Un modelo mental útil de un inductor para el diseño de circuitos es que los inductores imparten inercia a la corriente. Esto es falso y no sensitivo a nivel físico, pero es una abstracción útil cuando se trata de imaginar lo que hace un inductor en un circuito.
Considere la corriente actual a través de un trozo de cable. Siempre hay una inductancia inevitable, pero para cables individuales suele ser tan pequeño que podemos ignorarlo. Digamos que conectó este cable a una fuente de 5 V con 5 Ω en serie en los extremos del cable. Tan pronto como lo conectes, 1 A fluirá instantáneamente. Cuando lo desconectas, la corriente deja de fluir instantáneamente y pasa a 0 A.
Ahora reemplaza ese cable con un inductor. Cuando lo conecte por primera vez, la corriente aumentará, no saltará al valor final al instante. En realidad, la corriente es un exponencial que se aproxima asintóticamente al valor de estado estacionario de 1 A. Cuanto mayor sea el inductor, mayor será la constante de tiempo.
Una forma de visualizar esto mentalmente (de nuevo, no intentes pensar en la física de esta manera) es que el inductor dé inercia a la corriente. Cuando conectas por primera vez el "empuje" (el voltaje), la corriente comienza a subir.
Ahora piensa en lo que sucede cuando se abre el circuito. La corriente a través del inductor no quiere detenerse repentinamente, al igual que un automóvil que va por la carretera no puede detenerse repentinamente. Se necesita una fuerza sostenida durante un tiempo para detener el automóvil.
Del mismo modo, toma un voltaje inverso sostenido durante un tiempo para detener la corriente. Pero puedo oírte pensar, acabamos de abrir el circuito, por lo que no puede haber ninguna corriente . El problema es que este es un caso donde la aproximación de todos los componentes que son ideales se descompone. En algún lugar hay un interruptor que tiene que abrirse para detener el flujo de la corriente. Eso podría ser un transistor o un contacto mecánico.
Veamos lo que sucede cuando se abre un contacto mecánico. No puede saltar instantáneamente de lo conectado a lo lejos. En algún momento, simplemente comienza a abrirse y hay un espacio de aire muy pequeño entre los contactos. Debido a la "inercia" de la corriente, la corriente no puede cambiar instantáneamente. Inmediatamente después de que se abren los contactos, el voltaje aumenta lo suficiente como para que se forme un arco a través del pequeño espacio de aire, que continúa permitiendo que la corriente fluya. Eso causa cierta tensión en el interruptor, que aplica una tensión inversa en el inductor, lo que hace que la corriente disminuya. Finalmente, la corriente pasa a 0 y todo vuelve al estado estable de circuito abierto.
Es posible que tenga un problema imaginando cómo este inductor puede generar un alto voltaje. Piensa en que el coche se está desacelerando. Cuando se desacelera normalmente, los frenos causan una fuerza de retroceso, lo que causa que la velocidad disminuya hasta que finalmente llegue a 0. Sin embargo, tratar de abrir el circuito rápidamente con un interruptor mecánico es como si el automóvil golpeara una pared sólida. La fuerza inversa se vuelve muy alta. Debido a que es tan alto, detiene el auto rápidamente (y en este caso, de manera destructiva).
En el caso de que se abra un inductor y un interruptor mecánico, es el interruptor el que da un poco, a diferencia del coche que choca contra una pared donde el coche da en lugar de la pared.
Vuelva a la ecuación básica de lo que hace un inductor, y puede ver este comportamiento descrito matemáticamente:
dI = V dt / L
Un voltaje (V) aplicado durante algún tiempo (dt) causa un incremento de corriente (dI) inversamente proporcional a la inductancia (L). En unidades comunes:
dA = V ds / H
dA es el aumento de corriente en amperios, V el voltaje, ds los segundos en que se aplica el voltaje y H la inductancia en Henries.
Por ejemplo, si aplica 5 V a 100 mH durante 30 ms, el aumento de corriente en el inductor será (5 V) (30 ms) / (100 mH) = 1.5 A.
Esta capacidad de un inductor para generar un alto voltaje cuando intenta detener la corriente a través de él rápidamente es la base de cómo funcionan los convertidores de refuerzo.
Primero,elinductorse"carga" al conectarlo entre la fuente de entrada y la tierra. Esto se hace cerrando el interruptor. Eso hace que la corriente a través de ella aumente de forma lineal.
Cuando la corriente llega a un buen nivel, el interruptor se abre. La corriente del inductor no puede detenerse instantáneamente. El inductor genera el voltaje que sea necesario para que la corriente fluya a corto plazo. Por lo tanto, la corriente fluye a través del diodo, cargando el condensador de salida. Esto coloca el voltaje inverso a través del inductor, reduciendo su corriente con el tiempo.
Este interruptor se cierra de nuevo. Eso evita que la corriente fluya hacia la salida, pero acumula corriente en el inductor. Este proceso se repite rápidamente para ofrecer muchos disparos de corriente a la salida.