Фільтруючі конденсатори відіграють дуже важливу роль в імпульсних джерелах живлення. Як правильно підібрати конденсатори фільтрів, особливо підбір конденсаторів вихідних фільтрів, це проблема, яка хвилює кожного інженера і техніка. Ми можемо бачити різні конденсатори в ланцюзі фільтра живлення, 100 мкФ, 10 мкФ, 100 нФ, 10 нФ з різними значеннями ємності, тож як визначаються ці параметри? Не кажіть мені, що я скопіював чиюсь схему, га.
Звичайний електролітичний конденсатор, який використовується в ланцюзі частоти живлення 50 Гц, має частоту пульсації напруги лише 100 Гц, а час заряджання та розряджання становить мілісекунди. Щоб отримати менший коефіцієнт пульсації, необхідна ємність досягає сотень тисяч мкФ, тому метою звичайних низькочастотних алюмінієвих електролітичних конденсаторів є збільшення ємності. Основні параметри плюси і мінуси. Електролітичний конденсатор вихідного фільтра в імпульсному джерелі живлення має частоту пилкоподібної хвилі напруги, що досягає десятків кГц або навіть десятків МГц. На даний момент ємність не є його основним показником. Стандартом для вимірювання якості високочастотних алюмінієвих електролітичних конденсаторів є «імпеданс-частотна» характеристика, яка вимагає нижчого еквівалентного опору в межах робочої частоти джерела живлення, і в той же час має хороший ефект фільтрації на високому рівні. сигнал стрибка частоти, що генерується під час роботи напівпровідникового пристрою.
Звичайні низькочастотні електролітичні конденсатори починають демонструвати індуктивність близько 10 кГц, що не може відповідати вимогам імпульсних джерел живлення. Високочастотні алюмінієві електролітичні конденсатори, призначені для імпульсних джерел живлення, мають чотири висновки. Струм витікає з одного позитивного кінця конденсатора з чотирма полюсами, проходить через внутрішню частину конденсатора, а потім тече з іншого позитивного кінця до навантаження; струм, що повертається від навантаження, також тече від одного негативного кінця конденсатора, а потім тече від іншого негативного кінця до негативного кінця джерела живлення.
Оскільки чотириполюсний конденсатор має хороші високочастотні характеристики, він забезпечує надзвичайно вигідний засіб для зменшення пульсуючої складової напруги та придушення пікового шуму перемикання. Високочастотні алюмінієві електролітичні конденсатори також мають багатоядерну форму, тобто алюмінієва фольга розділена на кілька коротших секцій, а кілька листів виведення з’єднані паралельно, щоб зменшити імпедансну складову в ємнісному реактивному опорі. А матеріал з низьким питомим опором використовується як вихідний термінал, що покращує здатність конденсатора витримувати великі струми.
Цифрова схема повинна працювати стабільно і надійно, джерело живлення повинно бути «чистим», а подача енергії повинна бути своєчасною, тобто фільтрація і розв'язка повинні бути хорошими. Що таке розв’язка фільтра, простіше кажучи, вона зберігає енергію, коли мікросхемі не потрібен струм, і я можу поповнити енергію вчасно, коли вам потрібен струм. Не кажіть мені, що ця відповідальність не є відповідальністю DCDC і LDO? Так, вони можуть впоратися з низькими частотами, але високошвидкісні цифрові системи відрізняються.
Давайте спочатку подивимося на конденсатор. Функція конденсатора полягає просто в накопиченні заряду. Ми всі знаємо, що конденсаторну фільтрацію слід додати до джерела живлення, а конденсатор {{0}}.1 мкФ слід розмістити на контакті джерела живлення кожної мікросхеми для розв’язки тощо. Чому я бачу, що конденсатор поруч із контактом джерела живлення деяких мікросхем плати становить 0.1 мкФ або 0,01 мкФ Так, це має значення? Щоб це зрозуміти, необхідно розібратися в реальних характеристиках конденсаторів. Ідеальний конденсатор - це просто накопичувач заряду, C. Однак фактично виготовлений конденсатор не такий простий. При аналізі цілісності живлення ми зазвичай використовуємо модель конденсатора.
Як правильно підібрати фільтруючі конденсатори в конструкції імпульсного блоку живлення?
ESR — послідовний еквівалентний опір конденсатора, ESL — послідовна еквівалентна індуктивність конденсатора, а C — справжній ідеальний конденсатор. ESR і ESL визначаються виробничим процесом і матеріалом конденсатора і не можуть бути усунені. Як ці дві речі впливають на схему? ESR впливає на пульсації джерела живлення, а ESL - на частотні характеристики фільтра конденсатора.
Ми знаємо, що ємнісний реактивний опір конденсатора Zc=1/ωC, індуктивний реактивний опір індуктивності Zl=ωL, (ω=2πf), комплексний опір фактичного конденсатора Z=ESR плюс jωL-1/jωC=ESR плюс j2πf L-1/j2πf C. Можна побачити, що коли частота дуже низька, ємність грає і коли частота досягає певного рівня, роль індуктивності не можна ігнорувати, а коли частота висока, індуктивність відіграє провідну роль. Конденсатори втрачають свою фільтруючу дію. Тому пам’ятайте, що конденсатори – це не просто конденсатори на високих частотах.
Як згадувалося вище, еквівалентна послідовна індуктивність конденсатора визначається процесом виробництва та матеріалом конденсатора. ESL фактичного чіп-керамічного конденсатора коливається від кількох десятих нГн до кількох нГн. Чим менший пакет, тим менший ESL.
На кривій фільтра конденсатора ми також бачимо, що він не плоский, він схожий на «V», що означає, що він має характеристики вибору частоти. Іноді потрібно, щоб він був якомога різкішим (відфільтрований або з порізами). На цю характеристику впливає добротність Q конденсатора, Q{{0}}/ωCESR. Чим більше ESR, тим менше Q і тим крива плоскіша. Навпаки, чим менше ШОЕ, тим більше Q і тим різкіше крива. Як правило, танталові конденсатори та алюмінієвий електроліз мають відносно невеликий ESL і великий ESR, тому танталові конденсатори та алюмінієвий електроліз мають широкий ефективний діапазон частот, який дуже підходить для фільтрації на рівні плати на попередньому етапі. Тобто вхідний каскад DCDC або LDO часто фільтрується танталовим конденсатором більшої ємності. І помістіть кілька конденсаторів 10 мкФ і 0,1 мкФ близько до мікросхеми для розв’язки, керамічні конденсатори мають дуже низьке ESR.
