Конденсаторы фильтра играют очень важную роль в импульсных источниках питания. Как правильно подобрать фильтрующие конденсаторы, особенно выбор выходных фильтрующих конденсаторов, - проблема, которая очень волнует каждого инженера и техника. Мы можем видеть множество конденсаторов в цепи фильтра питания, 100 мкФ, 10 мкФ, 100 нФ, 10 нФ с разными значениями емкости, так как же определяются эти параметры? Не говорите мне, что я скопировал чужую схему, а.
Обычный электролитический конденсатор, используемый в цепи промышленной частоты 50 Гц, имеет частоту пульсирующего напряжения всего 100 Гц, а время зарядки и разрядки составляет порядка миллисекунд. Для получения меньшего коэффициента пульсации необходимая емкость достигает сотен тысяч мкФ, поэтому целью обычных низкочастотных алюминиевых электролитических конденсаторов является увеличение емкости. Основные параметры плюсы и минусы. Электролитический конденсатор выходного фильтра в импульсном блоке питания имеет частоту пилообразного напряжения, достигающую десятков кГц или даже десятков МГц. В настоящее время емкость не является его основным показателем. Эталоном измерения качества высокочастотных алюминиевых электролитических конденсаторов является характеристика «импеданс-частота», требует меньшего эквивалентного импеданса в пределах рабочей частоты импульсного источника питания, и в то же время обладает хорошим фильтрующим эффектом на высокочастотных сигнал скачка частоты, генерируемый при работе полупроводникового устройства.
Обычные низкочастотные электролитические конденсаторы начинают показывать индуктивность около 10кГц, что не может удовлетворить требованиям импульсных блоков питания. Высокочастотные алюминиевые электролитические конденсаторы, предназначенные для импульсных источников питания, имеют четыре вывода. Ток течет от одного положительного вывода четырехвыводного конденсатора, проходит через внутреннюю часть конденсатора, а затем течет от другого положительного вывода к нагрузке; ток, возвращающийся от нагрузки, также течет от одного отрицательного конца конденсатора, а затем течет от другого отрицательного вывода к отрицательному концу источника питания.
Поскольку четырехвыводной конденсатор обладает хорошими высокочастотными характеристиками, он представляет собой чрезвычайно выгодное средство для уменьшения пульсирующей составляющей напряжения и подавления коммутационного пикового шума. Высокочастотные алюминиевые электролитические конденсаторы также имеют многожильный вид, то есть алюминиевая фольга разделена на несколько более коротких участков, а несколько выводных листов соединены параллельно для уменьшения импедансной составляющей в емкостном реактивном сопротивлении. А в качестве выводной клеммы используется материал с низким удельным сопротивлением, что улучшает способность конденсатора выдерживать большие токи.
Цифровая схема должна работать стабильно и надежно, питание должно быть «чистым», а подача энергии — своевременной, то есть фильтрация и развязка должны быть хорошими. Что такое развязка фильтра, проще говоря, он запасает энергию, когда микросхеме не нужен ток, и я могу пополнять энергию в то время, когда нужен ток. Не подскажете, что эта ответственность не входит в обязанности DCDC и LDO? Да, на низких частотах они справятся, но с высокоскоростными цифровыми системами дело обстоит иначе.
Сначала рассмотрим конденсатор. Функция конденсатора заключается в простом накоплении заряда. Все мы знаем, что в блок питания нужно добавить конденсаторную фильтрацию, а на вывод питания каждой микросхемы поставить конденсатор {{0}}.1uF для развязки и т.д. Почему я вижу, что Емкость конденсатора рядом с выводом питания некоторых микросхем платы составляет 0.1 мкФ или 0,01 мкФ. Да, это имеет значение? Чтобы это понять, необходимо разобраться в реальных характеристиках конденсаторов. Идеальный конденсатор — это просто накопитель заряда C. Однако реально изготовленный конденсатор не так прост. При анализе целостности питания мы обычно используем модель конденсатора.
Как правильно подобрать фильтрующие конденсаторы в конструкции импульсного блока питания?
ESR — это последовательное эквивалентное сопротивление конденсатора, ESL — это последовательная эквивалентная индуктивность конденсатора, а C — реальный идеальный конденсатор. ESR и ESL определяются процессом изготовления и материалом конденсатора и не могут быть устранены. Какое влияние эти две вещи оказывают на схему? ESR влияет на пульсации источника питания, а ESL влияет на частотную характеристику фильтра конденсатора.
Мы знаем, что емкостное сопротивление конденсатора Zc=1/ωC, индуктивное сопротивление катушки индуктивности Zl=ωL, (ω=2πf), комплексное сопротивление реального конденсатора равно Z=ESR плюс jωL-1/jωC=ESR плюс j2πf L-1/j2πf C. Можно видеть, что при очень низкой частоте емкость играет роль, и когда частота достигает определенного уровня, роль индуктивности нельзя игнорировать, и когда частота высока, индуктивность играет ведущую роль. Конденсаторы теряют фильтрующий эффект. Так что помните, конденсаторы — это не просто конденсаторы на высоких частотах.
Как упоминалось выше, эквивалентная последовательная индуктивность конденсатора определяется процессом изготовления и материалом конденсатора. ESL реального керамического конденсатора микросхемы колеблется от нескольких десятых долей нГн до нескольких нГн. Чем меньше пакет, тем меньше ESL.
На кривой фильтра конденсатора мы также видим, что он не плоский, он похож на букву «V», что означает, что он имеет характеристики выбора частоты. Иногда вы хотите, чтобы он был как можно более резким (отфильтрованным или режет). На эту характеристику влияет добротность Q конденсатора, Q{{0}}/ωCESR. Чем больше ESR, тем меньше добротность и тем более пологая кривая. Наоборот, чем меньше ESR, тем больше Q и тем острее кривая. Как правило, танталовые конденсаторы и алюминиевые электролизеры имеют относительно небольшой ESL и большой ESR, поэтому танталовые конденсаторы и алюминиевые электролизеры имеют широкий эффективный диапазон частот, что очень подходит для предварительной фильтрации на уровне платы. То есть входной каскад DCDC или LDO часто фильтруется танталовым конденсатором большей емкости. И поместите несколько конденсаторов 10 мкФ и 0,1 мкФ рядом с чипом для развязки, керамические конденсаторы имеют очень низкое ESR.
