¿Cómo puedo usar el voltaje generado por el retroceso inductivo?

Estoy diseñando un circuito que requiere un pulso de alto voltaje para encender una bujía. Estoy pensando en usar un inductor para proporcionar este pulso (a través de un retroceso inductivo), pero estoy luchando por descubrir cómo hacer que funcione sin destruir mi fuente de alimentación.

Entiendo que las bujías en un automóvil se disparan de manera similar usando una bobina de encendido (que en realidad es como un transformador, por lo que el lado de alto voltaje está aislado del lado de bajo voltaje). Sin embargo, no he podido averiguar cómo se protege la batería del pico de voltaje masivo. Por lo que puedo decir, un diodo flyback en el primario también evita picos en el secundario, por lo que parece casi imposible obtener un pico.

Mi diseño no usa un transformador, ya que parecía que no había diferencia entre usar un inductor y un transformador. Entonces, actualmente estoy diseñando el circuito con un inductor, aunque podría cambiarlo a un transformador si esa es la única forma de hacerlo. El circuito se ve así:

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Estoy simulando la bujía como un elemento de alta resistencia (100 GOhm). La resistencia de 1,4 kOhm se usa para ajustar el voltaje de salida, según tengo entendido, el voltaje de salida está dado por V = I * R , donde I es la corriente a través del inductor antes de cambiar, y R es la resistencia del circuito RL. La resistencia de 1 ohmio se utiliza para limitar la corriente a través de la resistencia.

Este circuito técnicamente hace lo que quiero que haga. Produce un pico de voltaje muy alto (creo que alrededor de 7 kV) cuando se abre el interruptor. Sin embargo, el cambio es el verdadero problema. Si uso un interruptor de estado sólido (MOSFET, SSR, etc.), habría problemas importantes con la clasificación de voltaje de los interruptores, ya que será muy difícil encontrar un interruptor que esté bien con 7 kV cayendo sobre él. . La alternativa más fácil es usar un relé, pero necesito evitar que los contactos del relé se enciendan. La única forma que conozco de evitar este problema es usar un diodo flyback, pero eso también reducirá el voltaje producido por el inductor, por lo que es poco probable que se encienda la bujía.

La única solución que se me ocurrió es usar un fusible reiniciable PPTC para bloquear corrientes altas (ya que algo mayor que ( 5 V/1 Ohm = ) 5 A sería inusual en el circuito anterior), pero eso también dependería de el fusible está clasificado para voltajes muy altos. ¿Hay alguna forma mejor de hacer esto? ¿Cómo hacen esto los automóviles sin tener una gran diferencia de potencial entre el terminal positivo de la batería y el terminal positivo del inductor en la bobina de encendido?

No estoy seguro de por qué quiere evitar el uso de un transformador. El uso de un transformador le permitiría usar componentes de voltaje más bajo (pero de corriente más alta) para la conmutación.
falstad también tiene un elemento de vía de chispas en "componentes pasivos"
@MathKeepsMeBusy No hay una razón particular para no usar un transformador (excepto tal vez el espacio). El mayor problema al que me enfrento es que la bobina primaria del transformador reacciona exactamente de la misma manera que lo hace el inductor, por lo que no parece marcar la diferencia. ¿O está diciendo que un transformador podría permitir que el lado de V bajo tenga un pico de V bajo (que con suerte la fuente de alimentación / interruptor pueda manejar) y aislar el pico de V alto en el lado de V alto?
@JolonB. Sí exactamente. Cambia la corriente en el lado de bajo V del transformador y usa el lado de alto V, para lo que sea que necesite picos de alto voltaje. Por ejemplo, si tuviera un transformador 1:20, en lugar de que su interruptor necesitara soportar 7KV, solo necesitaría soportar 7000/20 = 350V. Si puede obtener una relación de transformación aún mayor, los requisitos de V máximo de su interruptor se reducirán en consecuencia.
Un "transformador" flyback es más un inductor acoplado (generalmente con un núcleo abierto) que un transformador. Pero el voltaje de salida se reflejará de regreso al devanado de entrada (o derivación) por la relación de vueltas como en la acción normal del transformador. Eso permite que un interruptor de unos pocos cientos de voltios controle miles de voltios de voltaje de salida.

Respuestas (2)

¿Cómo puedo usar el voltaje generado por el retroceso inductivo?

La corriente que fluye a través de un inductor, al cerrar los contactos del interruptor, daría como resultado que la energía se almacene en su campo magnético. La interrupción de la corriente, causada por la apertura de los contactos del interruptor, conduciría a un colapso del campo magnético y la consiguiente inducción de un alto voltaje que se dispararía a través de los contactos abiertos para transferir energía de regreso a la fuente.

Si ese inductor formara el primario de una bobina de encendido con una relación de vueltas de 1:100, el voltaje de alrededor de 200 V inducido por él sería aumentado por el secundario a alrededor de 20 kV y alimentado a la bujía a través de un cable de alta tensión. .

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Un capacitor a través de los contactos proporcionaría un camino para que la corriente inducida debilite la chispa y minimice las picaduras.

En un sistema de encendido por descarga de capacitor, un capacitor, cargado a un voltaje alto, se descargaría a través del primario de la bobina de encendido para generar un voltaje extra alto en el secundario.

Parece que la mayoría de los sistemas de encendido de los vehículos (que usan una bobina de encendido) también usan una resistencia de balasto. ¿Hay alguna razón que no esté incluida en su diagrama? ¿Cuál es el propósito del interruptor conectado a la batería? Seguramente habrá chispas sobre eso también.
Hola JolonB, se usaría una resistencia de balasto con una bobina de encendido, diseñada para funcionar con el voltaje de batería más bajo disponible durante el arranque. Se omitiría durante el arranque y se conectaría en serie durante el funcionamiento normal. Lo he dejado fuera por simplicidad. El interruptor de encendido, que se muestra en serie con la batería, se encendería durante el arranque del motor y permanecería encendido durante el funcionamiento. Chispearía, mientras se abría para apagar el motor.

¿Hay alguna forma mejor de hacer esto?

Usas un transformador elevador.

Si la relación de aumento es (digamos) 50:1 y el voltaje de salida es (digamos) 10 kV antes de que se encendiera, entonces la fuerza contraelectromotriz del voltaje primario es: -

10 , 000 50 = 200  voltios

Tenga en cuenta que cuando la salida secundaria produce una chispa de 10 kV, provoca una fuerza contraelectromotriz primaria de 10 kV dividida por la relación de transformación inversa, es decir, entonces funciona como un transformador reductor.

Así es como los transformadores flyback pueden generar grandes voltajes sin una fuerza contraelectromotriz excesiva en el primario.

Así es también como millones de motores pequeños impulsan sus bujías: la patada en el primario de "bajo voltaje" está limitada a unos pocos cientos de V por el punto débil del circuito secundario (¡con suerte, la bujía!) Descomponiéndose en 10s de kV. La única diferencia es que el primario es impulsado por un par de imanes que pasan volando por el espacio, justo cuando se abren los contactos, en lugar de una batería.