什么是电源电路中的纹波

纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成分，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。

纹波(ripple)的定义纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频(中国是50Hz)的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器来说，无论是哪一种纹波，只要不是太大，一般对电容器质量不会造成影响。而对工控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号，虽然其幅度不是太高，但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。因此对这种形态的纹波应有一定的要求，而对于用于一些控制的场合，由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件，使设备运行的可靠性降低，因此对这种窄脉冲的幅度应有一定的限制，而对类似正弦波的纹波，一般由于其幅度较低，对控制部件的干扰不大。纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对量来表示。例如一个电源工作在稳压状态，其输出为100V/5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即 纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/100V=0.01%，即等于万分之一。

这篇文章解释了电源电路中的纹波电流是什么，是什么原因造成的，以及如何使用平滑电容器来减少或消除纹波电流。

什么是电源电路中的纹波

在所有交流到直流电源中，直流输出是通过整流交流输入电源并通过平滑电容器滤波来获取的。

尽管该过程将交流电清洁到几乎纯直流电，但直流含量中始终会残留少量不需要的剩余交流电，直流中的这种不需要的干扰称为纹波电流或纹波电压。

直流中剩余的不需要的交流电主要是由于整流直流的过滤或抑制不足，或者有时是由于一些其他复杂现象，例如来自与电源相关的电感或容性负载的反馈信号，或者也可能来自高频信号处理单元。

上述残余纹波因数(γ)在技术上定义为实际纹波电压的均方根(RMS)幅度与电源输出直流线路中引入的绝对量的比值，通常以百分比表示。

表达纹波因子

还有一种表示纹波因子的替代方法，即通过峰峰值电压值。这种方法似乎更容易使用示波器表达和测量，并且可以通过可用的公式轻松评估。

在了解评估直流纹波含量的公式之前，首先要了解使用整流二极管和电容器将交流电转换为直流电的过程。

通常，由四个二极管组成的桥式整流器用于将交流电转换为全波直流电。

然而，即使在整流后，由于直流中仍然存在较大的峰峰值电压(深谷)，由此产生的直流电也可能具有巨大的纹波。这是因为整流器的功能仅限于将AC的负周期转换为正周期。

每个整流半周期之间的持续深谷会引入最大纹波，这只能通过在桥式整流器的输出端增加一个滤波电容来解决。

谷值和峰值周期之间的大峰峰值电压使用滤波电容或桥式整流器输出端的平滑电容进行平滑或补偿。

滤波电容器的工作原理

这种平滑电容器也称为储能电容器，因为它的功能类似于储液罐，并在整流电压的峰值周期内存储能量。

滤波电容器在整流峰值周期期间存储峰值电压和电流，同时负载在这些周期中也接收峰值功率，但是在这些周期的下降沿或谷值处，电容器立即将存储的能量踢回负载，确保对负载的补偿，并且允许负载接收相当一致的直流电，与不含电容器的实际纹波。

循环继续，因为电容器在此过程中充电和放电，试图最小化所连接负载的实际峰峰值纹波成分的差异。

平滑效率取决于负载电流

电容器的上述平滑效率在很大程度上依赖于负载电流，因为这会增加电容器的平滑能力成比例地降低，这就是负载越大需要在电源中使用更大的平滑电容器的原因。