Filtercondensatoren spelen een zeer belangrijke rol bij het schakelen van voedingen. Het correct selecteren van filtercondensatoren, vooral de selectie van uitgangsfiltercondensatoren, is een probleem waar elke ingenieur en technicus zich grote zorgen over maakt. We kunnen een verscheidenheid aan condensatoren zien in het vermogensfiltercircuit, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF verschillende capaciteitswaarden, dus hoe worden deze parameters bepaald? Zeg me niet dat ik het schema van iemand anders heb gekopieerd.
De gemeenschappelijke elektrolytische condensator die wordt gebruikt in het 50 Hz-vermogensfrequentiecircuit heeft een pulserende spanningsfrequentie van slechts 100 Hz en de laad- en ontlaadtijd is in de orde van milliseconden. Om een kleinere pulsatiecoëfficiënt te verkrijgen, is de vereiste capaciteit zo hoog als honderdduizenden μF, dus het doel van gewone laagfrequente aluminium elektrolytische condensatoren is om de capaciteit te vergroten. De belangrijkste parameters van voor- en nadelen. De elektrolytische condensator van het uitgangsfilter in de schakelende voeding heeft een zaagtandgolfspanningsfrequentie van wel tientallen kHz of zelfs tientallen MHz. Op dit moment is de capaciteit niet de belangrijkste indicator. De standaard voor het meten van de kwaliteit van hoogfrequente aluminium elektrolytische condensatoren is de "impedantie-frequentie"-karakteristiek, vereist een lagere equivalente impedantie binnen de werkfrequentie van de schakelende voeding en heeft tegelijkertijd een goed filtereffect op de hoge- frequentiepieksignaal gegenereerd wanneer het halfgeleiderapparaat werkt.
Gewone laagfrequente elektrolytische condensatoren beginnen een inductantie te vertonen rond de 10 kHz, wat niet kan voldoen aan de eisen van schakelende voedingen. De hoogfrequente aluminium elektrolytische condensatoren voor schakelende voedingen hebben vier aansluitingen. De stroom vloeit van het ene positieve uiteinde van de condensator met vier aansluitingen, gaat door de binnenkant van de condensator en vloeit vervolgens van het andere positieve uiteinde naar de belasting; de stroom die terugkeert van de belasting vloeit ook van het ene negatieve uiteinde van de condensator en vloeit vervolgens van het andere negatieve uiteinde naar het negatieve uiteinde van de voeding.
Omdat de condensator met vier aansluitingen goede hoogfrequente eigenschappen heeft, biedt deze een uiterst voordelig middel om de pulserende component van de spanning te verminderen en de schakelpiekruis te onderdrukken. Hoogfrequente elektrolytische aluminiumcondensatoren hebben ook een meeraderige vorm, dat wil zeggen dat de aluminiumfolie is verdeeld in verschillende kortere secties en dat meerdere uitloopvellen parallel zijn aangesloten om de impedantiecomponent in de capacitieve reactantie te verminderen. En het materiaal met een lage soortelijke weerstand wordt gebruikt als de uitloopterminal, waardoor de condensator beter bestand is tegen grote stromen.
Het digitale circuit moet stabiel en betrouwbaar werken, de voeding moet "schoon" zijn en de energietoevoer moet op tijd zijn, dat wil zeggen, de filtering en ontkoppeling moeten goed zijn. Wat is filterontkoppeling, simpel gezegd, het slaat energie op als de chip geen stroom nodig heeft, en ik kan energie op tijd aanvullen als jij stroom nodig hebt. Vertel me niet dat deze verantwoordelijkheid niet de verantwoordelijkheid is van DCDC en LDO? Ja, ze kunnen het aan bij lage frequenties, maar digitale systemen met hoge snelheid zijn anders.
Laten we eerst eens kijken naar de condensator. De functie van de condensator is simpelweg om de lading op te slaan. We weten allemaal dat condensatorfiltering aan de voeding moet worden toegevoegd en dat er een {{0}}.1uF-condensator op de voedingspen van elke chip moet worden geplaatst voor ontkoppeling, enz. Waarom zie ik dat de condensator naast de voedingspen van sommige boardchips is 0.1uF of 0.01uF Ja, maakt het uit? Om dit te begrijpen, is het noodzakelijk om de werkelijke kenmerken van condensatoren te begrijpen. Een ideale condensator is slechts een opslag van lading, C. De feitelijk vervaardigde condensator is echter niet zo eenvoudig. Bij het analyseren van de vermogensintegriteit gebruiken we meestal het condensatormodel.
Hoe filtercondensatoren correct te selecteren in het ontwerp van de schakelende voeding?
ESR is de serie-equivalente weerstand van de condensator, ESL is de serie-equivalente inductantie van de condensator en C is de echte ideale condensator. ESR en ESL worden bepaald door het productieproces en het materiaal van de condensator en kunnen niet worden geëlimineerd. Welk effect hebben deze twee dingen op het circuit? ESR beïnvloedt de rimpel van de voeding en ESL beïnvloedt de filterfrequentiekarakteristieken van de condensator.
We weten dat de capacitieve reactantie van de condensator Zc=1/ωC, de inductieve reactantie van de inductor Zl=ωL, (ω=2πf), de complexe impedantie van de eigenlijke condensator is Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Het is te zien dat wanneer de frequentie erg laag is, de capaciteit een rol, en wanneer de frequentie een bepaald niveau bereikt, kan de rol van de inductantie niet worden genegeerd, en wanneer de frequentie hoog is, speelt de inductantie een leidende rol. Condensatoren verliezen hun filterende werking. Onthoud dus dat condensatoren niet alleen condensatoren op hoge frequenties zijn.
Zoals hierboven vermeld, wordt de equivalente serie-inductantie van de condensator bepaald door het fabricageproces en het materiaal van de condensator. De ESL van de eigenlijke chip-keramische condensator varieert van enkele tienden van nH tot enkele nH. Hoe kleiner het pakket, hoe kleiner de ESL.
Op de filterkromme van de condensator kunnen we ook zien dat deze niet plat is, het is als een 'V', wat betekent dat het frequentieselectiekarakteristieken heeft. Soms wil je dat het zo scherp mogelijk is (gefilterd of notch). Wat deze eigenschap beïnvloedt, is de kwaliteitsfactor Q van de condensator, Q{{0}}/ωCESR. Hoe groter de ESR, hoe kleiner de Q en hoe vlakker de curve. Integendeel, hoe kleiner de ESR, hoe groter de Q en hoe scherper de curve. Over het algemeen hebben tantaalcondensatoren en aluminiumelektrolyse een relatief kleine ESL en een grote ESR, dus tantaalcondensatoren en aluminiumelektrolyse hebben een breed effectief frequentiebereik, wat zeer geschikt is voor pre-stage filtering op bordniveau. Dat wil zeggen, de ingangstrap van de DCDC of LDO wordt vaak gefilterd met een grotere capaciteit tantaal condensator. En plaats enkele 10uF en 0.1uF condensatoren dicht bij de chip voor ontkoppeling, keramische condensatoren hebben een zeer lage ESR.
