Qu'est-ce qui empêche la tension de rebond d'atteindre une tension infinie?

Nous savons que la tension sur une inductance est définie par la formule:

$V = L * \frac {di}{dt}$

Ainsi, dans le cas où le flux de courant est soudainement interrompu (comme lorsqu'un contact mécanique est ouvert), des pointes de tension se produisent dans la vie réelle.

Cependant, ce n'est pas toujours le cas: nous ne voyons pas d'arcs se produire dans de petites charges inductives. (Par petites charges inductives, je veux dire un moteur de voiture jouet, par exemple.) Cependant, la formule dit que le terme d t devrait approcher de l'infini lorsque les contacts mécaniques sont ouverts, par conséquent letermeL(qui devrait être petit dans les petites charges inductives) ne devrait pas avoir d'effet significatif. Simplement, nous devrions pouvoir voir des étincelles chaque fois que nous ouvrons une charge inductive - indépendamment de l'inductance.$\frac{di}{dt}$$L$

Quels sont les facteurs pratiques qui empêchent la tension d'atteindre l'infini? Le flux actuel diminue-t-il réellement plus lentement, ou la formule est-elle peut-être insuffisante pour une telle «discontinuité»?

Un véritable inducteur ressemble à ceci (illustré ci-dessous est un inducteur à 4 bobines), il y a une petite quantité (généralement dans la plage pF-fF) de capacité entre chaque bobine. Chaque morceau de fil a également une résistance associée.

Parce que chaque bobine dans une inductance a une résistance (ou chaque section de fil si vous considérez une bobine), cela entrave le courant et réduit la tension. La petite quantité de capacité stockera également une partie de la tension et empêchera un changement instantané de la tension.

Tous ces éléments absorbent de l'énergie qui empêche la force électromotrice (EMF) qui a été stockée autour d'un inducteur de générer une tension infinie. Une inductance peut en fait être simplifiée en un circuit tel que celui de gauche ci-dessous.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Une bobine supraconductrice serait capable de générer des tensions beaucoup plus massives en raison de pertes beaucoup plus faibles dues aux parasites.

Tout système de stockage d'énergie (un inducteur) a une taille non nulle.

Tout élément de taille non nulle a des champs électriques ou une capacité non nuls. Les jonctions de périphériques sont généralement une grande source de capacité parasite. Les systèmes Flyback utilisent une diode pour transférer l'énergie dans un condensateur de charge.

À l'excursion de tension de crête, toute l'énergie inductive a (1) été dissipée lorsque la chaleur (2) a été rayonnée alors que le champ EM (3) a été stocké dans le champ électrique des capacités intentionnelles et parasites.

La résistance série est très importante pour la tension de "rebond" due à la capacité série du "commutateur" lorsqu'il est ouvert. Cela forme un circuit résonnant RLC série classique qui a des propriétés de gain de tension par rapport d'impédance de

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

$|V_p| = Q * V_{dc}$

Lors de la mise hors tension d'un circuit avec un commutateur de contact lorsque t passe à 0, V / L = dI / dt, V ne va pas à l'infini en raison de cette capacité parasite.

Exemple

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Par exemple, considérons un circuit série, Vdc = 1V, L = 1uH, R = 1 Ohms, Idc = 1A . Quel est le rebond de la tension de commutation, à l'ouverture, si Csw = 1pF ?

1V, 100V, 1kV, 1e6 V ou infini?

Considérons maintenant la même chose pour un commutateur FET avec une capacité de sortie 1nF avec RdsOn << 1% de R = 1. Qu'est-ce que le dV?

ps si vous avez appris quelque chose, commentez votre réponse.

La réponse intuitive est que le commutateur passe d'un conducteur à un minuscule condensateur parasite qui limite la vitesse de balayage de la tension et comme l'inductance limite la vitesse de balayage du courant et à leur fréquence de résonance le gain de tension, Q à ω0 est inversement proportionnelle à R, donc une série plus grande R amortit la tension.

$V_p= I_{dc} \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

Divers

$Zo= \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

$V_p = I_{dc}*Z_0$$I_{dc}$

Considérez simplement un exemple simple de 100 uH et 1 ampère qui coule. Lorsque le contact en série avec l'inductance s'ouvre, il peut y avoir 5 pF de capacité parasite à travers l'inductance et que 1 ampère créera une tension de retour élevée mais combien?

Donc potentiellement (sans jeu de mots), la tension aux bornes du condensateur de 5 pF pourrait augmenter à un taux de 200 kV / microseconde. Étant donné que sa tension de démarrage est potentiellement négligeable en comparaison, en quelques micro secondes, une tension assez importante pourrait se développer. Cependant, cela est atténué par le manque d'énergie stockée dans l'inducteur: -

Ou 5 micro joules. Toute cette énergie sera transférée cycliquement au condensateur et nous pouvons assimiler la formule d'énergie du condensateur à 5 uJ pour nous donner la tension maximale: -

Cela produit une tension de condensateur de pointe de 1414 volts.