什么是電源電路中的紋波

紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動而造成的一種現象，因為直流穩(wěn)定電源一般是由交流電源經整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成分，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。

紋波(ripple)的定義紋波的成分較為復雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻(中國是50Hz)的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于不同的場合，對紋波的要求各不一樣。對于電容器來說，無論是哪一種紋波，只要不是太大，一般對電容器質量不會造成影響。而對工控機電源或音響設備中所使用的電源，由于寬度很窄的脈沖沒有足夠的能量來推動喇叭的紙盆或話機的聽筒而形成雜音。因此對于這種窄脈沖的要求可以放寬。而對于音頻范圍內的類似正弦波的紋波信號，雖然其幅度不是太高，但其能量卻使喇叭或聽筒發(fā)生嗡嗡的雜音。因此對這種形態(tài)的紋波應有一定的要求，而對于用于一些控制的場合，由于窄脈沖達到一定的高度會干擾數字或邏輯控制部件，使設備運行的可靠性降低，因此對這種窄脈沖的幅度應有一定的限制，而對類似正弦波的紋波，一般由于其幅度較低，對控制部件的干擾不大。紋波的表示方法可以用有效值或峰值來表示，可以用絕對量，也可以用相對量來表示。例如一個電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V/5A，測得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對量，而相對量即 紋波系數=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬分之一。

這篇文章解釋了電源電路中的紋波電流是什么，是什么原因造成的，以及如何使用平滑電容器來減少或消除紋波電流。

什么是電源電路中的紋波

在所有交流到直流電源中，直流輸出是通過整流交流輸入電源并通過平滑電容器濾波來獲取的。

盡管該過程將交流電清潔到幾乎純直流電，但直流含量中始終會殘留少量不需要的剩余交流電，直流中的這種不需要的干擾稱為紋波電流或紋波電壓。

直流中剩余的不需要的交流電主要是由于整流直流的過濾或抑制不足，或者有時是由于一些其他復雜現象，例如來自與電源相關的電感或容性負載的反饋信號，或者也可能來自高頻信號處理單元。

上述殘余紋波因數(γ)在技術上定義為實際紋波電壓的均方根(RMS)幅度與電源輸出直流線路中引入的絕對量的比值，通常以百分比表示。

表達紋波因子

還有一種表示紋波因子的替代方法，即通過峰峰值電壓值。這種方法似乎更容易使用示波器表達和測量，并且可以通過可用的公式輕松評估。

在了解評估直流紋波含量的公式之前，首先要了解使用整流二極管和電容器將交流電轉換為直流電的過程。

通常，由四個二極管組成的橋式整流器用于將交流電轉換為全波直流電。

然而，即使在整流后，由于直流中仍然存在較大的峰峰值電壓(深谷)，由此產生的直流電也可能具有巨大的紋波。這是因為整流器的功能僅限于將AC的負周期轉換為正周期。

每個整流半周期之間的持續(xù)深谷會引入最大紋波，這只能通過在橋式整流器的輸出端增加一個濾波電容來解決。

谷值和峰值周期之間的大峰峰值電壓使用濾波電容或橋式整流器輸出端的平滑電容進行平滑或補償。

濾波電容器的工作原理

這種平滑電容器也稱為儲能電容器，因為它的功能類似于儲液罐，并在整流電壓的峰值周期內存儲能量。

濾波電容器在整流峰值周期期間存儲峰值電壓和電流，同時負載在這些周期中也接收峰值功率，但是在這些周期的下降沿或谷值處，電容器立即將存儲的能量踢回負載，確保對負載的補償，并且允許負載接收相當一致的直流電，與不含電容器的實際紋波。

循環(huán)繼續(xù)，因為電容器在此過程中充電和放電，試圖最小化所連接負載的實際峰峰值紋波成分的差異。

平滑效率取決于負載電流

電容器的上述平滑效率在很大程度上依賴于負載電流，因為這會增加電容器的平滑能力成比例地降低，這就是負載越大需要在電源中使用更大的平滑電容器的原因。