王亞君，寧武，孟麗囡

（遼寧工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州121001）

摘要：通過(guò)對(duì)整流濾波電流的基本要求的分析和超級(jí)電容器性能的分析，得出超級(jí)電容器也可以作為整流濾波電容器，通過(guò)2只15000ìF/10V的鋁電解電容器并聯(lián)和3只4.7F/2.7V超級(jí)電容器串聯(lián)的對(duì)比測(cè)試、輸出紋波電壓波形分析，得出超級(jí)電容器可以用作整流濾波電容器，且與電解電容器相比，具有很大的性能優(yōu)勢(shì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)和體積優(yōu)勢(shì)。

濾波電容器在整流濾波電路中起著重要作用，電容量越大濾波效果越好。比如音響電路的整流濾波電容器的電容量高達(dá)1×104ìF或更高。在低壓整流（如5V、3.3V甚至更低的電壓）輸出時(shí)往往因?yàn)闉V波電容器的電容量不夠大而產(chǎn)生較大的紋波電流。通過(guò)測(cè)試，整流濾波電路輸出1A電流時(shí)，分別采用1000、2200、3300、4700和10000ìF的濾波電容器，紋波電壓的峰峰值分別為：6、2.8、1.9、1.1和0.6V.如果采用更大的濾波電容器，濾波效果將會(huì)更好。問(wèn)題是大容量電容器不僅體積大，而且價(jià)格昂貴。能否將超級(jí)電容器用于整流濾波，目前尚未見(jiàn)報(bào)道，本文將通過(guò)理論分析和試驗(yàn)給予詳盡的分析和試驗(yàn)結(jié)果。

1超級(jí)電容器的主要參數(shù)

以4.7F/2.7V超級(jí)電容器的參數(shù)為例：額定電壓2.7V，額定電容量4.7F，等效串聯(lián)電阻（ESR）50mÙ，體積φ12.5mm×20mm，溫度范圍－40～＋70℃。

2超級(jí)電容器用于整流濾波

2.1超級(jí)電容器作為整流濾波電容器的可能性

整流濾波對(duì)于電容器的基本要求是：有足夠的電容量、符合要求的額定電壓、可以承受相應(yīng)的紋波電流值和符合要求的等效串聯(lián)電阻。超級(jí)電容器的電容量足夠大；盡管超級(jí)電容器的額定電壓比較低，仍可以通過(guò)多只串聯(lián)的方式解決；余下的問(wèn)題就是能否通過(guò)相應(yīng)的紋波電流和等效串聯(lián)電阻是否符合要求。選擇適合的電容量時(shí)(例如選擇每安培負(fù)載電流1000～10000ìF)，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(chǎn)生的效應(yīng)基本上對(duì)鋁電解電容器幾乎沒(méi)有影響。

由于超級(jí)電容器的ESR相對(duì)鋁電解電容器大，其效應(yīng)必須加以考慮，在正常工作條件下尺寸為φ12.5mm×20mm的外殼可以耗散大約0.5W的功率，對(duì)于(ESR)50mÙ的超級(jí)電容器可以通過(guò)10A的紋波電流，對(duì)應(yīng)3～5A的輸出平均值電流，只要輸出電流在這個(gè)值以下，超級(jí)電容器就可以用于整流濾波。

2.2用超級(jí)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(jí)電容器用于整流濾波的電路和整流器輸出電流、流過(guò)濾波電容器的電流波形如圖1，只不過(guò)濾波電容器變?yōu)槌?jí)電容器。由于超級(jí)電容器的額定電壓很低(僅2.7V)，需要數(shù)只超級(jí)電容器串聯(lián)。對(duì)于5V輸出的穩(wěn)壓電源(考慮市電電壓的變化，整流輸出電壓約為7～9V)，可以采用3只4.7F/2.7V超級(jí)電容器串聯(lián)。

