Ile czasu zajmuje przejście z włączania na wyłączanie?

18

wprowadź opis zdjęcia tutaj Równanie napięcia na cewce indukcyjnej wynosi v = L di / dt. Kiedy przełącznik zmienia obwód z zamkniętego na otwarty, zmienia prąd bardzo szybko. Moje pytanie brzmi: skąd można dokładnie wiedzieć, ile czasu to zajmuje, ponieważ potrzebujesz dokładnej odpowiedzi, aby obliczyć napięcie, które będzie indukowane.

nieznany z nazwiska
źródło
1
Jeśli weźmiesz pod uwagę cewkę indukcyjną jako szybko obracającą się karuzelę na placu zabaw, przełącznik to osoba podchodząca do karuzeli i chwytająca ją, aby zatrzymać obrót. Jeśli osoba jest silna, a ziemia jest twarda, dzieje się to szybko, a energia jest rozpraszana przez osobę, być może nawet przez deformację ziemi (szybkie otwarcie przełącznika). Jeśli powierzchnia jest śliska lub osoba, która nie jest wystarczająco silna, zostanie odrzucona lub zacznie się obracać z karuzelą (przełącznik łukowy lub topienie zamknięte).
krytyczny

Odpowiedzi:

20

To jest bardzo dobre pytanie.

Kiedy przełącznik zmienia obwód z zamkniętego na otwarty, bardzo szybko odcina prąd.

Nie dokładnie. Po otwarciu przełącznika wzrasta napięcie na przełączniku. Napięcie to zmniejsza prąd cewki indukcyjnej zgodnie z di / dt = V / L.

W zależności od przełącznika i jego reakcji na rosnące napięcie na nim, do pewnego stopnia energia zgromadzona w cewce określa sposób otwarcia przełącznika.

Każdy prawdziwy przełącznik będzie miał zbłąkaną pojemność na stykach. W niektórych przełącznikach (punktach wyłącznika zapłonu samochodu) pojemność zostanie zwiększona przez fizyczny kondensator umieszczony na stykach. Tranzystory polowe i tranzystory będą miały pojemności między elektrodami w zakresie od 10 do 1000 pF, w zależności od wielkości urządzenia.

Prąd cewki indukcyjnej, który nadal płynie, ładuje tę pojemność. Przełącznik otwarcia podlega zatem gwałtownemu wzrostowi, choć nie natychmiastowemu, napięciu.

Jeśli energia pierwotnie w cewce może być przechowywana w pojemności przełącznika przy napięciu na tyle niskim, że przełącznik się nie załamie, wówczas przełącznik się nie przełamie. To właśnie robi duży kondensator w układzie wyłącznika zapłonu samochodu. Przerwa między stykami otwiera się wystarczająco szybko, a napięcie rośnie na tyle wolno, że styki „wyprzedzają” rosnące napięcie.

Jeśli napięcie przełącznika wzrośnie powyżej pewnego napięcia przebicia, wówczas się rozpadnie. W przypadku fizycznych przełączników powoduje to łuk między zaciskami. Łuk ten może topić i przesuwać metal, więc często jest bardzo destrukcyjny dla styków mechanicznych. Można to złagodzić, stosując materiały o wysokiej temperaturze topnienia, bardzo ciężkie styki lub używając (jak w rozdzielnicy wysokiego napięcia) podmuchów powietrza do chłodzenia i wydłużania, a tym samym gaszenia łuku. Podczas gdy przełącznik iskrzy, możesz uznać go za „zamknięty”, a przynajmniej nie „otwarty”, więc czas, w którym energia cewki indukcyjnej utrzymuje go w łuk, skutecznie kontroluje szybkość jego otwierania.

MOSFET-y często mają kontrolowane, nieniszczące zachowanie lawinowe, które określa się jako zdolne do powtarzalnego pochłaniania pewnej ilości energii. Konstrukcja obwodu przełączającego jest tak normalna, że ​​energia zgromadzona w indukcyjności obwodu jest rozpraszana w przełączającym FET.

Gdy przełącznik półprzewodnikowy nie jest w stanie poradzić sobie ze zgromadzoną energią indukcyjną, często stosuje się na nich obwód tłumiący, składający się z rezystora i kondensatora połączonych szeregowo. To sprawia, że ​​przełącznik jest mniej wydajny w systemie, dlatego są one wystarczająco duże, aby chronić przełącznik, i nie są większe.

Neil_UK
źródło
6
Nie wspominając o odbiciu przełącznika w mechanicznych przełącznikach ... +1
Elliot Alderson
Można dodać, że łuk powoduje znaczny opór obwodu, a tym samym „pomaga” zmniejszyć prąd.
Paul Paulsen
3
@ElliotAlderson - Chociaż generalnie przełączniki mechaniczne otwierają się czysto. Odbicie kontaktów jest z natury prawie zawsze związane z zamknięciem przełącznika, kiedy kontakty, no wiesz, odbijają się.
WhatRoughBeast
@WhatRoughBeast po zaprogramowaniu AVR Butterfly mogę potwierdzić. Chociaż wątpię, by odbicie spowodowało jakiekolwiek znaczące iskrzenie w tym przypadku ...
John Dvorak
1
Nie. Przeczytaj, co powiedział o pojemności. Energia zgromadzona w indukcyjności naładuje pojemność do pewnej dużej, ale skończonej wartości.
Dave Tweed