Filtračné kondenzátory zohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri spínaní napájacích zdrojov. Ako správne vybrať filtračné kondenzátory, najmä výber výstupných filtračných kondenzátorov, je problém, ktorý veľmi znepokojuje každého inžiniera a technika. V obvode výkonového filtra môžeme vidieť rôzne kondenzátory, rôzne hodnoty kapacity 100uF, 10uF, 100nF, 10nF, ako sa teda určujú tieto parametre? Nehovorte mi, že som skopíroval schému niekoho iného, huh.
Bežný elektrolytický kondenzátor používaný v obvode s frekvenciou 50 Hz má frekvenciu pulzujúceho napätia iba 100 Hz a čas nabíjania a vybíjania je rádovo v milisekúndách. Na získanie menšieho pulzačného koeficientu je potrebná kapacita až státisíce μF, takže cieľom bežných nízkofrekvenčných hliníkových elektrolytických kondenzátorov je zvýšenie kapacity. Hlavné parametre pre a proti. Výstupný filtračný elektrolytický kondenzátor v spínanom napájacom zdroji má napäťovú frekvenciu pílovitých vĺn až desiatky kHz alebo dokonca desiatky MHz. V tomto čase nie je kapacita jeho hlavným ukazovateľom. Štandardom na meranie kvality vysokofrekvenčných hliníkových elektrolytických kondenzátorov je „impedančne-frekvenčná“ charakteristika, vyžaduje nižšiu ekvivalentnú impedanciu v rámci pracovnej frekvencie spínaného zdroja a zároveň má dobrý filtračný účinok na vysoko- signál frekvenčných špičiek generovaný pri prevádzke polovodičového zariadenia.
Bežné nízkofrekvenčné elektrolytické kondenzátory začínajú vykazovať indukčnosť okolo 10kHz, čo nemôže spĺňať požiadavky spínaných zdrojov. Vysokofrekvenčné hliníkové elektrolytické kondenzátory určené pre spínané zdroje majú štyri vývody. Prúd tečie z jedného kladného konca štvorpólového kondenzátora, prechádza vnútrom kondenzátora a potom tečie z druhého kladného konca do záťaže; prúd vracajúci sa zo záťaže tiež tečie z jedného záporného konca kondenzátora a potom tečie z druhého záporného konca do záporného konca napájacieho zdroja.
Keďže štvorpólový kondenzátor má dobré vysokofrekvenčné charakteristiky, poskytuje mimoriadne výhodný prostriedok na zníženie pulzujúcej zložky napätia a potlačenie šumu pri spínaní. Vysokofrekvenčné hliníkové elektrolytické kondenzátory majú tiež viacžilový tvar, to znamená, že hliníková fólia je rozdelená na niekoľko kratších častí a paralelne je zapojených viacero vývodových plechov, aby sa znížila impedančná zložka v kapacitnej reaktancii. A materiál s nízkym odporom sa používa ako vývodová svorka, čo zlepšuje schopnosť kondenzátora odolávať veľkým prúdom.
Digitálny obvod musí bežať stabilne a spoľahlivo, napájanie musí byť „čisté“ a dodávanie energie včasné, to znamená, že filtrovanie a odpájanie musí byť dobré. Čo je to filter decoupling, zjednodušene povedané, ukladá energiu, keď čip nepotrebuje prúd a ja viem doplniť energiu včas, keď potrebujete prúd. Nehovorte mi, že táto zodpovednosť nie je zodpovednosťou DCDC a LDO? Áno, pri nízkych frekvenciách to zvládajú, ale vysokorýchlostné digitálne systémy sú iné.
Najprv sa pozrime na kondenzátor. Funkciou kondenzátora je jednoducho ukladať náboj. Všetci vieme, že do napájacieho zdroja by sa malo pridať filtrovanie kondenzátora a na napájací kolík každého čipu by sa mal umiestniť kondenzátor {{0}} .1uF na oddelenie atď. Prečo vidím, že kondenzátor vedľa napájacieho kolíka niektorých čipov dosky je 0.1uF alebo 0.01uF Áno, záleží na tom? Aby sme to pochopili, je potrebné pochopiť skutočné vlastnosti kondenzátorov. Ideálny kondenzátor je len zásobník náboja, C. Samotný vyrobený kondenzátor však nie je taký jednoduchý. Pri analýze integrity napájania bežne používame model kondenzátora.
Ako správne vybrať filtračné kondenzátory pri návrhu spínaného zdroja?
ESR je sériový ekvivalentný odpor kondenzátora, ESL je sériová ekvivalentná indukčnosť kondenzátora a C je skutočný ideálny kondenzátor. ESR a ESL sú určené výrobným procesom a materiálom kondenzátora a nemožno ich eliminovať. Aký vplyv majú tieto dve veci na okruh? ESR ovplyvňuje zvlnenie napájacieho zdroja a ESL ovplyvňuje frekvenčné charakteristiky filtra kondenzátora.
Vieme, že kapacitná reaktancia kondenzátora Zc=1/ωC, indukčná reaktancia tlmivky Zl=ωL, (ω=2πf), komplexná impedancia skutočného kondenzátora je Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Je vidieť, že keď je frekvencia veľmi nízka, kapacita hrá a keď frekvencia dosiahne určitú úroveň, nemožno ignorovať úlohu indukčnosti, a keď je frekvencia vysoká, indukčnosť hrá vedúcu úlohu. Kondenzátory strácajú svoj filtračný účinok. Takže pamätajte, že kondenzátory nie sú len kondenzátory pri vysokých frekvenciách.
Ako je uvedené vyššie, ekvivalentná sériová indukčnosť kondenzátora je určená výrobným procesom a materiálom kondenzátora. ESL skutočného čipového keramického kondenzátora sa pohybuje od niekoľkých desatín nH do niekoľkých nH. Čím menší balík, tým menšie ESL.
Na filtračnej krivke kondenzátora môžeme tiež vidieť, že nie je plochý, je ako „V“, čo znamená, že má charakteristiky výberu frekvencie. Niekedy chcete, aby to bolo čo najostrejšie (filtrované alebo vrúbkované). Čo ovplyvňuje túto charakteristiku, je faktor kvality Q kondenzátora, Q{{0}}/ωCESR. Čím väčšia je ESR, tým menšia je Q a tým plochejšia krivka. Naopak, čím menšie ESR, tým väčšie Q a tým ostrejšia krivka. Tantalové kondenzátory a elektrolýza hliníka majú vo všeobecnosti relatívne malé ESL a veľké ESR, takže tantalové kondenzátory a elektrolýza hliníka majú široký efektívny frekvenčný rozsah, ktorý je veľmi vhodný na filtrovanie na úrovni dosky. To znamená, že vstupný stupeň DCDC alebo LDO je často filtrovaný tantalovým kondenzátorom s väčšou kapacitou. A dajte nejaké 10uF a 0,1uF kondenzátory blízko čipu na oddelenie, keramické kondenzátory majú veľmi nízku ESR.
