对整流滤波中超级电容器的应用具体实现和测试证明

2014-11-20 09:18:12来源: eccn

本文将超级电容器用于整流滤波,并进行设计和具体实现,测试证明,超级电容器可以用于电源输出端的整流滤波,而且其滤波效果俱佳。其与电解电容器相比,具有其很大的优势。

滤波电容器在整流滤波电路中起着重要作用,电容量越大滤波效果越好。特别是在低压整流(如5V、3.3V甚至更低的电压)输出时往往因为滤波电容器的电容量不够大而产生较大的纹波电压。通过测试表明,整流滤波电路输出1A电流时,分别采用 1000、2200、3300、4700和10000微法的滤波电容器,纹波电压的峰峰值分别为:6V、2.8V、1.9V、1.1V和0.6V。如果采用更大的滤波电容器,滤波效果将会更好。问题是大容量电容器体积大。怎样解决这个问题呢?人们立刻想到能否将超级电容器用于整流滤波,本文将通过理论分析和试验给予详尽的分析和试验结果。

整流滤波对于电容器的基本要求

在开关电源中,输出整流滤波对于电容器而言有四点基本要求,它们分别是:有足够的电容量、符合要求的额定电压、符合要求的ESR(等效串联电阻)和可以承受相应的纹波电流值。只有同时满足这四点基本要求,超级电容器才可以用于开关电源的输出整流滤波。

超级电容器作为整流滤波电容器的可能性

对于超级电容器而言,它可以轻而易举的达到法拉级电容量,故超级电容器是有足够的电容量作为整流滤波。以前超级电容器的额定电压比较低,虽然可以通过多只串联的方式解决,但是多只串联后将导致ESR的增大,从而增加了ESR的问题。而超级电容器不能用于输出端的整流滤波的主要原因是:在开关电源的输出端整流滤波时,要求滤波电容器有尽可能低的ESR,而以前的超级电容器多只串联后的ESR 很大,这使得超级电容器在用于输出整流滤波时会发热。例如:5个4.7F的超级电容器串联使用时,其ESR大约为300mΩ,这时,若在超级电容器上流过 2A输出电流时,功率为1.2W,这个功率将导致超级电容器严重发热。不过现在的超级电容器已经达到了很高的水平,例如AVX公司生产了一系列 bestcap?超级电容器,它同时具有高额定电压与低ESR的特点,如:一只90mF/12V的bestcap?超级电容器的ESR约为90mΩ,这与 300mΩ相比小很多。可见,bestcap?超级电容器的ESR远低于以前的超级电容器,从而可以同时解决额定电压与ESR的问题;余下的问题就是能否通过相应的纹波电流是否符合要求。选择适合的电容量时(例如选择每安培负载电流1000~10000μF),铝电解电容器基本上不存在不能承受纹波电流,而且其ESR比较低,所产生的效应基本上对铝电解电容器几乎没有影响。bestcap?超级电容器的ESR与铝电解电容器的差不多,而且其具有非常的好阻抗频率特性,故bestcap?超级电容器可以承受相应的纹波电流值。图1为bestcap?超级电容器的阻抗频率特性图。由此可见,bestcap?超级电容器适用于输出整流滤波。超级电容器用于整流滤波

现以90mF/12V的超级电容器为例,其相关参数为额定电压12V,额定电容量90mF、ESR90mΩ、体积48×30×6.1mm,温度范围-40℃~+70℃。

用超级电容器作为整流滤波电容器

与一般的整流滤波电路一样,超级电容器用于整流滤波的电路和输出电流、流过滤波电容器的电流波形如图2,只不过滤波电容器换成了超级电容器。以前,由于超级电容器的额定电压很低(仅2.7V),需要数只超级电容器串联。对于9V输出的稳压电源(考虑市电电压的变化,整流输出电压约为10~12V),但现在只采用一只90mF/12V bestcap?超级电容器就可以实现9V输出的稳压电源的滤波。

测试结果对比

通过对采用两只插脚式16V/33000μF的铝电解电容器并联作为滤波电容器的整流滤波电路。在整流输出电压平均值为9V,负载电流2.2A时的整流输出纹波电压如图3,所使用的示波器为F105B数字示波表,选择A通道,AC耦合,时基5mS/div(每格5mS),通道设置100mV/div(每格100mV)。从图中可以看到纹波电压的峰峰值(ΔY)为412mV,充电与放电(电压波形的上升与下降)时间基本相同。通过工频变压器降压后的整流电路,由于工频变压器的漏感作用(抑制电流变化),使滤波电容器几乎工作在或者是充电、或者是放电的状态,与市电直接整流的状态不同。

测试结果表明整流输出滤波电容器选择10000μF/A(每安培输出电流用1万微法)的滤波电容时,输出电压的纹波电压的峰峰值约为 510mV,与理论分析结果的600mV/A很接近。因此,对于低压整流滤波电路,为了获得低纹波电压将不得不采用非常大的滤波电容器,不仅体积大而且价格很高。

现在采用一只AVX公司生产的90m

本文将超级电容器用于整流滤波,并进行设计和具体实现,测试证明,超级电容器可以用于电源输出端的整流滤波,而且其滤波效果俱佳。其与电解电容器相比,具有其很大的优势。

滤波电容器在整流滤波电路中起着重要作用,电容量越大滤波效果越好。特别是在低压整流(如5V、3.3V甚至更低的电压)输出时往往因为滤波电容器的电容量不够大而产生较大的纹波电压。通过测试表明,整流滤波电路输出1A电流时,分别采用 1000、2200、3300、4700和10000微法的滤波电容器,纹波电压的峰峰值分别为:6V、2.8V、1.9V、1.1V和0.6V。如果采用更大的滤波电容器,滤波效果将会更好。问题是大容量电容器体积大。怎样解决这个问题呢?人们立刻想到能否将超级电容器用于整流滤波,本文将通过理论分析和试验给予详尽的分析和试验结果。

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关键字:整流滤波  超级电容器  测试证明

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1120/article_10126.html
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