¿Se necesitan diodos flyback para este inductor controlado por voltaje de amplificador operacional?

Entiendo la necesidad de diodos flyback cuando intento cambiar la corriente del inductor abruptamente con un interruptor mecánico o cuando uso un BJT/MOSFET como interruptor.

Ahora, suponga que controlo (linealmente) el voltaje a través de una bobina con este circuito de amplificador operacional:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Me parece que un diodo flyback no debería ser necesario en absoluto con este circuito, incluso si imaginamos que el amplificador operacional no tiene diodos internos entre su terminal de salida y sus terminales de alimentación.

Digamos que el circuito está estable en Vin = 4V por lo que la corriente de la bobina es 6A (de derecha a izquierda). Luego, aumentemos Vin a 7V, lo que debería disminuir la energía almacenada en la bobina. En mi opinión, el amplificador operacional simplemente debe reducir la corriente que fluye a través del transistor inferior de su etapa de salida a una velocidad que hace que el EMF de la bobina resulte en 7 V en la salida del amplificador operacional (cuando Vin se escalona, ​​la media de 6A a R1 que el lado derecho de L1 está a 4 V, por lo que la FEM inducida a través de L1 haría que su lado izquierdo fuera 3 V más alto que el lado derecho en ese instante). Este cambio de corriente termina cuando 3A pasan por el inductor.

Mi pregunta es: ¿Es correcto mi entendimiento y la teoría dicta que no se necesita un diodo flyback para este circuito? En caso afirmativo, ¿falta algo en este modelo simplificado que requiera un diodo flyback en aplicaciones reales?

Tenga en cuenta que esta es más una pregunta teórica destinada a mejorar mi comprensión y el modelo mental de los amplificadores operacionales, por lo que las respuestas en la línea de "simplemente arroje un diodo allí para estar seguro" son innecesarias. Esta es una versión simplificada de mi circuito real que tiene suministros duales y regula la corriente (usando una resistencia de detección de corriente entre el inductor y la tierra), por lo que cualquier explicación que permita la extrapolación a circuitos más complejos es bienvenida.

Respuestas (3)

Todavía agregaría diodos entre la salida del opamp y ambos rieles de suministro.

Dichos diodos ya están presentes de todos modos dentro del opamp (para protección ESD), pero no desea dañar estos diodos, ya que entonces tendría que reemplazar el opamp.

Tiene razón en que, en condiciones normales de trabajo, la corriente a través de la bobina no se interrumpe (que es la causa del alto voltaje dañino), pero ¿qué pasa cuando enciende o apaga el circuito o se produce un fallo en el suministro?

Por lo tanto, no me arriesgaría y solo agregaría diodos con polarización inversa para proteger la salida del opamp. Usaría diodos Schottky rápidos que pueden manejar una corriente directa de 1 A (esto es solo mi suposición).

+1 para protección de arranque y apagado. Los diseñadores a menudo se olvidan de eso.

Cuando intente cambiar instantáneamente la corriente de 6 amperios a 3 amperios, el lado izquierdo del inductor reaccionará de manera que la corriente fluya a 6 amperios (solo por un corto tiempo hasta que la energía almacenada se pierda en alguna parte). Por lo tanto, su única opción es generar un voltaje que sea lo suficientemente alto como para forzar la corriente a través del transistor superior en su etapa push-pull dentro del amplificador operacional (o generar una chispa).

Dado que este transistor superior nunca se enciende intencionalmente en ninguno de los escenarios, el inductor generará instantáneamente un voltaje cada vez mayor hasta que el transistor se rompa o se produzca una chispa en alguna parte.

Me parece que se necesita un diodo de protección.

En el modelo mental que tengo, no estoy tratando de cambiar la corriente instantáneamente, sino el voltaje. Estoy de acuerdo en que tan pronto como el amplificador operacional comience a limitar la corriente, el EMF del inductor aumentará el voltaje de la red de salida del amplificador operacional para tratar de forzar la corriente a través del amplificador operacional. Sin embargo, tan pronto como esa red alcance los 7V, tengo la sensación de que el amplificador operacional debería "retroceder" y no reducir más la corriente. (Esto luego sucede una cantidad infinita de veces hasta que la corriente se ha establecido en 3A, según una ecuación de diferencia de RL típica). ¿Me estoy perdiendo algo con respecto al comportamiento del amplificador operacional en este escenario?
@GummiV se reduce a la fórmula anterior V = L di / dt. si está cambiando la corriente gradualmente, entonces el voltaje producido por el inductor que intenta contrarrestar ese cambio de corriente será pequeño. Si intenta cambiar la corriente demasiado rápido, ese contravoltaje será lo suficientemente grande como para provocar una chispa o destruir el transistor superior. No, tan pronto como se alcanzan los 7 voltios, las cosas NO se equilibran y se asientan porque siempre quedará algo de energía en el inductor, pero si su controlador es un duro y puede sujetar a 7 voltios, entonces estará actuando. como diodo inverso...
.... Que lo haga depende de lo bueno que sea el conductor; por lo general, las personas no prueban / saben esto y usan un diodo.
Gracias. Siento que todavía me falta algo. Usted menciona "cambiar la corriente demasiado rápido" cuando siento que estoy cambiando el voltaje y dejando que la corriente se "asiente" en un valor final (de la misma manera que sucedería al conectar un inductor a una fuente de voltaje, excepto que aquí yo Estoy disminuyendo la corriente al disipar la energía en el transistor de OA). Es decir, mi opinión es que después del cambio de paso, el amplificador operacional regulará efectivamente la parte di/dt para que la red de salida del amplificador operacional permanezca en 7 V fijos hasta que la corriente haya cambiado de 6 A a 3 A (con el típico L /R constante de tiempo).
Si su controlador puede piratear la capacidad de mantener el voltaje, entonces lo hará. Debe recordar que tengo que tratar de entrar en sus pensamientos y, a veces, las respuestas pueden oscilar un poco de un lado a otro, pero si el controlador puede manejar hundir una corriente en el transistor superior cuando normalmente solo hundiría corriente, entonces debería estar bien.

A menudo, cuando tiene un circuito push-pull discreto, no necesita diodos flyback, pero no hará daño instalarlos, y si no puede analizar la sección de salida del amplificador (quizás el circuito integrado) del amplificador para determinar ellos no son necesarios, esta es una práctica buena (y económica). En este caso, solo puede absorber corriente, por lo que se requeriría un diodo para el suministro de +10. Un diodo Schottky es mucho más seguro que un diodo normal, ya que fluirá poca corriente a través de las uniones internas cuando el Schottky conduce en paralelo. La corriente que fluye a través de las uniones internas podría causar problemas que son difíciles de predecir.

Tenga en cuenta que todavía hay algo de qué preocuparse: si existe un diodo de este tipo (o el equivalente) y si el suministro de 10 V se desconecta repentinamente, el colapso del campo puede hacer que el voltaje de suministro al chip aumente a un nivel lo suficientemente alto como para dañarlo. el chip (dependiendo de la capacitancia del bus, etc.). Entonces, un Zener o un TVS capaz de absorber la energía en la bobina puede ser una buena idea, colóquelo de +10 a tierra, o de la salida del amplificador a tierra.

¿Se necesitan diodos flyback para este inductor controlado por voltaje de amplificador operacional?
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