introducció
En aquest article introductori, parlarem de l'acció d'un inductor en una font d'alimentació de mode commutador. Si sou nous en el disseny de fonts d'alimentació i us pregunteu per què un díode sembla estar polaritzat directament quan sembla que no ho hauria de ser, aleshores, amb tota probabilitat, això és degut a l'inductor. Aquest article és per a vosaltres.
Comprensió dels inductors
Inicialment, vam estudiar els inductors a la universitat, tant en circuits de corrent altern com de corrent continu. En un circuit de corrent altern, donem a l'inductor una entrada sinusoidal i observem els canvis d'amplitud i fase. En un circuit de corrent continu, proporcionem una entrada de pas unitari i estudiem els canvis resultants en el corrent o la tensió a través de l'inductor.
Tanmateix, el comportament d'un inductor en una font d'alimentació de mode commutador difereix significativament dels circuits simples de CA o CC estudiats a la universitat.
Principis bàsics de l'inductor
Un inductor sempre intenta mantenir el corrent que hi flueix. S'oposa a qualsevol canvi de corrent creant una força electromotriu inversa. Per exemple, si hi ha 1 A que flueix a través d'un inductor i s'intenta un canvi, l'inductor genera una força electromotriu inversa per oposar-se a aquest canvi. Aquest principi es pot comparar amb empènyer un cotxe pesat des del repòs: inicialment resisteix el moviment i, un cop en moviment, resisteix aturar-se.
Inductor en un circuit de corrent continu
Considereu un circuit simple de corrent continu amb una pila d'1 V, un interruptor, una resistència d'1 ohm i un inductor. Inicialment, no hi ha corrent que flueix a través de l'inductor. Quan l'interruptor està tancat, s'aplica 1 V i el corrent comença a fluir. L'inductor s'oposa al canvi de 0 A a 1 A generant una força electromotriu inversa igual al voltatge aplicat (1 V). Això crea un augment logarítmic del corrent a través de l'inductor al llarg del temps.
Un inductor en una font d'alimentació de commutació
En una font d'alimentació, la resistència és gairebé de zero ohms, i el corrent no segueix la mateixa corba logarítmica. En canvi, puja en línia recta, formant una ona de corrent triangular. L'activació i desactivació del corrent dóna com a resultat aquesta forma triangular, cosa que simplifica l'anàlisi mitjançant l'equació per a una línia recta (y = mx + c).
Exemple d'anàlisi de circuits
Considerem un circuit amb una font d'1 V, un interruptor, una resistència d'1 ohm, un inductor i una resistència addicional de 2 ohms controlada per un altre interruptor. Quan l'interruptor inicial es tanca, el corrent puja a 1 A. Si aquest interruptor s'obre i el segon interruptor es tanca simultàniament, l'inductor força el corrent a fluir a través del nou camí amb una resistència de 3 ohms, creant una força electromotriu inversa de 3 V per mantenir el flux de corrent d'1 A.
Interruptors mecànics vs. semiconductors
Els interruptors mecànics es poden obrir instantàniament, creant una força electromotriu (EMF) elevada que pot ionitzar l'aire i causar espurnes. És per això que la tensió nominal de CA d'un interruptor és superior a la de CC. Els interruptors semiconductors, però, triguen un temps finit a obrir-se i tancar-se, cosa que afecta el comportament de l'inductor. L'equació estàndard per a la força electromotriu (EMF) de l'inductor és E = -L (di/dt), derivada de les lleis de Faraday i Lenz.
Comportament de l'inductor en fonts d'alimentació pràctiques
En fonts d'alimentació pràctiques, la commutació ràpida dels MOSFET pot crear grans pics de voltatge a causa dels alts valors di/dt. Per exemple, canviar de 10 A a 0 A en 10 nanosegons genera una força electromotriu inversa massiva, que es manifesta com a soroll i pics.
Conclusió
En aquest article, hem parlat del comportament dels inductors en fonts d'alimentació commutadores CC-CC, la forma triangular del corrent, la direcció de la força electromotriu inversa i l'impacte d'una di/dt elevada en els pics de tensió.
