超级电容应用于整流滤波电路分析

[摘 要] 对整流滤波电路的电流变化特性进行分析，综合了目前超级电容器的优越电学性能，分析了应用超级电容器进行滤波的实践应用，通过对比分析，测试了电压纹波。结论表明与传统的电解电容器相比，超级电容器在整流滤波电路中具有较大的性能优势。

[关 键 词] 超级电容；整流；滤波；优势；分析

[中图分类号] TM53 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）34-0050-01

滤波电容是整流滤波电路中的核心器件，对电路的性能具有重要影响，电容量越大滤波效果越显著。但是在目前的工艺下，大参数的电容器往往体积过大，不能适应产品集成化的设计需求。在低压整流电路中，电容性能方面的缺陷会导致整流滤波电路的纹波系数过大。因此体系较小、性价比较高的超级电容器在整流滤波电路中的研究具有重要的理论价值与实践意义。

一、超级电容器特性

超级电容器是目前电容领域研究的热点，其参数性能优越，在电子产品设计中具有广泛的应用。以4.7F的超级电容器为例分析，其额定电压可以为3V，电容量至4.7F，同时等效串联电阻较大，体积为12.5mm*20mm，在-40℃～70℃的温度范围都能够正常工作。

二、超级电容器在整流滤波电路中的应用

（一）超级电容在整流滤波电路中应用的理论基础

整流滤波电路要求电容能够有效减小电路中的纹波，同时要求有响应的耐压系数与较大的电流。超级电容器的电容容量足够大，可以达到F级，但是超级电容器的耐压系数较低，在实际应用中可以采用串联的方式解决。在滤波中，较大的电流也对超级电容具有一定的影响，超级电容等效电阻较大的问题也会使得超级电容器在实际工作中具有一定的功耗。因此，规划好应用场合，控制响应的电流值，超级电容器在整流滤波电路应用中就成為现实。

（二）超级电容器在整流滤波电路中的应用

基于超级电容器的整流滤波电路结构与基于电解电容的整流滤波电路结构一致，不同的就是将电解电容替代为超级电容器，由于超级电容器的耐压值，因此在实际电路中采用多个电容器串联的方式。根据工程实际经验，以设计5V的稳压电源为例，考虑到电网的步稳定性，规划电压输出值在7V-9V变化，可采用3个2.7V的超级电容器并联。

三、基于电解电容与超级电容的电路特性对比分析

（一）电解电容滤波电路

采用传统方案，用两只15000/27000uF的电解电容器并联设计整流滤波电路。由于电解电容的耐压值较高，因此在低压电路设计中不需要考虑电容的工作安全，只需要对电路的工作特性进行分析。整流输出的电压值均值为6V左右，电流的大小为2.2A。应用仿真软件进行电路的纹波测试，测试效果如下图所示。

（二）基于超级电容器的整流滤波电路

将电解电容器用超级电容器进行替换，再进行测试。通过测试波形可以发现，基于超级电容器的滤波电路也无法实现理想滤波。其主要原因是超级电容器的等效串联电阻值较大，对滤波的性能具有负面的影响。但是超级电容的充放电的电流差为输出平均电路的3倍到4倍，可以在输出端得到很低的纹波系数输出电压。采用多个超级电容器进行串联的时候，纹波系数可以进一步减小。同时由于超级电容的体积较小，电路的整体结构得到了优化。

总之，将超级电容器应用于整流滤波电路对于提升电路的工作特性具有显著的意义。尤其在低压整流滤波电路中，工作效果比普通电解电容器具有明显的技术优势。通过波形仿真分析与数值计算可以得出，只要进行合理的规划设计，超级电容器的电子设计领域具有十分重要的应用价值与技术优势。

参考文献：

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