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電源設(shè)計(jì)中濾波電容如何選取
更新時(shí)間:2020-11-11   點(diǎn)擊次數(shù):2248次

電源設(shè)計(jì)中濾波電容如何選取

 

通常情況下,電解電容的作用是過(guò)濾掉電流中的低頻信號(hào),但即使是低頻信號(hào),其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量。因此為了適合在不同頻率下使用,電解電容也分為頻電容和低頻電容(這里的頻是相對(duì)而言)。

 

電感的阻抗與頻率成正比,電容的阻抗與頻率成反比。所以,電感可以阻扼頻通過(guò),電容可以阻扼低頻通過(guò)。二者適當(dāng)組合,就可過(guò)濾頻率信號(hào)。如在整流電路中,將電容并在負(fù)載上或?qū)㈦姼写?lián)在負(fù)載上,可濾去交流紋波。

 

 

電容濾波屬電壓濾波,是直接儲(chǔ)存脈動(dòng)電壓來(lái)平滑輸出電壓,輸出電壓,接近交流電壓峰值;適用于小電流,電流越小濾波效果越好。

 

電感濾波屬電流濾波,是靠通過(guò)電流產(chǎn)生電磁感應(yīng)來(lái)平滑輸出電流,輸出電壓低,低于交流電壓值;適用于大電流,電流越大濾波效果越好。電容和電感的很多特是恰恰相反的。

 

低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波,其工作頻率與市電致為50Hz;而頻濾波電容主要工作在開關(guān)電源整流后的濾波,其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。當(dāng)我們將低頻濾波電容用于頻電路時(shí),由于低頻濾波電容頻特不好,它在頻充放電時(shí)內(nèi)阻較大,等效電感較。因此在使用中會(huì)因電解液的頻繁化而產(chǎn)生較大的熱量。而較的溫度將使電容內(nèi)部的電解液氣化,電容內(nèi)壓力升,終導(dǎo)致電容的鼓包和爆裂。

 

電源濾波電容的大小,平時(shí)做設(shè)計(jì),前用4.7u,用于濾低頻,二用0.1u,用于濾頻,4.7uF的電容作用是減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾,0.1uF的電容應(yīng)該是減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化引起的頻干擾。般前面那個(gè)越大越好,兩個(gè)電容值相差大概100倍左右。電源濾波,開關(guān)電源,要看你的ESR(電容的等效串聯(lián)電阻)有多大,而頻電容的選擇好在其自諧振頻率上。大電容是防止浪涌,機(jī)理就好比大水庫(kù)防洪能力強(qiáng)樣;小電容濾頻干擾,器件都可以等效成個(gè)電阻、電感、電容的串并聯(lián)電路,也就有了自諧振,只有在這個(gè)自諧振頻率上,等效電阻小,所以濾波好!

 

電容的等效模型為電感L,電阻R和電容C的串聯(lián),電感L為電容引線所至,電阻R電容的有功功率損耗,電容C。

 

因而可等效為串聯(lián)LC回路求其諧振頻率,串聯(lián)諧振的條件為WL=1/WC,W=2PIf,從而得到此式子f = 1/(2pi* LC)。,串聯(lián)LC回路中心頻率處電抗小表現(xiàn)為純電阻,所以中心頻率處起到濾波效果。引線電感的大小因其粗細(xì)長(zhǎng)短而不同,接地電容的電感般是1MM為10nH左右,取決于需要接地的頻率。

 

采用電容濾波設(shè)計(jì)需要考慮參數(shù):

 

ESR

 

ESL

 

耐壓值

 

諧振頻率

 

那么如何選取電源濾波電容呢?

 

電源濾波電容如何選取,掌握其精髓與方法,其實(shí)也不難

 

1、理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng),這時(shí)電容應(yīng)該看成是個(gè)LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數(shù),這表示頻率大于SFR值時(shí),電容變成了個(gè)電感,如果電容對(duì)地濾波,當(dāng)頻率出SFR后,對(duì)干擾的抑制就大打折扣,所以需要個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地.原因在于小電容,SFR值大,對(duì)頻信號(hào)提供了個(gè)對(duì)地通路。

 

所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容濾低頻,小電容濾頻,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,想想為什么?如果從這個(gè)角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。

 

2、那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,我們常常會(huì)有疑問(wèn),我怎么知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取個(gè)電容還是兩個(gè)電容?

 

電容的SFR值和電容值有關(guān),和電容的引腳電感有關(guān),所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同,當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè):

 

器件Data sheet,如22pf,0402電容的SFR值在2G左右

 

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率,想想如何測(cè)量S21?

 

知道了電容的SFR值后,用軟件仿真,如RFsim99,選個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比。仿真完后,那就是實(shí)際電路試驗(yàn),如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí),LNA的電源濾波是關(guān)鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB。

 

電容的本質(zhì)是通交流,隔直流,理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因,實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路,(還有電容本身的電阻,有時(shí)也不可忽略)這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2

 

在諧振頻率以下電容呈容,諧振頻率以上電容呈感.因而般大電容濾低頻波,小電容濾頻波。

 

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