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开关直流电源设计过程中0.1μF电容的应用

滤波电容在开关直流电源中起着十分重要的效果,怎么准确挑选滤波电容,尤其是输出滤波电容的挑选则是每个工程技术人员都十分关心的问题。咱们在电源滤波电路上能够看到各式各样的电容,100uF,10uF,100nF,10nF不相同的容值,那么这些参数是怎么断定的?不要告诉我是抄他人原理图的,呵呵。

50Hz 工频电路中运用的一般电解电容器,其脉动电压频率仅为100Hz,充放电时刻是毫秒数量级。为取得更小的脉动系数,所需的电容量高达数十万 μF,因而一般低频铝电解电容器的目标是以进步电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是辨别其好坏的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解 电容器,其锯齿波电压频率高达数十kHz,乃至是数十MHz,这时电容量并不是其主要目标,衡量高频铝电解电容好坏的标准是“阻抗-频率”特性,请求在开关电源的作业频率内要有较低的等效阻抗,一起对于半导体器材作业时发生的高频尖峰信号具有杰出的滤波效果。

一般的低频电解电容器在10kHz左右便开端呈现感性,无法满意开关电源的运用请求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两头 别离引出作为电容器的正极,负极铝片的两头也别离引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入,通过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载回来的电流 也从电容的一个负端流入,再从另一个负端流向电源负端。

因为四端电容具有杰出的高频特性,为减小电压的脉动分量以及按捺开关尖峰噪声供给了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的方式,行将铝箔分红 较短的若干段,用多引出片并联衔接以减小容抗中的阻抗成份。而且选用低电阻率的资料作为引出端子,进步了电容器接受大电流的能力。

数字电路要运行安稳牢靠,电源必定要”洁净“,而且能量弥补必定要及时,也即是滤波去耦必定要好。啥是滤波去耦,简略的说即是在芯片不需求电流的时分存储能量,在你需求电流的时分我又能及时的弥补能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗,对,在低频的时分它们能够搞定,但高速的数字体系就不相同了。

先来看看电容,电容的效果简略的说即是存储电荷。咱们都知道在电源中要加电容滤波,在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等,怎么我看到要些板子芯片的电源脚周围的电容是0.1uF的或许0.01uF的,有啥考究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实践特性。抱负的电容它只是一个电荷的存储器,即C。而实践制作出来的电容却不是那么简略,剖析电源完整性的时分咱们常用的电容模型如下图所示。

电容模型图

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才是真正的抱负电容。ESR和ESL是由电容的制作技术和资料决议的,无法消除。那这两个东西对电路有啥影响。ESR影响电源的纹波,ESL影响电容的滤波频率特性。

咱们知道电容的容抗Zc=1/ωC,电感的感抗Zl=ωL,( ω=2πf),实践电容的复阻抗为Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时分是电容起效果,而频率高到必定的时分电感的效果就不行忽略了,再高的时分电感就起主导效果了。电容就失掉滤波的效果了。所以记住,高频的时分电容就不是单纯的电容了。实践电容的滤波曲线如下图所示。

电容的滤波曲线

上面说了电容的等效串联电感是电容的制作技术和资料决议的,实践的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH,封装越小ESL就越小。

从上面电容的滤波曲线上咱们还看出并不是平整的,它像一个’V’,也即是说有选频特性,在时分咱们期望它是越平越好(前级的板级滤波),而有时分期望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的质量要素Q, Q=1/ωCESR,ESR越大,Q就越小,曲线就越平整,反之ESR越小,Q就越大,曲线就越尖。一般钽电容和铝电解有比较小的ESL,而ESR大,所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率规模,十分合适前级的板级滤波。也即是在DCDC或许LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在接近芯片的当地放一些10uF和0.1uF的电容往来不断耦,陶瓷电容有很低的ESR。

说了那么多,那究竟咱们在接近芯片的管脚处放置0.1uF仍是0.01uF,下面列出来给我们参考。

而在接近芯片的当地放一些10uF和0.1uF的电容往来不断耦,陶瓷电容有很低的ESR。

所以,今后不要见到啥都放0.1uF的电容,有些高速体系中这些0.1uF的电容根本就起不了效果。

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