2.3對(duì)比測(cè)試結(jié)果

采用兩只15000V/27000ìF鋁電解電容器并聯(lián)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6V，負(fù)載電流2.2A時(shí)的整流輸出紋波電壓如圖2，所使用的示波器為F105B數(shù)字示波器，選擇A通道，AC耦合，時(shí)基5ms/div（每格5ms），通道設(shè)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(shí)間基本相同。通過(guò)工頻變壓器降壓后的整流電路，由于工頻變壓器的漏感的作用(抑制電流變化)，使濾波電容器幾乎工作在或者是充電、或者是放電的狀態(tài)，與市電直接整流的狀態(tài)不同。

測(cè)試結(jié)果表明整流輸出濾波電容器選擇10000ìF/A（每安培輸出電流用1×104ìF）的濾波電容量時(shí)，輸出電壓的紋波電壓的峰峰值約為560mV，與理論分析結(jié)果的每安培600mV很接近。因此，對(duì)于低壓整流濾波電路，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(φ35mm×35mm)而且價(jià)格很高(兩只約15元)。

在與上面的例子相同的測(cè)試條件下，采用3只4.7F/2.7V超級(jí)電容器串聯(lián)作為整流濾波電容器，測(cè)得輸出電壓的紋波電壓峰峰值為624mV，如圖3.從紋波電壓峰峰值看與22000ìF電解電容器的濾波效果相同。

超級(jí)電容器作為整流濾波時(shí)的效果并不像理想電容器那樣使輸出電壓接近一條直線，而是有波動(dòng)，原因是超級(jí)電容器有相對(duì)一般電容器大的等效串聯(lián)電阻(ESR).3只超級(jí)電容器的串聯(lián)時(shí)的等效串聯(lián)電阻約為160mÙ，濾波電容器上的充、放電的電流差約為輸出電流平均值的3.5倍，因而在輸出端出現(xiàn)約550mV的電壓波動(dòng)，但還可以得到很低的紋波電壓。如果兩只串聯(lián)時(shí)，紋波電壓峰峰值可以低于420mV，相當(dāng)于27000ìF電解電容器，但是體積將大大減小。

由此可見(jiàn)，一只4.7F的超級(jí)電容器的濾波效果大約相當(dāng)于一只56000ìF電解電容器。在低壓整流濾波的應(yīng)用中將具有很大的性能優(yōu)勢(shì)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)和體積優(yōu)勢(shì)。

3超電容器用于整流濾波電路意義

超級(jí)電容器一般都是用在類似蓄電池那樣的電能的存儲(chǔ)和釋放的用途。作為整流濾波使用，過(guò)去還沒(méi)有過(guò)，通過(guò)從上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，可知超級(jí)電容器在低壓整流濾波電路中也可以應(yīng)用，而且其濾波效果俱佳。與電解電容器相比，具有其很大的優(yōu)勢(shì)。在今后的研究中，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解超級(jí)電容器的新的特性和應(yīng)用，擴(kuò)展超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]李軍求，孫逢春，張承名，等.純電動(dòng)大客車超級(jí)電容器參數(shù)匹配與實(shí)驗(yàn)[J].電源技術(shù)，2004，28(8):483-486.

[2]方偉新，吳森，宗楊.超級(jí)電容與蓄電池并聯(lián)使用對(duì)混合動(dòng)力公交車的改進(jìn)[J].客車技術(shù)與研究2005(5):11-14.

[3]儲(chǔ)軍，陳杰，李忠學(xué).電動(dòng)車用超級(jí)電容器充放電性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)械，2004，31(3):20-22.

[4]陳永真.超級(jí)電容器原理及應(yīng)用[C]//中國(guó)電源學(xué)會(huì)第15屆全國(guó)技術(shù)論文集.上海:中國(guó)電源學(xué)會(huì)，2004:499-502.

[5]崔淑梅，段甫毅.超級(jí)電容電動(dòng)汽車的研究進(jìn)展與趨勢(shì)[J].汽車研究與開(kāi)發(fā)，2005(6):31-36.