第 3 节

加电容:能平滑一些,但还不够

电容可以阻碍电压的突变,通过充放电'平滑'输出。但单靠电容效果有限。

电容的基本特性:两端电压不能突变(V = Q/C,电荷不能瞬间改变)。这恰好可以用来'对抗'开关产生的方波跳变。

在负载电阻并联一个电容:开关导通时,电源同时给电容充电和给负载供电;开关关断时,电容通过放电继续给负载供电,维持输出电压。

随着开关快速的开通关断,电容不断充电-放电,输出电压在一个范围内波动,而不再是非 0 即 12V 的方波。平滑效果取决于 RC 时间常数和开关频率的关系。

但问题来了:开关导通瞬间,电源直接给电容充电,充电电流非常大(只有开关 Ron 限制),输入电流尖峰很严重。而且对于较大的纹波需求,电容需要做得很大,不经济。

电容能帮忙,但单靠它还不够优雅。我们还需要另一个储能元件——电感。

开关 + 电容 + 电阻:充放电平滑

加入 C=100μF。输出有所平滑,但纹波仍然明显。

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

  • 电容阻碍电压突变,通过充放电平滑输出
  • RC 时间常数相对于开关周期越大,平滑效果越好
  • 缺点:开关导通时充电电流尖峰大,EMI 问题严重
  • 单靠电容不能优雅地实现低纹波输出

建议观察

  • 对比上一节:输出不再是方波,变成了锯齿状的充放电波形
  • 观察输出纹波的大小——它比方波好,但远不是平滑 DC
  • 想想:增大电容值会怎样?(可以尝试修改 C 的参数)