¿Qué evita que el voltaje de retroceso alcance un voltaje infinito?

Un inductor real se ve así (a continuación se muestra 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 asociada cierta resistencia.

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 evita que la fuerza electromotriz (EMF) que se ha almacenado alrededor de un inductor genere un voltaje infinito. En realidad, un inductor se puede simplificar en un circuito como el que se muestra a continuación a la izquierda.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Una bobina superconductora podría generar voltajes mucho más masivos debido a pérdidas mucho menores debido a parásitos.

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

Cualquier cosa de tamaño distinto de cero tiene campos eléctricos distintos de cero, o capacitancia. Las uniones de dispositivos suelen ser una gran fuente de capacitancia parásita. Los sistemas flyback utilizan un diodo para transferir energía a un condensador de carga.

En la excursión de voltaje pico, toda la energía inductiva (1) se ha disipado como calor (2) se ha irradiado como campo EM (3) se ha almacenado en el campo eléctrico de las capacitancias intencional y parásita.

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 en serie clásico 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 contragolpe, se puede probar que$|V_p| = Q * V_{dc}$para el factor de calidad, Q (arriba) y la tensión de alimentación del bucle Vdc a alguna frecuencia resonante.

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

Ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Por ejemplo, considere un circuito en serie, Vdc=1V, L=1uH, R=1 ohmios, Idc= 1A . ¿Cuál es el contragolpe 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 capacitancia de salida de 1nF con RdsOn << 1% de R=1. ¿Qué es dV?

pd si aprendiste algo, entonces comenta tu respuesta.

La respuesta intuitiva es que el interruptor va de un conductor a un diminuto capacitor extraviado que limita la velocidad de giro del voltaje y, al igual que el inductor, limita la velocidad de giro de la corriente y, en su frecuencia resonante, la ganancia de voltaje, Q en ω0 es inversamente proporcional a R, por lo que la serie R más grande amortigua el voltaje.

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

Varios

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

Vemos que el contragolpe de voltaje se parece a la Ley de Ohm. $V_p = I_{dc}*Z_0$El voltaje pico Vp, generado al interrumpir una corriente inductiva,$I_{dc}$.

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

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 arranque es potencialmente insignificante en comparación, en unos pocos microsegundos podría desarrollarse un voltaje bastante grande. Sin embargo, esto se ve mitigado por la falta de energía almacenada en el inductor: -

O 5 microjulios. Toda esta energía se transferirá cíclicamente al capacitor y podemos igualar la fórmula de energía del capacitor a 5 uJ para darnos el voltaje máximo: -

Esto produce un voltaje de capacitor pico de 1414 voltios.