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摘要:通过对整流滤波电流的基本要求的分析和超级电容器性能的分析,得出超级电容器也可以作为整流滤波电容器,通过2只15000ìF/10V的铝电解电容器并联和3只4.7F/2.7V超级电容器串联的对比测试、输出纹波电压波形分析,得出超级电容器可以用作整流滤波电容器,且与电解电容器相比,具有很大的性能优势、价格优势和体积优势。
王亚君,宁武,孟丽囡
(辽宁工学院信息科学与工程学院,辽宁 锦州121001)
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。比如音响电路的整流滤波电容器的电容量高达1×104ìF或更高。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流。通过测试,整流滤波电路输出1A电流时,分别采用1000、2200、3300、4700和10000ìF的滤波电容器,纹波电压的峰峰值分别为:6、2.8、1.9、1.1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不仅体积大,而且价格昂贵。能否将超级电容器用于整流滤波,目前尚未见报道,本文将通过理论分析和试验给予详尽的分析和试验结果。
1超级电容器的主要参数
以4.7F/2.7V超级电容器的参数为例:额定电压2.7V,额定电容量4.7F,等效串联电阻(ESR)50mÙ,体积φ12.5mm×20mm,温度范围-40~+70℃。
2超级电容器用于整流滤波
2.1超级电容器作为整流滤波电容器的可能性
整流滤波对于电容器的基本要求是:有足够的电容量、符合要求的额定电压、可以承受相应的纹波电流值和符合要求的等效串联电阻。超级电容器的电容量足够大;尽管超级电容器的额定电压比较低,仍可以通过多只串联的方式解决;余下的问题就是能否通过相应的纹波电流和等效串联电阻是否符合要求。选择适合的电容量时(例如选择每安培负载电流1000~10000ìF),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。
由于超级电容器的ESR相对铝电解电容器大,其效应必须加以考虑,在正常工作条件下尺寸为φ12.5mm×20mm的外壳可以耗散大约0.5W的功率,对于(ESR)50mÙ的超级电容器可以通过10A的纹波电流,对应3~5A的输出平均值电流,只要输出电流在这个值以下,超级电容器就可以用于整流滤波。
2.2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整流器输出电流、流过滤波电容器的电流波形如图1,只不过滤波电容器变为超级电容器。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5V输出的稳压电源(考虑市电电压的变化,整流输出电压约为7~9V),可以采用3只4.7F/2.7V超级电容器串联。
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