开关从打开到关闭需要多少时间?


18

在此处输入图片说明 电感两端的电压方程为v = L di / dt。当开关将电路从闭合状态切换到断开状态时,它会非常迅速地改变电流。我的问题是,由于您需要一个准确的答案来计算将要感应的电压,因此如何才能确切知道需要多少时间。


1
如果您将感应器视为正在快速旋转的游乐场旋转木马,则该开关是一个人走到前面并抓住该旋转木马以停止旋转。如果人是坚强的,并且地面牢固,则这种情况会很快发生,并且能量甚至会通过使地面变形(通过快速打开开关)而通过人消散。如果表面很滑或人的力量不足,他们将被扔回去或在转盘上开始旋转(关闭开关电弧或熔化)。
crasic

Answers:


20

这个问题问得好。

当开关将电路从闭合状态切换为断开状态时,它会非常迅速地切断电流。

不完全是。当开关断开时,开关两端的电压会增加。该电压根据di / dt = V / L降低电感器电流。

取决于开关及其对增加的电压的反应方式,电感器中存储的能量在一定程度上决定了开关的断开方式。

任何实际的开关在触点之间都将具有杂散电容。在某些开关(汽车点火开关点)中,电容将通过跨接点放置的物理电容器来增大。FET和晶体管的电极间电容将在10s到1000s的pF之间,具体取决于器件的尺寸。

不断流动的电感器电流对该电容充电。因此,断开开关承受的电压会迅速升高,但不是瞬间升高。

如果最初在电感器中产生的能量可以以足够低的电压存储在开关电容中,以至于开关不会断开,那么开关就不会断开。这就是大电容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,并且电压上升得足够慢,以使触点保持在上升电压之前。

如果开关电压上升到某个击穿电压以上,则它将击穿。对于物理开关,这会导致端子之间产生电弧。该电弧会熔化金属并在其中移动,因此对机械接触通常具有破坏性。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)吹气来冷却和​​延长电弧,从而消除电弧,从而缓解这种情况。当开关起弧时,您可以认为它是“闭合”的,或者至少不是“断开”的,因此电感器能量保持其发弧的时间长度有效地控制了断开的速度。

MOSFET通常具有可控的非破坏性雪崩特性,规定其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消散在开关FET中是很正常的。

当半导体开关无法处理存储的电感能量时,通常会在它们之间使用一个“缓冲”电路,该电路由串联的电阻和电容组成。这会使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,而不能做得更大。


6
更不用说机械开关中的开关弹跳了……+1
Elliot Alderson

您可以补充一点,电弧会给电路增加很大的电阻,从而“有助于”减小电流。
Paul Paulsen

3
@ElliotAlderson-尽管通常机械开关可以干净地打开。从本质上讲,当触头反弹时,触头反弹几乎总是与开关闭合相关联。
WhatRoughBeast

我可以确认@WhatRoughBeast已经编写了AVR Butterfly。尽管我怀疑反弹在这种情况下是否会引起严重的火花……
John Dvorak

1
否。读他对电容的说法。电感中存储的能量会将电容充电至某个较大但有限的值。
戴夫·特威德
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.