cambio instantáneo en el voltaje.

Todos estos absorben energía que impide que la Fuerza Electromotriz (FEM) que se ha almacenado alrededor de un inductor genere un voltaje infinito. Un inductor se puede simplificar realmente en un circuito como el que está a la izquierda a continuación.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

A superconducting coil sería capaz de generar muchos más voltajes volumétricos en el caso de los bienes y servicios en el mercado. p>     

Cualquier sistema de almacenamiento de energía (un inductor) tiene un tamaño distinto de cero.

Cualquier cosa que no sea de tamaño cero tiene campos eléctricos distintos de cero o capacitancia. Las uniones de dispositivos suelen ser una gran fuente de capacitancia parásita. Los sistemas Flyback usan un diodo para transferir energía a un condensador de carga.

En la excursión de voltaje máximo, toda la energía inductiva tiene (1) disipado como calor (2) ha sido irradiado como campo EM (3) almacenado en el campo eléctrico de las capacidades intencional y parasitaria.

La resistencia en serie importa mucho con el voltaje de "retroceso" debido a la capacitancia en serie del "interruptor" cuando se abre. Esto forma un circuito resonante RLC de la serie clásica que tiene propiedades de ganancia de voltaje por relación de impedancia de

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

Para la situación de pico de voltaje de retroceso, se puede probar que \ $ | V_p | = Q * V_ {dc} \ $ para el Factor de calidad, Q (arriba) y la tensión de alimentación del lazo Vdc en alguna frecuencia de resonancia.

Cuando se desactiva un circuito con un interruptor de contacto cuando t va a 0, V / L = dI / dt, V no va al infinito debido a esta capacitancia parásita.

Ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

  

por ejemplo Considere un circuito en serie, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohms, Idc = 1A . ¿Cuál es el retroceso de voltaje del interruptor, cuando se acaba de abrir, si Csw = 1pF ?

     

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

Ahora considere lo mismo para un interruptor FET con capacidad de salida de 1nF con RdsOn < < 1% de R = 1. ¿Qué es dV?

p.s. Si aprendiste algo, entonces comenta tu respuesta.

La respuesta intuitiva es que el interruptor pasa de un conductor a un pequeño condensador parásito que limita la velocidad de respuesta de la tensión y, al igual que el inductor, limita la velocidad de respuesta de la corriente y, en su frecuencia de resonancia, la ganancia de tensión, Q en ω0 es inversamente proporcional a R, por lo que la serie R más grande reduce el voltaje.

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

Misc

Se puede probar la impedancia de circuito abierto como una línea de transmisión "impedancia característica" \ $ Zo = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $

Vemos que el retroceso de voltaje se parece a la Ley de Ohm. \ $ V_p = I_ {dc} * Z_0 \ $  La tensión pico Vp, generada por la interrupción de una corriente inductiva, \ $ I_ {dc} \ $.

Solo considere un ejemplo simple de 100 uH y 1 amp que fluye. Cuando se abre el contacto en serie con el inductor, pueden quedar 5 pF de capacitancia parásita a través del inductor y ese amperio creará un alto voltaje de retroceso, pero ¿cuánto?

$$ I = C \ dfrac {dV} {dt} $$

Entonces, potencialmente (sin juego de palabras) el voltaje a través del capacitor de 5 pF podría aumentar a una velocidad de 200 kV / microsegundo. Dado que su voltaje de inicio es potencialmente despreciable en comparación, dentro de unos pocos segundos puede desarrollarse un voltaje bastante grande. Sin embargo, esto se ve mitigado por la falta de energía almacenada en el inductor: -

$$ W = \ dfrac {L \ cdot I ^ 2} {2} $$

O 5 micro julios. Toda esta energía se transferirá cíclicamente al capacitor y podemos equiparar la fórmula de energía del capacitor a 5 uJ para obtener el voltaje máximo: -

$$ W = \ dfrac {C \ cdot V ^ 2} {2} $$

Esto produce un voltaje máximo del capacitor de 1414 voltios.