紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動(dòng)而造成的一種現(xiàn)象，因?yàn)橹绷鞣€(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)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(chēng)之為紋波。

紋波(ripple)的定義紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻(中國(guó)是50Hz)的類(lèi)似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對(duì)于不同的場(chǎng)合，對(duì)紋波的要求各不一樣。對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，無(wú)論是哪一種紋波，只要不是太大，一般對(duì)電容器質(zhì)量不會(huì)造成影響。而對(duì)工控機(jī)電源或音響設(shè)備中所使用的電源，由于寬度很窄的脈沖沒(méi)有足夠的能量來(lái)推動(dòng)喇叭的紙盆或話(huà)機(jī)的聽(tīng)筒而形成雜音。因此對(duì)于這種窄脈沖的要求可以放寬。而對(duì)于音頻范圍內(nèi)的類(lèi)似正弦波的紋波信號(hào)，雖然其幅度不是太高，但其能量卻使喇叭或聽(tīng)筒發(fā)生嗡嗡的雜音。因此對(duì)這種形態(tài)的紋波應(yīng)有一定的要求，而對(duì)于用于一些控制的場(chǎng)合，由于窄脈沖達(dá)到一定的高度會(huì)干擾數(shù)字或邏輯控制部件，使設(shè)備運(yùn)行的可靠性降低，因此對(duì)這種窄脈沖的幅度應(yīng)有一定的限制，而對(duì)類(lèi)似正弦波的紋波，一般由于其幅度較低，對(duì)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(lái)表示，可以用絕對(duì)量，也可以用相對(duì)量來(lái)表示。例如一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，其輸出為100V/5A，測(cè)得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對(duì)量，而相對(duì)量即 紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/100V=0.01%，即等于萬(wàn)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(lái)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(guò)整流交流輸入電源并通過(guò)平滑電容器濾波來(lái)獲取的。

盡管該過(guò)程將交流電清潔到幾乎純直流電，但直流含量中始終會(huì)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(chēng)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(guò)濾或抑制不足，或者有時(shí)是由于一些其他復(fù)雜現(xiàn)象，例如來(lái)自與電源相關(guān)的電感或容性負(fù)載的反饋信號(hào)，或者也可能來(lái)自高頻信號(hào)處理單元。

上述殘余紋波因數(shù)(γ)在技術(shù)上定義為實(shí)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(duì)量的比值，通常以百分比表示。

表達(dá)紋波因子

還有一種表示紋波因子的替代方法，即通過(guò)峰峰值電壓值。這種方法似乎更容易使用示波器表達(dá)和測(cè)量，并且可以通過(guò)可用的公式輕松評(píng)估。

在了解評(píng)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(zhuǎn)換為直流電的過(guò)程。

通常，由四個(gè)二極管組成的橋式整流器用于將交流電轉(zhuǎn)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(chǎn)生的直流電也可能具有巨大的紋波。這是因?yàn)檎髌鞯墓δ軆H限于將AC的負(fù)周期轉(zhuǎn)換為正周期。

每個(gè)整流半周期之間的持續(xù)深谷會(huì)引入最大紋波，這只能通過(guò)在橋式整流器的輸出端增加一個(gè)濾波電容來(lái)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(jìn)行平滑或補(bǔ)償。

濾波電容器的工作原理

這種平滑電容器也稱(chēng)為儲(chǔ)能電容器，因?yàn)樗墓δ茴?lèi)似于儲(chǔ)液罐，并在整流電壓的峰值周期內(nèi)存儲(chǔ)能量。

濾波電容器在整流峰值周期期間存儲(chǔ)峰值電壓和電流，同時(shí)負(fù)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(chǔ)的能量踢回負(fù)載，確保對(duì)負(fù)載的補(bǔ)償，并且允許負(fù)載接收相當(dāng)一致的直流電，與不含電容器的實(shí)際紋波。

循環(huán)繼續(xù)，因?yàn)殡娙萜髟诖诉^(guò)程中充電和放電，試圖最小化所連接負(fù)載的實(shí)際峰峰值紋波成分的差異。

平滑效率取決于負(fù)載電流

電容器的上述平滑效率在很大程度上依賴(lài)于負(fù)載電流，因?yàn)檫@會(huì)增加電容器的平滑能力成比例地降低，這就是負(fù)載越大需要在電源中使用更大的平滑電容器的原因。