资料介绍
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。
图1 阻抗频率特性 图2 超级电容器作为整流滤波电容器
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℃。
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。
图1 阻抗频率特性 图2 超级电容器作为整流滤波电容器
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℃。
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