中心議題：

• 超級電容器在整流濾波中的應用

解決方案：

• 整流濾波對於電容器的基本要求
• 超級電容器用於整流濾波
• 測試結果對比

本ben文wen將jiang超chao級ji電dian容rong器qi用yong於yu整zheng流liu濾lv波bo，並bing進jin行xing設she計ji和he具ju體ti實shi現xian
，測ce試shi證zheng明ming
，超chao級ji電dian容rong器qi可ke以yi用yong於yu電dian源yuan輸shu出chu端duan的de整zheng流liu濾lv波bo，而er且qie其qi濾lv波bo效xiao果guo俱ju佳jia。其qi與yu電dian解jie電dian容rong器qi相xiang比bi，具ju有you其qi很hen大da的de優you勢shi。

濾波電容器在整流濾波電路中起著重要作用，電容量越大濾波效果越好。特別是在低壓整流（如5V
、3.3V甚至更低的電壓）輸出時往往因為濾波電容器的電容量不夠大而產生較大的紋波電壓。通過測試表明
，整流濾波電路輸出1A電流時
，分別采用 1000
、2200、3300
、4700和10000微法的濾波電容器，紋波電壓的峰峰值分別為：6V、2.8V、1.9V、1.1V和0.6V。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)更(geng)大(da)的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)器(qi)
，濾(lv)波(bo)效(xiao)果(guo)將(jiang)會(hui)更(geng)好(hao)。問(wen)題(ti)是(shi)大(da)容(rong)量(liang)電(dian)容(rong)器(qi)體(ti)積(ji)大(da)。怎(zen)樣(yang)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)呢(ne)
？人(ren)們(men)立(li)刻(ke)想(xiang)到(dao)能(neng)否(fou)將(jiang)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)用(yong)於(yu)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)
，本(ben)文(wen)將(jiang)通(tong)過(guo)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)和(he)試(shi)驗(yan)給(gei)予(yu)詳(xiang)盡(jin)的(de)分(fen)析(xi)和(he)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)。

整流濾波對於電容器的基本要求

在開關電源中
，輸出整流濾波對於電容器而言有四點基本要求
，它們分別是：有足夠的電容量

、符合要求的額定電壓
、符合要求的ESR（等效串聯電阻）和可以承受相應的紋波電流值。隻有同時滿足這四點基本要求
，超級電容器才可以用於開關電源的輸出整流濾波。
      
超級電容器作為整流濾波電容器的可能性

對dui於yu超chao級ji電dian容rong器qi而er言yan
，它ta可ke以yi輕qing而er易yi舉ju的de達da到dao法fa拉la級ji電dian容rong量liang，故gu超chao級ji電dian容rong器qi是shi有you足zu夠gou的de電dian容rong量liang作zuo為wei整zheng流liu濾lv波bo。以yi前qian超chao級ji電dian容rong器qi的de額e定ding電dian壓ya比bi較jiao低di，雖sui然ran可ke以yi通tong過guo多duo隻zhi串chuan聯lian的de方fang式shi解jie決jue，但dan是shi多duo隻zhi串chuan聯lian後hou將jiang導dao致zhiESR的增大
，從而增加了ESR的問題。而超級電容器不能用於輸出端的整流濾波的主要原因是：在開關電源的輸出端整流濾波時，要求濾波電容器有盡可能低的ESR，而以前的超級電容器多隻串聯後的ESR 很大，這使得超級電容器在用於輸出整流濾波時會發熱。例如：5個4.7F的超級電容器串聯使用時，其ESR大約為300mΩ，這時，若在超級電容器上流過 2A輸出電流時，功率為1.2W，這個功率將導致超級電容器嚴重發熱。不過現在的超級電容器已經達到了很高的水平，例如AVX公司生產了一係列 bestcap®超級電容器，它同時具有高額定電壓與低ESR的特點，如：一隻90mF/12V的bestcap®超級電容器的ESR約為90mΩ，這與 300mΩ相比小很多。可見

，bestcap®超級電容器的ESR遠低於以前的超級電容器，從而可以同時解決額定電壓與ESR的問題

；餘下的問題就是能否通過相應的紋波電流是否符合要求。選擇適合的電容量時（例如選擇每安培負載電流1000~10000μF），鋁電解電容器基本上不存在不能承受紋波電流
，而且其ESR比較低，所產生的效應基本上對鋁電解電容器幾乎沒有影響。bestcap®超級電容器的ESR與鋁電解電容器的差不多
，而且其具有非常的好阻抗頻率特性，故bestcap®超級電容器可以承受相應的紋波電流值。圖1為bestcap®超級電容器的阻抗頻率特性圖。由此可見，bestcap®超級電容器適用於輸出整流濾波。

