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开关电源设计中如何正确选择滤波电容?

本文摘要:滤波电容在开关电源中起着十分最重要的起到,如何准确自由选择滤波电容,特别是在是输入滤波电容的自由选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上可以看见各种各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF有所不同的容值,那么这些参数是如何确认的?不要告诉他我是遗文别人原理图的,呵呵。 50Hz工频电路中用于的普通电解电容器,其脉动电压频率仅有为100Hz,充放电时间是毫秒数量级。

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滤波电容在开关电源中起着十分最重要的起到,如何准确自由选择滤波电容,特别是在是输入滤波电容的自由选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上可以看见各种各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF有所不同的容值,那么这些参数是如何确认的?不要告诉他我是遗文别人原理图的,呵呵。  50Hz工频电路中用于的普通电解电容器,其脉动电压频率仅有为100Hz,充放电时间是毫秒数量级。为取得更加小的脉动系数,所需的电容量低约数十万F,因此普通低频铝电解电容器的目标是以提升电容量居多,电容器的电容量、损耗角余弦值以及溢电流是辨别其好坏的主要参数。

而开关电源中的输入滤波电解电容器,其锯齿波电压频率低约数十kHz,甚至是数十MHz,这时电容量并不是其主要指标,取决于高频铝电解电容好坏的标准是电阻-频率特性,拒绝在开关电源的工作频率内要有较低的等效电阻,同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具备较好的滤波起到。  普通的低频电解电容器在10kHz左右之后开始呈现出感性,无法符合开关电源的用于拒绝。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,负极铝片的两端分别引向作为电容器的负极,负极铝片的两端也分别引向作为负极。

电流从四端电容的一个正端流向,经过电容内部,再行从另一个正端流向阻抗;从阻抗回到的电流也从电容的一个负端流向,再行从另一个负端流向电源负端。  由于四端电容具备较好的高频特性,为增大电压的脉动分量以及诱导电源尖峰噪声获取了十分不利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式,将要铝箔分为较短的若干段,用多引向片并联相连以增大容抗中的电阻成份。并且使用较低电阻率的材料作为引向端子,提升了电容器忍受大电流的能力。

  数字电路要运营平稳可信,电源一定要整洁,并且能量补足一定要及时,也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦,非常简单的说道就是在芯片不必须电流的时候存储能量,在你必须电流的时候我又能及时的补足能量。不要跟我说道这个职责不是DCDC、LDO的吗?对,在低频的时候它们可以搞定,但高速的数字系统就不一样了。

  再行来想到电容,电容的起到非常简单的说道就是存储电荷。我们都告诉在电源中要特电容滤波,在每个芯片的电源脚摆放一个0.1uF的电容去耦等等,怎么我看见要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的,有什么讲究吗?要搞懂这个道理就要理解电容的实际特性。

理想的电容它只是一个电荷的存储器,即C。而实际生产出来的电容却不是那么非常简单,分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图右图。

    图中ESR是电容的串联等效电阻,ESL是电容的串联等效电感,C才是确实的理想电容。ESR和ESL是由电容的生产工艺和材料要求的,不了避免。那这两个东西对电路有什么影响。

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ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。  我们告诉电容的容抗Zc=1/C,电感的感抗Zl=L,(=2f),实际电容的复阻抗为Z=ESR+jL-1/jC=ESR+j2fL-1/j2fC。

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可见当频率很低的时候是电容起起到,而频率低到一定的时候电感的起到就不可忽视了,再行低的时候电感就起主导作用了。电容就丧失滤波的起到了。所以忘记,高频的时候电容就不是全然的电容了。  上面说道了电容的等效串联电感是电容的生产工艺和材料要求的,实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH,PCB就越小ESL就就越小。

  从上面电容的滤波曲线上我们还显现出并不是平缓的,它像一个V,也就是说有选频特性,在时候我们期望它是就越龙州好(前级的板级滤波),而有时候期望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素Q,Q=1/CESR,ESR越大,Q就就越小,曲线就就越平缓,反之ESR就越小,Q就越大,曲线就就越钝。一般来说钽电容和铝电解有较为小的ESL,而ESR大,所以钽电容和铝电解具备很长的有效地频率范围,非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输出级经常用较小容量的钽电容来滤波。

而在附近芯片的地方敲一些10uF和0.1uF的电容远方耦,陶瓷电容有很低的ESR。  说道了那么多,那究竟我们在附近芯片的管脚处摆放0.1uF还是0.01uF,下面列出来给大家参照。    所以,以后不要看到什么都敲0.1uF的电容,有些高速系统中这些0.1uF的电容显然就起没法起到。


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