电感两端的电压方程为 v = L di/dt。当开关将电路从闭合变为断开时,它会非常迅速地改变电流。我的问题是如何确切知道这需要多少时间,因为您需要一个准确的答案来计算将感应的电压。
开关从开启到关闭需要多长时间?
这个问题问得好。
当开关将电路从闭合变为断开时,它会非常快速地改变电流。
不完全是。当开关打开时,开关两端的电压增加。根据 di/dt = V/L,该电压会降低电感电流。
取决于开关,以及它如何对增加的电压作出反应,在某种程度上,存储在电感器中的能量决定了开关如何打开。
任何真正的开关都会在触点上产生杂散电容。在某些开关(汽车点火断路器点)中,电容将通过放置在触点上的物理电容器来增加。FET 和晶体管将具有 10s 到 1000s pFs 的电极间电容,具体取决于器件尺寸。
继续流动的电感电流对该电容充电。因此,打开开关会受到快速上升的电压,尽管不是瞬时电压。
如果最初在电感器中的能量可以以足够低的电压存储在开关电容中,以使开关不会导通,那么开关就不会导通。这就是大电容器在汽车点火断路器系统中的作用。触点之间的间隙打开得足够快,电压上升得足够慢,以至于触点保持“领先”于上升的电压。
如果开关电压上升到某个击穿电压以上,那么它就会击穿。对于物理开关,这会导致端子之间产生电弧。这种电弧可以熔化并移动金属,因此它通常对机械接触具有很大的破坏性。可以通过使用高熔点材料、非常重的触点或使用(如在高压开关设备中)鼓风来冷却和延长电弧来减轻电弧,从而熄灭电弧。当开关产生电弧时,您可以认为它“关闭”,或者至少没有“打开”,因此电感器能量保持其电弧的时间长度有效地控制了它打开的速度。
MOSFET 通常具有受控的非破坏性雪崩行为,它被指定为能够重复吸收一定量的能量。设计开关电路以使电路电感中存储的能量在开关 FET 中耗散是很正常的。
当半导体开关无法处理存储的感应能量时,通常会在它们之间使用“缓冲”电路,该电路由串联的电阻器和电容器组成。这使得交换机在系统中的效率降低,因此它们的大小刚好足以保护交换机,而不是更大。