滤波器在开关电源中起着非常重要的作用。如何正确选择滤波电容,尤其是输出滤波电容,是每个工程技术人员都非常关心的问题。在电源滤波电路中我们可以看到各种电容,100uF,10uF,100nF,10nF。那么这些参数是如何确定的呢?50Hz电路中使用的普通电解电容,脉动电压频率只有100Hz,充放电时间在毫秒量级。为了获得更小的脉动系数,需要的电容高达几十万 F,所以普通低频铝电解电容器的目标主要是提高电容,电容器的电容量、损耗角正切、漏电流是鉴别其优劣的主要参数。然而,开关电源中的输出滤波电解电容具有高达几十kHz,甚至几十MHz的锯齿电压频率。这时候电容就不是它的主要指标了。衡量高频铝电解电容器质量的标准是阻抗频率特性,要求开关电源工作频率下的等效阻抗较低,对半导体器件工作时产生的高频尖峰信号有很好的滤波效果。普通低频电解电容在10kHz左右开始出现电感,可以不符合开关电源的要求。开关电源专用高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流出,经过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容器的一个负端流出,然后从另一个负端流向电源的负端。因为四端电容器具有良好的高频特性,所以它为减小电压纹波分量和抑制开关峰值噪声提供了极其有利的手段。高频铝电解电容器也有多芯的形式,即把铝箔分成若干小段,并联多根引线,以减少容抗中的阻抗分量。采用低电阻率材料作为引出端,提高了电容器承受大电流的能力。数字电路必须稳定可靠地运行,电源必须干净,而且能量补充一定要及时,也就是滤波解耦一定要好。什么是滤波器去耦?简单来说,就是在芯片不工作的时候储存能量不需要电流,而且我可以在你需要电流的时候及时补充能量。唐别告诉我这不是DCDC和LDO的责任?是的,它们可以在低频下完成,但高速数字系统则不同。让让我们先看看电容器。电容器的功能只是储存电荷。我们都知道电源要加电容滤波,每个芯片的电源引脚要放一个0.1uF的电容去耦。等等,为什么我看到有的板卡芯片电源引脚旁边的电容是0.1uF或者0.01uF?什么重点是什么?要理解这种方式,就必须了解电容器的实际特性。理想的电容器只是电荷的记忆,即c。然而,实际制造的电容器并不那么简单。在分析电源完整性时,我们通常使用电容模型,如下图所示:
图中,ESR是电容器的串联等效电阻,ESL是电容器的串联等效电感,C是真正的理想电容器。ESR和ESL由电容器的制造工艺和材料决定,无法消除。这两个东西对电路有什么影响。它影响ESR电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。我们知道电容器的容抗ZC等于1/ C,感抗ZL等于 L,(=2 F),实际电容器的复阻抗为Z=ESR JL-1/JC=ESR J2F L-1/J2FC。可以看出,当频率很低时,电容起作用,而当频率足够高时,电感可以不可忽视
上面说过,电容器的等效串联电感是由电容器的制造工艺和材料决定的。实际SMD陶瓷电容的ESL范围从几nH到几nH,封装越小,ESL越小。从上面电容的滤波曲线我们也可以看出它并不平坦,它像一个V ,也就是说它具有选频特性。那时候我们希望它尽可能的平坦(前级板级滤波),有时候又希望它尽可能的锐利(滤波或者陷波陷印)。该特性受电容品质因数Q的影响,Q=1/CESR。ESR越大,Q越小,曲线越平坦。相反,ESR越小,Q越大,曲线越陡。通常钽电容和铝电解的ESL相对较小,但ESR较大,所以钽电容和铝电解的有效频率范围较宽,非常适合前级板级滤波。也就是说,DCDC或LDO的输入级通常由更大容量的钽电容滤波。然而,一些10uF和0.1uF的电容靠近芯片放置以去耦,陶瓷电容的ESR非常低。说到这里,我们是否应该在芯片的引脚附近放置0.1uF或0.01uF,让下面列出来供你参考。
所以,唐未来不要在任何东西里放0.1uF的电容。这些0.1uF的电容简直胜不能在一些高速系统中工作。
标签:电容电容器滤波