第 5 节

电感 + 电容 = 完整的 Buck!

电感平滑电流,电容平滑电压。二者配合,输出就是干净的直流。这就是 Buck 变换器。

前面两节我们看到:电容善于平滑电压但电流尖峰大,电感善于平滑电流但电压纹波大。把它们组合在一起呢?

电感放在开关输出端,限制电流变化率,把方波电流整形为三角波;电容并联在负载两端,对三角波电流进行积分/滤波,把残余的电压纹波进一步压低。

这就是经典的 LC 低通滤波器!它的截止频率 fc = 1/(2π√(LC))。只要开关频率远高于 fc,输出就是非常平滑的直流电压。

至此,一个完整的 Buck 变换器就成型了:DC 电源 → 开关(PWM 控制)→ 电感 → 输出电容 → 负载。二极管为电感续流。

Vout ≈ D × VIN。改变占空比 D,就能调节输出电压。效率很高(理想接近 100%),输出干净。这就是从手机充电器到服务器电源都在用的基本拓扑。

完整 Buck:LC 滤波后的平滑输出

L=1mH, C=100μF。输出≈6V,纹波极小。这就是 Buck 变换器!

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

  • L 平滑电流 + C 平滑电压 = 干净的 DC 输出
  • LC 组合形成低通滤波器,截止频率远低于开关频率
  • 完整 Buck 拓扑:开关 + 二极管 + 电感 + 电容
  • Vout ≈ D × VIN,通过占空比调节输出,效率极高

建议观察

  • 输出电压 out:非常平滑的直流,纹波极小!
  • 对比前几节的波形:从方波→锯齿→三角波→平滑 DC 的演进
  • 电感电流 i_l1 仍是三角波,但电容把它滤成了平滑电压
  • 尝试改变 L 或 C 的值,观察纹波如何变化