La ecuación para el voltaje a través de un inductor es v = L di / dt. Cuando un interruptor cambia el circuito de cerrado a abierto, cambia la corriente muy rápidamente. Mi pregunta es cómo podría uno saber exactamente cuánto tiempo lleva esto, ya que necesita una respuesta precisa para calcular el voltaje que se inducirá.
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Respuestas:
Esta es una muy buena pregunta.
No exactamente. Cuando se abre el interruptor, el voltaje a través del interruptor aumenta. Este voltaje disminuye la corriente del inductor, de acuerdo con di / dt = V / L.
Dependiendo del interruptor y de cómo reacciona al aumentar el voltaje a través de él, en cierta medida la energía almacenada en el inductor determina cómo se abre el interruptor.
Cualquier interruptor real tendrá capacitancia parásita a través de los contactos. En algunos interruptores (puntos de interruptores de encendido del automóvil) la capacitancia se incrementará mediante un capacitor físico colocado a través de los contactos. Los FET y los transistores tendrán capacitancias entre electrodos en los 10 a 1000 de pF, según el tamaño del dispositivo.
La corriente del inductor que continúa fluyendo carga esta capacitancia. Por lo tanto, el interruptor de apertura está sujeto a un voltaje en rápido aumento, aunque no instantáneo.
Si la energía originalmente en el inductor puede almacenarse en la capacitancia del interruptor a un voltaje lo suficientemente bajo como para que el interruptor no se rompa, entonces el interruptor no se romperá. Esto es lo que hace el gran condensador en el sistema de interruptor de encendido del automóvil. El espacio entre los contactos se abre lo suficientemente rápido y el voltaje aumenta lo suficientemente lento como para que los contactos se mantengan "por delante" del voltaje en aumento.
Si el voltaje del interruptor sube por encima de un voltaje de ruptura, entonces se romperá. Con interruptores físicos, esto resulta en un arco entre los terminales. Este arco puede derretir y mover el metal, por lo que a menudo es bastante destructivo para los contactos mecánicos. Se puede mitigar mediante el uso de materiales de alto punto de fusión, contactos muy pesados, o mediante el uso de (como en la aparamenta de alto voltaje) explosiones de aire para enfriar y alargar, y así extinguir el arco. Mientras el interruptor se está arqueando, podría considerarlo 'cerrado', o al menos no 'abierto', por lo que el tiempo que la energía del inductor mantiene el arco controla efectivamente la velocidad de apertura.
Los MOSFET a menudo tienen un comportamiento controlado de avalancha no destructiva, que se especifica para poder absorber repetidamente una cierta cantidad de energía. Es bastante normal diseñar un circuito de conmutación de modo que la energía almacenada en la inductancia del circuito se disipe en el FET de conmutación.
Cuando un interruptor semiconductor no puede manejar la energía inductiva almacenada, es común usar un circuito 'amortiguador' a través de ellos, que consiste en una resistencia y un condensador en serie. Esto hace que el interruptor sea menos eficiente en el sistema, por lo que están hechos lo suficientemente grandes como para proteger el interruptor, y no más grandes.
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