Introducere
În acest articol introductiv, vom vorbi despre acțiunea unei bobine într-o sursă de alimentare în comutație. Dacă sunteți nou în domeniul proiectării surselor de alimentare și vă întrebați de ce o diodă pare să fie polarizată direct, în timp ce pare că nu ar trebui să fie, atunci, cel mai probabil, acest lucru se datorează inductorului. Acest articol este pentru dvs.
Înțelegerea inductoarelor
Inițial, am studiat inductoarele la universitate, atât în circuite de curent alternativ, cât și de curent continuu. Într-un circuit de curent alternativ, furnizăm inductorului o intrare sinusoidală și observăm modificările de amplitudine și fază. Într-un circuit de curent continuu, furnizăm o intrare în treaptă unitară și studiem modificările rezultate ale curentului sau tensiunii pe inductor.
Totuși, comportamentul unui inductor într-o sursă de alimentare în comutație diferă semnificativ de circuitele simple de curent alternativ sau continuu studiate în universitate.
Principiile de bază ale inductorului
O bobină încearcă întotdeauna să mențină curentul care trece prin ea. Se opune oricărei schimbări de curent prin crearea unui câmp electromotor invers. De exemplu, dacă printr-o bobină curge 1 A și se încearcă o schimbare, inductorul generează un câmp electromotor invers pentru a se opune acestei schimbări. Acest principiu poate fi comparat cu împingerea unei mașini grele din repaus - aceasta rezistă inițial mișcării, iar odată în mișcare, rezistă opririi.
Inductor într-un circuit de curent continuu
Să luăm în considerare un circuit simplu de curent continuu cu o baterie de 1V, un comutator, o rezistență de 1 ohm și o inductanță. Inițial, nu există curent care să circule prin inductanță. Când comutatorul este închis, se aplică 1V și curentul începe să circule. Inductorul se opune schimbării de la 0A la 1A generând o forță electromotoare inversă egală cu tensiunea aplicată (1V). Aceasta creează o creștere logaritmică a curentului prin inductanță în timp.
Un inductor într-o sursă de alimentare în comutație
Într-o sursă de alimentare, rezistența este aproape de zero ohmi, iar curentul nu urmează aceeași curbă logaritmică. În schimb, crește în linie dreaptă, formând o formă de undă triunghiulară a curentului. Comutarea curentului are ca rezultat această formă triunghiulară, ceea ce simplifică analiza folosind ecuația pentru o linie dreaptă (y = mx + c).
Exemplu de analiză a circuitelor
Să luăm în considerare un circuit cu o sursă de 1V, un comutator, o rezistență de 1 ohm, o inductanță și o rezistență suplimentară de 2 ohmi controlată de un alt comutator. Când comutatorul inițial este închis, curentul crește la 1A. Dacă acest comutator este deschis și al doilea comutator este închis simultan, inductorul forțează curentul să curgă prin noua cale cu o rezistență de 3 ohmi, creând o forță electromotoare inversă de 3V pentru a menține fluxul de curent de 1A.
Comutatoare mecanice vs. semiconductoare
Întrerupătoarele mecanice se pot deschide instantaneu, creând o forță electromotoare inversă ridicată, care poate ioniza aerul și poate provoca scântei. Acesta este motivul pentru care tensiunea nominală de curent alternativ a unui întrerupător este mai mare decât cea de curent continuu. Întrerupătoarele semiconductoare, însă, au nevoie de un timp finit pentru a se deschide și a se închide, afectând comportamentul inductorului. Ecuația standard pentru forța electromotoare inversă a inductorului este E = -L (di/dt), derivată din legile lui Faraday și Lenz.
Comportamentul inductorului în sursele de alimentare practice
În sursele de alimentare practice, comutarea rapidă a tranzistoarelor MOSFET poate crea vârfuri mari de tensiune din cauza valorilor di/dt ridicate. De exemplu, comutarea de la 10A la 0A în 10 nanosecunde generează o EMF inversă masivă, manifestată sub formă de zgomot și vârfuri.
Concluzie
În acest articol, am discutat despre comportamentul inductoarelor în sursele de alimentare în comutație CC-CC, forma triunghiulară a curentului, direcția câmpului electromotor invers și impactul di/dt ridicat asupra vârfurilor de tensiune.
