搜索
发新帖本帖赏金 10.00元(功能说明)我要提问
返回列表

[电子元器件] 带你初学电感电容充放电

[复制链接]
28558|2
火星国务卿|  楼主 | 2021-6-8 12:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 火星国务卿 于 2021-6-8 12:26 编辑

#申请原创#  


电感:当线圈通过电流后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗,也就是电感。
电容:电容器所带电量Q与电容器两极间的电压U的比值,叫电容器的电容。在电路学里,给定电势差,电容器储存电荷的能力,称为电容(capacitance),标记为C。
电容:电容器是一种能够储藏电荷。
电感:主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用,还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。

在功率变换中电容电感都起到不可或缺的作用,之所以现代开关电源效率高,跟有效利用了电容电感也有很大的关系,下面就简单介绍一个电容电感充放电。

电容充放电:
在不考虑寄生参数的影响下,在t=0时,闭合开关,直流电压VIN通过很小的串联电阻R加到电容C端两端,那么电容电压将以VIN×(1-e-t/τ)增加,时间常数τ=RC,电容两端的电压将最终增加到与VIN的电压几乎完全相等。另一方面来讲,开关闭合的瞬间电路中最大电流为VIN/R,然后该电流以(VIN/R)×e-t/τ的指数进行衰减,直至最后衰减至几乎为0.打开开关后之前,之前不为0的电流会迅速降低为0,而电容会保持现有的充电电压。
在充电的过程中VC=VIN* [1 – e^( -t/RC)]理论上由于指数值无限接近于0,但是不会等于0,所以在理论上如果要将电容电量完全充满的话,需要无穷大的时间。也就是说电容最终充满的电量只是无限接近于电源电压,而不会完全的等于电源电压。
如上面所说将开关打开后,由于电路变为开路状态,所以电路中最终将不会有电流流动,电容则会保持它充电过程中保存的能量,维持充电完成的电压,这也完全符合能量守恒定律。
但如果电容充电完成后,将电源短路的话,那么电容就会通过电阻R进行放电,电容上的电压
VC=VIN×e^( -t/RC),当然简单的串联电路中RC计算比较容易,但在实际的电路中时间常数RC的计算会复杂很多,具体情况还应具体分析。
7638560bef1377cf9e.png


电感充放电:
电感充放电电路中 τ=L/R
电感电流的初始值是0,在开关闭合时,电路中的直流电流试图突然增加,然而这个时候电感中会产生感生电压来阻止电流的增加,根据楞次定律与法拉第定律可知,感生电压会阻止电感中磁通也就是电流的改变,如果电流不发生变化的话,那么就不会产生感生电压,但是如果一旦电流试图改变的话,就会产生感应电压,无论何时,电感电压一直等于感应电压。
LC电路接直流,i=Io[1-e^(-t/τ )]  Io是最终稳定电流,Io=VIN/R
也就是说当开关闭合时,外加VIN使得电流中的电流逐渐增加最终增加到Io时,电感上的感生电压逐渐下降,当电流不在发生变化时,电感的感生电压消失。
那么当开关断开的时候,会发生什么现象呢?显而易见,当电路断开时,电路中的电流会下降为0,因为此时电路中不存在闭合回路,那么根据能量守恒定律,电感的中能量这时候去哪里了呢?显然当开关断开时,电路中的会以一个非常陡峭的斜率下降为0,电流发生了急剧的突变,那么在电感两端就必然会产生一个极高的电压,为什么会产生一个如此高的电压呢,道理很简单,该电压就是为了维持之前的电流连续,此时在开关两端就会将电感的储能化为电弧,以光和热的形式将电感储能释放,同时最终电流下降为0,这也就同时符合了能量守恒定律。
那么如果电感充电完成后将电源短路的话,电路中的电流为:i=Io×e^(-t/τ )
621860bef1478fdc7.png 394460bef14d162ca.png

简单的说一下开关断开后电流为何是反向的?当开关闭合时,电流从电源的正极流出,电感的上端电压高于下端电压,电流方向如下图的箭头所示,当开关断开时,电源电压断开,需要由电感释放能量,为了保证电流的连续性,换句话说也就是感生电压要反抗电流的改变,也就是电感的下端类似电源的正极,上端类似电源的负极,电流方向如下图中所示:

4048960bef15658cf2.png

深刻理解电容电感的充放电过程对设计功率变换器意义重大, 合理利用这些电抗元器件,对提高功率变换器的效率也有重要的意义。想要设计好功率变换器,必须深刻理解电容电感的应用原理。

使用特权

评论回复

打赏榜单

21小跑堂 打赏了 10.00 元 2021-06-08
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

相关帖子

xukun977| | 2021-6-8 19:42 | 显示全部楼层



看书看多了,能根据一副图,判断出来自哪本书。


这个帖子中的图,大概率是《 精通开关电源设计》一书中的,作者是印度电源专家,此书我读研一时看过。

使用特权

评论回复
火星国务卿|  楼主 | 2021-6-8 20:14 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-6-8 19:42
看书看多了,能根据一副图,判断出来自哪本书。

厉害 大佬

使用特权

评论回复
扫描二维码,随时随地手机跟帖
返回列表 发新帖 本帖赏金 10.00元(功能说明)我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

我要发帖 我要提问 投诉建议 申请版主

快速回复

您需要登录后才可以回帖
登录 | 注册
高级模式

本版热帖

本版活跃用户

优质原创写原创,赢大奖

编辑推荐

  • 1 kk的回忆 得到打赏 ¥600.00
  • 2 名字还没想好 得到打赏 ¥350.00
  • 3 天意无罪 得到打赏 ¥312.00
  • 4 wolfe_yu 得到打赏 ¥210.00
  • 5 呐咯密密 得到打赏 ¥170.00
  • 6 gaoyang9992006 得到打赏 ¥120.00
  • 7 CZF11 得到打赏 ¥100.00
  • 8 年轻的国王 得到打赏 ¥90.00
  • 9 hunteredward 得到打赏 ¥90.00
  • 10 blust5 得到打赏 ¥85.00
在线客服 快速回复 返回顶部 返回列表