第 4 节

加电感和二极管:限制电流变化率

电感阻碍电流突变,二极管提供续流回路。电流变平滑了,但输出电压纹波还是很大。

这次我们不用电容,改用电感(串联在开关和负载之间),并加一个二极管。

电感的基本特性:流过它的电流不能突变(V = L × dI/dt)。它限制了电流的变化速度,把方波电流'整形'成斜坡(三角波)。

开关导通时:电源通过开关给电感充能,电感电流线性上升。能量一部分送到负载,一部分储存在电感磁场中。

开关关断时:电感中的电流不能突然中断(电感特性),它通过二极管继续流向负载——这就是'续流'。电感释放储存的能量,电流线性下降。

二极管的作用至关重要:它为电感电流在开关关断时提供了回路。没有二极管,电感电流无处流动会产生极高的反向电压,可能击穿开关。

但是注意:虽然电流被电感整形成了三角波(比方波平滑),但输出电压 Vout = I × R,还是三角波形状。纹波仍然不小。

开关 + 电感 + 二极管:续流与储能

L=1mH,二极管续流。电流平滑了但输出电压纹波仍大。

读完这一节后,先运行示例,再对照上面的观察点去看节点、电流和波形变化;如果想继续自由操作,可以把当前示例单独打开。

本节抓手

  • 电感阻碍电流突变,把方波电流变成三角波
  • 开关导通→电感储能(电流上升);开关关断→电感释能(电流下降)
  • 二极管提供续流路径,防止电感反向电压击穿开关
  • 纯电感滤波:电流平滑了,但电压纹波仍然较大

建议观察

  • 电感电流 i_l1:三角波形状,上升和下降的斜率
  • 输出电压 out:跟随电感电流呈三角波,纹波明显
  • 对比第 3 节:电流波形好了,但电压纹波问题还没完全解决