Ako by sa mal v procese budovania spínaného zdroja správne vybrať filtračný kondenzátor?
Filtračný kondenzátor hrá veľmi dôležitú úlohu v spínanom napájaní. Ako správne vybrať filtračný kondenzátor, najmä výber výstupného filtračného kondenzátora, je problém, ktorý veľmi znepokojuje každého inžiniera a technika. Na obvode výkonového filtra môžeme vidieť rôzne kondenzátory, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF s rôznymi hodnotami kapacity, ako sa teda určujú tieto parametre? Nehovorte mi, že som skopíroval schému niekoho iného, huh, huh.
Pre bežné elektrolytické kondenzátory používané v obvodoch s frekvenciou 50 Hz je frekvencia pulzujúceho napätia iba 100 Hz a čas nabíjania a vybíjania je rádovo v milisekúndách. Aby sa dosiahol menší pulzačný koeficient, požadovaná kapacita je až stovky tisíc μF. Preto je cieľom bežných nízkofrekvenčných hliníkových elektrolytických kondenzátorov zvýšenie kapacity. Hlavné parametre pre a proti. Výstupný filtračný elektrolytický kondenzátor v spínanom zdroji má však frekvenciu pílovitého napätia až desiatky kHz alebo dokonca desiatky MHz. V tomto čase nie je kapacita hlavným ukazovateľom. Štandardom na meranie kvality vysokofrekvenčných hliníkových elektrolytických kondenzátorov je "impedančne-"frekvenčná" charakteristika, vyžaduje sa nižšia ekvivalentná impedancia v rámci pracovnej frekvencie spínaného zdroja a zároveň dobrá filtrácia. vplyv na vysokofrekvenčné špičky generované pri prevádzke polovodičového zariadenia.
Bežné nízkofrekvenčné elektrolytické kondenzátory začínajú vykazovať indukčnosť okolo 10 kHz, čo nemôže spĺňať požiadavky spínaných zdrojov. Vysokofrekvenčný hliníkový elektrolytický kondenzátor určený pre spínaný zdroj má štyri vývody. Dva konce kladného hliníkového plechu sú jednotlivo vytiahnuté ako kladná elektróda kondenzátora a dva konce záporného hliníkového plechu sú tiež jednotlivo vytiahnuté ako záporná elektróda. Prúd tečie z jedného kladného pólu štvorpólového kondenzátora, prechádza vnútrom kondenzátora a potom tečie z druhého kladného pólu do záťaže; prúd vracajúci sa zo záťaže tiež prúdi z jednej zápornej svorky kondenzátora a potom tečie z druhej zápornej svorky na zápornú svorku napájacieho zdroja.
Keďže štvorpólový kondenzátor má dobré vysokofrekvenčné charakteristiky, poskytuje mimoriadne priaznivé prostriedky na zníženie pulzujúcej zložky napätia a potlačenie šumu spínacích špičiek. Vysokofrekvenčné hliníkové elektrolytické kondenzátory majú tiež viacjadrový tvar, to znamená, že hliníková fólia je rozdelená na niekoľko kratších častí a paralelne je zapojených viacero vodičov, aby sa znížila impedančná zložka v kapacitnej reaktancii. A použitie materiálov s nízkym odporom ako vývodových svoriek zlepšuje schopnosť kondenzátora odolávať veľkým prúdom.
Aby digitálne obvody fungovali stabilne a spoľahlivo, musí byť napájanie „čisté“ a doplnenie energie musí byť včasné, to znamená, že filtrovanie a odpájanie musí byť dobré. Čo je filtrovanie a decoupling, zjednodušene povedané, je to ukladanie energie, keď čip nepotrebuje prúd a ja viem doplniť energiu včas, keď potrebujete prúd. Nehovorte mi, že táto zodpovednosť nie je pre DCDC a LDO? Áno, pri nízkych frekvenciách to zvládnu, 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, aký to má zmysel? Aby sme pochopili túto pravdu, musíme pochopiť skutočné vlastnosti kondenzátorov. Ideálny kondenzátor je práve zásobník náboja, a to C. Samotný vyrobený kondenzátor však nie je taký jednoduchý. Pri analýze integrity napájacieho zdroja je bežne používaný model kondenzátora znázornený na obrázku nižšie.
Na obrázku je ESR sériový ekvivalentný odpor kondenzátora, ESL je sériová ekvivalentná indukčnosť kondenzátora a C je skutočný ideálny kondenzátor. ESR a ESL sú určené výrobným procesom a materiálmi 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 Zc=1/ωC kondenzátora, indukčná reaktancia Zl=ωL induktora (ω=2πf) a 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 zohráva úlohu, a keď je frekvencia vysoká na určitú úroveň, úlohu indukčnosti nemožno ignorovať, a keď je frekvencia vyššia, indukčnosť bude hrať hlavna rola. Kondenzátor stráca svoj filtračný účinok. Takže pamätajte, že keď je frekvencia vysoká, kondenzátor nie je len kondenzátor.
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 a čím menšie je balenie, tým menšie je ESL.
Z filtračnej krivky kondenzátora vyššie môžeme tiež vidieť, že nie je plochý, je ako „V“, to znamená, že má frekvenčne selektívne charakteristiky, a dúfame, že je čo najplochejší ( predfázové filtrovanie na úrovni dosky), a niekedy chcete, aby to bolo čo najostrejšie (filtrovanie alebo vrúbkovanie). Čo ovplyvňuje túto charakteristiku, je faktor kvality Q kondenzátora, Q=1/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 hliníkové elektrolyty majú zvyčajne relatívne malé ESL, ale ESR je veľké, takže tantalové kondenzátory a hliníkové elektrolyty majú široký efektívny frekvenčný rozsah, ktorý je veľmi vhodný pre filter úrovne prednej dosky. To znamená, že na filtrovanie na vstupnom stupni DCDC alebo LDO sa často používa veľkokapacitný tantalový kondenzátor. A umiestnite niekoľko 10uF a 0,1uF kondenzátorov blízko čipu na oddelenie, keramické kondenzátory majú veľmi nízku ESR.