超級電容器用於整流濾波

現以90mF/12V的超級電容器為例，其相關參數為額定電壓12V，額定電容量90mF

、ESR90mΩ、體積48×30×6.1mm，溫度範圍-40℃~+70℃。

用超級電容器作為整流濾波電容器

與一般的整流濾波電路一樣，超級電容器用於整流濾波的電路和輸出電流、流過濾波電容器的電流波形如圖2，隻不過濾波電容器換成了超級電容器。以前
，由於超級電容器的額定電壓很低（僅2.7V），需要數隻超級電容器串聯。對於9V輸出的穩壓電源（考慮市電電壓的變化，整流輸出電壓約為10~12V）
，但現在隻采用一隻90mF/12V bestcap®超級電容器就可以實現9V輸出的穩壓電源的濾波。

測試結果對比

通過對采用兩隻插腳式16V/33000μF的鋁電解電容器並聯作為濾波電容器的整流濾波電路。在整流輸出電壓平均值為9V
，負載電流2.2A時的整流輸出紋波電壓如圖3
，所使用的示波器為F105B數字示波表，選擇A通道，AC耦合
，時基5mS/div（每格5mS），通道設置100mV/div（每格100mV）。從圖中可以看到紋波電壓的峰峰值（ΔY）為412mV，充電與放電（電壓波形的上升與下降）時間基本相同。通過工頻變壓器降壓後的整流電路，由於工頻變壓器的漏感作用（抑製電流變化），使濾波電容器幾乎工作在或者是充電、或者是放電的狀態
，與市電直接整流的狀態不同。

測試結果表明整流輸出濾波電容器選擇10000μF/A（每安培輸出電流用1萬微法）的濾波電容時，輸出電壓的紋波電壓的峰峰值約為 510mV
，與理論分析結果的600mV/A很接近。因此
，對於低壓整流濾波電路

，為了獲得低紋波電壓將不得不采用非常大的濾波電容器，不僅體積大而且價格很高。[page]
                                 
現在采用一隻AVX公司生產的90mF/12V bestcap®超級電容器作為整流濾波電容器

，在與上麵的例子相同的測試條件下，測得輸出電壓的紋波電壓峰峰值為312mV
，如圖4所示。從紋波電壓峰峰值可以看出一隻90mF /12V bestcap®超級電容器作為濾波電容器的紋波電壓峰峰值比兩隻16V/33000μF的鋁電解電容器並聯作為濾波電容器的紋波電壓峰峰值少 100mV，即采用一隻90mF /12V bestcap®超級電容器作為濾波電容器比采用兩隻16V/33000μF的鋁電解電容器並聯作為濾波電容器的濾波效果好。

超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)作(zuo)為(wei)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)的(de)效(xiao)果(guo)並(bing)不(bu)像(xiang)理(li)想(xiang)電(dian)容(rong)器(qi)那(na)樣(yang)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)接(jie)近(jin)一(yi)條(tiao)直(zhi)線(xian)，而(er)是(shi)有(you)一(yi)些(xie)波(bo)動(dong)，原(yuan)因(yin)是(shi)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)有(you)相(xiang)對(dui)一(yi)般(ban)電(dian)容(rong)器(qi)大(da)的(de)ESR。一隻90mF/12V bestcap®超級電容器的ESR約為90mΩ，濾波電容器上的充、放電的電流差約為輸出電流平均值的2倍，因而在輸出端出現約310mV的由於ESR 的電壓波動
，即使如此，還是可以得到很低的紋波電壓。

由此可見
，一隻90mF/12V bestcap®超級電容器的濾波效果相當於一隻56000μF電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)。同(tong)時(shi)由(you)上(shang)述(shu)的(de)參(can)數(shu)可(ke)知(zhi)，超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)比(bi)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)體(ti)積(ji)小(xiao)很(hen)多(duo)，故(gu)在(zai)低(di)壓(ya)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)將(jiang)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)、價格優勢和體積優勢。
                                      
通過上述兩個實驗結果的對比可知，bestcap®超級電容器可以用於電源輸出端的整流濾波，而且其濾波效果俱佳。其與電解電容器相比，具有其很大的優勢。同時bestcap®超級電容器具有額定電壓高、ESR低、阻抗頻率特性好的特點，在今後的研究中，可以通過實驗進一步了解超級電容器新的特性和應用

，擴展張超級電容器的應用領域。