電源濾波電容的容量越大就越好嗎？

大多數(shù)讀者學(xué)習(xí)電容器概念時(shí)，最先接觸到的應(yīng)用可能就是濾波，最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的單電容濾波電路如下圖所示：

其相關(guān)的輸入輸出波形如下圖所示：

電容濾波電路原理非常簡(jiǎn)單：當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓ui高于濾波電容兩端電壓時(shí)就對(duì)電容充電，而當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓ui低于濾波電容兩端電壓時(shí)，濾波電容開(kāi)始放電承擔(dān)對(duì)負(fù)載提供電量的責(zé)任，補(bǔ)償了輸入脈動(dòng)電壓ui的下降趨勢(shì)，從而達(dá)到降低脈動(dòng)電壓的脈動(dòng)程度（紋波系數(shù)）。我們也曾經(jīng)被教育過(guò)：濾波電容越大，則濾波后的輸出電壓紋波越小。

那電源濾波電容的容量越大就越好嗎？

首先，毫無(wú)疑問(wèn)，容量越大則成本越高，但更重要的是，濾波容量大到一定程度，電容容量所帶來(lái)的好處會(huì)越少。

如前述橋式整流濾波，濾波電容的容量從10uF到100uF，紋波電壓改善是64V-22V=42V，從100uF到1000uF的紋波改善值為22V-4.24V=19.6V，而從1000uF到4700uF的紋波改善值就只有4.24-1.35=2.89V了，如下圖所示：

很明顯可以看到，濾波電容的容量越大，相應(yīng)的紋波電壓是下降了，但是濾波電容越大，則能夠獲得的好處就更少了，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度看，就是邊際效益越小（性?xún)r(jià)比低），不值得這么做；

其二，濾波容量過(guò)大的必要性。如果一件事情沒(méi)有執(zhí)行的必要，那我們就沒(méi)有必要去執(zhí)行，這看來(lái)是句廢話，然而這也是電路設(shè)計(jì)中遵循的適用性法則（夠用就好）。

當(dāng)輸入脈動(dòng)直流電壓的紋波電壓經(jīng)濾波電容（電路）后被控制在允許的范圍之內(nèi)，盡管此時(shí)輸出的直流電壓還有些波動(dòng)（不是十分穩(wěn)定），但我們認(rèn)為濾波電容的歷史使命已經(jīng)圓滿(mǎn)完成，濾波電路后面還會(huì)有穩(wěn)壓電路進(jìn)行更為精確地穩(wěn)壓，如下圖所示：

電路系統(tǒng)中的每一個(gè)部分都有其主要職責(zé)，我們沒(méi)有必要花費(fèi)更多的精力讓濾波電路去執(zhí)行它并不擅長(zhǎng)的任務(wù)，這與每個(gè)人都應(yīng)當(dāng)做其最擅長(zhǎng)的事情也是一樣的道理，文章最開(kāi)始我們就已經(jīng)講述了濾波電容存在的目的：降低交流脈動(dòng)電壓（紋波系數(shù)），而不是用來(lái)輸出穩(wěn)定的電壓；

其三，濾波電容過(guò)大的可行性。濾波電容的容量過(guò)大，則充電電流（紋波電流）也會(huì)越大，過(guò)大的紋波電流對(duì)電路系統(tǒng)是一個(gè)致命的傷害。

如果說(shuō)上面兩點(diǎn)不成為你使用更大容量的濾波電容的理由（比如，你說(shuō)你有錢(qián)任性，我就想做最好的產(chǎn)品感恩社會(huì)，報(bào)效祖國(guó)，花多點(diǎn)錢(qián)不在乎），但在紋波電流的限制下，你想使用容量過(guò)大的電容都不行（濾波電容會(huì)說(shuō)：你要做好產(chǎn)品我不管，但你要把我弄得太大，搞不好把電路損壞了，這鍋我不背）。

大多數(shù)讀者可能對(duì)紋波電壓都有所了解，但其實(shí)相應(yīng)的也還有紋波電流（Ripple current），它的定義是：在最高工作溫度條件下，電容器最大所能承受的交流紋波電流的RMS值（有效值），并且指定的紋波為頻率范圍（100Hz～120Hz）的正弦波。

紋波電流在電壓上的表現(xiàn)就是脈動(dòng)電壓（紋波），電容器所能承受的最大允許紋波電流受溫度、損耗角度及交流頻率等參數(shù)的限制，在數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常用 IR來(lái)表示，如下圖所示的紋波電流（下圖來(lái)自VISHAY鋁電解電容038 RSU數(shù)據(jù)手冊(cè)） ：

該系列電解電容的紋波電流如下圖所示：

上圖是耐壓值為25V的濾波電容的部分?jǐn)?shù)據(jù)，相同工藝及容量下，耐壓越高則相應(yīng)的紋波允許電流也越高，那濾波電容的容量過(guò)大為什么又會(huì)產(chǎn)生更大的紋波電流呢？

對(duì)于同樣的橋式整流濾波電路，當(dāng)濾波電容的容量過(guò)大時(shí)，其相關(guān)波形如下圖所示：

在電路系統(tǒng)剛剛上電時(shí)，濾波電容兩端的電壓為零，此時(shí)輸入脈動(dòng)電壓ui會(huì)逐漸升高，并同時(shí)對(duì)濾波電容進(jìn)行充電，如果濾波電容的容量過(guò)大，則電容充電的速度會(huì)比較慢（電壓上升慢），當(dāng)輸入脈動(dòng)電壓ui達(dá)到峰值時(shí)，此時(shí)的輸入峰值電壓與濾波電容兩端的電壓差最高的，并且兩者之間沒(méi)有任何阻抗，如下圖所示：

高壓低阻狀態(tài)就會(huì)引起瞬間大電流，濾波電容的容量越大，則瞬間的充電（紋波）電流也越大，此時(shí)電路的狀態(tài)就等效于下圖所示：

這種瞬間電流（也稱(chēng)變浪涌電流）很可能超出濾波電容的最大紋波電流，從而將損壞濾波電容，如果由此引起濾波電容短路故障，則其它相關(guān)元器件（如整流二極管、保險(xiǎn)絲、開(kāi)關(guān)管）也可能在一瞬間報(bào)銷(xiāo)。

當(dāng)然，很多情況下電源濾波電容必須要很大，因此就必須添加相應(yīng)的保護(hù)電路，比如，我們可以串一個(gè)限流電阻在電路中，再額外使用繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，如下圖所示：

當(dāng)電源剛剛上電時(shí)，繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)限流電阻R1串聯(lián)在電路中，以防止出現(xiàn)過(guò)大的紋波電流，而當(dāng)濾波電容已經(jīng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，我們將繼電器開(kāi)關(guān)閉合，將限流電阻R1短接，這樣可以避免限流電阻R1消耗不必要的電能。