Uvod
V tem uvodnem članku bomo govorili o delovanju induktorja v stikalnem napajalniku. Če ste novi v načrtovanju napajalnikov in se sprašujete, zakaj se zdi, da je dioda prednapeta v smeri naprej, čeprav se zdi, da ne bi smela biti, potem je to najverjetneje posledica induktorja. Ta članek je za vas.
Razumevanje induktorjev
Sprva smo na univerzi preučevali induktorje, tako v izmeničnih kot enosmernih tokokrogih. V izmeničnem tokokrogu induktorju dovajamo sinusni vhodni signal in opazujemo spremembe amplitude in faze. V enosmernem tokokrogu dovajamo enotski skokovni vhodni signal in preučujemo nastale spremembe toka ali napetosti na induktorju.
Vendar pa se obnašanje induktorja v stikalnem napajalniku bistveno razlikuje od preprostih izmeničnih ali enosmernih vezij, ki jih preučujejo na univerzi.
Osnovna načela induktorja
Induktor vedno poskuša vzdrževati tok, ki teče skozenj. Vsakršni spremembi toka se upira z ustvarjanjem povratne elektromotorne sile. Če na primer skozi induktor teče 1 A in se poskuša spremeniti tok, induktor ustvari povratno elektromotorno silo, ki se upira tej spremembi. To načelo lahko primerjamo s potiskanjem težkega avtomobila iz mirovanja – sprva se upira gibanju, ko pa se enkrat premakne, se upira tudi ustavljanju.
Induktor v enosmernem vezju
Predstavljajte si preprosto enosmerno vezje z 1V baterijo, stikalom, 1-ohmskim uporom in tuljavo. Sprva skozi tuljavo ne teče tok. Ko je stikalo zaprto, se dovede 1V in tok začne teči. Tuljava se upira spremembi iz 0A v 1A tako, da ustvari povratno elektromotorno silo, ki je enaka dovedeni napetosti (1V). To sčasoma povzroči logaritemsko naraščanje toka skozi tuljavo.
Induktor v stikalnem napajalniku
V napajalniku je upor skoraj nič ohmov, tok pa ne sledi isti logaritemski krivulji. Namesto tega narašča v ravni črti in tvori trikotno valovno obliko toka. Vklop in izklop toka povzroči to trikotno obliko, kar poenostavi analizo z uporabo enačbe za premico (y = mx + c).
Primer analize vezja
Oglejmo si vezje z 1V virom, stikalom, 1-ohmskim uporom, induktorjem in dodatnim 2-ohmskim uporom, ki ga krmili drugo stikalo. Ko je začetno stikalo zaprto, se tok poveča na 1A. Če je to stikalo odprto in hkrati zaprto drugo stikalo, induktor prisili tok, da teče po novi poti z uporom 3 ohmi, kar ustvari povratno elektromotorno silo 3V, da ohrani tok 1A.
Mehanska v primerjavi s polprevodniškimi stikali
Mehanska stikala se lahko odprejo v trenutku in ustvarijo visoko povratno elektromotorno silo, ki lahko ionizira zrak in povzroči iskre. Zato je nazivna izmenična napetost stikala višja od nazivne enosmerne napetosti. Polprevodniška stikala pa se za odpiranje in zapiranje potrebujejo omejen čas, kar vpliva na delovanje induktorja. Standardna enačba za povratno elektromotorno silo induktorja je E = -L (di/dt), izpeljana iz Faradayevega in Lenzovega zakona.
Obnašanje induktorja v praktičnih napajalnikih
V praktičnih napajalnikih lahko hitro preklapljanje MOSFET-ov zaradi visokih vrednosti di/dt povzroči velike napetostne sunke. Na primer, preklapljanje z 10 A na 0 A v 10 nanosekundah ustvari ogromno povratno elektromotorno silo, ki se kaže kot šum in sunke.
zaključek
V tem članku smo obravnavali obnašanje induktorjev v stikalnih napajalnikih DC-DC, trikotno obliko toka, smer povratne elektromotorne sile in vpliv visokega di/dt na napetostne konice.
