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)。

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。

圖1：阻抗頻率特性

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(zhi)ESR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，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。

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。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。

圖2：測試結果對比

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deESR。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56000μFdianjiedianrongqi。tongshiyoushangshudecanshukezhi，chaojidianrongqidetijibilvdianjiedianrongqidetijixiaohenduo，guzaidiyazhengliulvbodeyingyongzhongchaojidianrongqijiangjuyouhendadexingnengyoushi
、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。