大电容 电源滤波电容的容量是多大才好呢？

大多数读者学习电容器概念时，最先接触到的应用可能就是滤波，最常见、最简单的单电容滤波电路如下图所示：

其相关的输入输出波形如下图所示：

电容滤波电路原理非常简单：当输入脉动电压ui高于滤波电容两端电压时就对电容充电，而当输入脉动电压ui低于滤波电容两端电压时，滤波电容开始放电承担对负载提供电量的责任，补偿了输入脉动电压ui的下降趋势，从而达到降低脉动电压的脉动程度（纹波系数）。我们也曾经被教育过：滤波电容越大，则滤波后的输出电压纹波越小。

那电源滤波电容的容量越大就越好吗？

首先，毫无疑问，容量越大则成本越高，但更重要的是，滤波容量大到一定程度，电容容量所带来的好处会越少。

如前述桥式整流滤波，滤波电容的容量从10uF到100uF，纹波电压改善是64V-22V=42V，从100uF到1000uF的纹波改善值为22V-4.24V=19.6V，而从1000uF到4700uF的纹波改善值就只有4.24-1.35=2.89V了大电容，如下图所示：

很明显可以看到，滤波电容的容量越大，相应的纹波电压是下降了，但是滤波电容越大，则能够获得的好处就更少了，从经济学的角度看，就是边际效益越小（性价比低），不值得这么做；

其二，滤波容量过大的必要性。如果一件事情没有执行的必要，那我们就没有必要去执行，这看来是句废话，然而这也是电路设计中遵循的适用性法则（够用就好）。

当输入脉动直流电压的纹波电压经滤波电容（电路）后被控制在允许的范围之内，尽管此时输出的直流电压还有些波动（不是十分稳定），但我们认为滤波电容的历史使命已经圆满完成，滤波电路后面还会有稳压电路进行更为精确地稳压，如下图所示：

电路系统中的每一个部分都有其主要职责，我们没有必要花费更多的精力让滤波电路去执行它并不擅长的任务，这与每个人都应当做其最擅长的事情也是一样的道理，文章最开始我们就已经讲述了滤波电容存在的目的：降低交流脉动电压（纹波系数），而不是用来输出稳定的电压；

其三，滤波电容过大的可行性。滤波电容的容量过大，则充电电流（纹波电流）也会越大，过大的纹波电流对电路系统是一个致命的伤害。

如果说上面两点不成为你使用更大容量的滤波电容的理由（比如，你说你有钱任性，我就想做最好的产品感恩社会，报效祖国，花多点钱不在乎），但在纹波电流的限制下，你想使用容量过大的电容都不行（滤波电容会说：你要做好产品我不管，但你要把我弄得太大，搞不好把电路损坏了，这锅我不背）。

大多数读者可能对纹波电压都有所了解，但其实相应的也还有纹波电流（Ripple current），它的定义是：在最高工作温度条件下，电容器最大所能承受的交流纹波电流的RMS值（有效值），并且指定的纹波为频率范围（100Hz～120Hz）的正弦波。

纹波电流在电压上的表现就是脉动电压（纹波），电容器所能承受的最大允许纹波电流受温度、损耗角度及交流频率等参数的限制，在数据手册中通常用 IR来表示，如下图所示的纹波电流（下图来自VISHAY铝电解电容038 RSU数据手册） ：

该系列电解电容的纹波电流如下图所示：

上图是耐压值为25V的滤波电容的部分数据，相同工艺及容量下，耐压越高则相应的纹波允许电流也越高，那滤波电容的容量过大为什么又会产生更大的纹波电流呢？

对于同样的桥式整流滤波电路，当滤波电容的容量过大时，其相关波形如下图所示：

在电路系统刚刚上电时，滤波电容两端的电压为零，此时输入脉动电压ui会逐渐升高，并同时对滤波电容进行充电，如果滤波电容的容量过大，则电容充电的速度会比较慢（电压上升慢），当输入脉动电压ui达到峰值时，此时的输入峰值电压与滤波电容两端的电压差最高的，并且两者之间没有任何阻抗，如下图所示：

高压低阻状态就会引起瞬间大电流大电容，滤波电容的容量越大，则瞬间的充电（纹波）电流也越大，此时电路的状态就等效于下图所示：

这种瞬间电流（也称变浪涌电流）很可能超出滤波电容的最大纹波电流，从而将损坏滤波电容，如果由此引起滤波电容短路故障，则其它相关元器件（如整流二极管、保险丝、开关管）也可能在一瞬间报销。

当然，很多情况下电源滤波电容必须要很大，因此就必须添加相应的保护电路，比如，我们可以串一个限流电阻在电路中，再额外使用继电器进行开关控制，如下图所示：

当电源刚刚上电时，继电器开关断开，此时限流电阻R1串联在电路中，以防止出现过大的纹波电流，而当滤波电容已经进入正常工作状态后，我们将继电器开关闭合，将限流电阻R1短接，这样可以避免限流电阻R1消耗不必要的电能。

文章由启和科技编辑