Hoe moet de filtercondensator correct worden geselecteerd tijdens het bouwen van een schakelende voeding?
De filtercondensator speelt een zeer belangrijke rol in de schakelende voeding. Hoe de filtercondensator correct te selecteren, met name de selectie van de uitgangsfiltercondensator, is een probleem waar elke ingenieur en technicus zich grote zorgen over maakt. We kunnen verschillende condensatoren op het vermogensfiltercircuit zien, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF met verschillende capaciteitswaarden, dus hoe worden deze parameters bepaald? Zeg me niet dat ik het schematische diagram van iemand anders heb gekopieerd, huh, he.
Voor gewone elektrolytische condensatoren die worden gebruikt in circuits met een vermogensfrequentie van 50 Hz, is de pulserende spanningsfrequentie slechts 100 Hz en is de laad- en ontlaadtijd in de orde van milliseconden. Om een kleinere pulsatiecoëfficiënt te verkrijgen, is de vereiste capaciteit zo hoog als honderdduizenden μF. Daarom is het doel van gewone laagfrequente aluminium elektrolytische condensatoren het vergroten van de capaciteit. De belangrijkste parameters van voor- en nadelen. De elektrolytische condensator van het uitgangsfilter in de schakelende voeding heeft echter 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 "impedantie-" frequentie "karakteristieken, het is vereist om een lagere equivalente impedantie te hebben binnen de werkfrequentie van de schakelende voeding en tegelijkertijd een goede filtering te hebben effect op de hoogfrequente pieken die worden gegenereerd wanneer het halfgeleiderapparaat werkt.
Gewone laagfrequente elektrolytische condensatoren beginnen inductiviteit te vertonen bij ongeveer 10 kHz, wat niet kan voldoen aan de eisen van schakelende voedingen. De hoogfrequente aluminium elektrolytische condensator voor de schakelende voeding heeft vier klemmen. De twee uiteinden van de positieve aluminiumplaat worden respectievelijk uitgetrokken als de positieve elektrode van de condensator, en de twee uiteinden van de negatieve aluminiumplaat worden ook respectievelijk uitgetrokken als de negatieve elektrode. De stroom stroomt van de ene positieve pool van de vierpolige condensator, gaat door de binnenkant van de condensator en vloeit vervolgens van de andere positieve pool naar de belasting; de stroom die terugkeert van de belasting vloeit ook naar binnen vanaf de ene negatieve pool van de condensator en vloeit dan van de andere negatieve pool naar de negatieve pool van de voeding.
Omdat de condensator met vier aansluitingen goede hoogfrequente eigenschappen heeft, biedt deze een buitengewoon gunstig middel om de pulserende component van de spanning te verminderen en de schakelruis 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 leidingen parallel zijn aangesloten om de impedantiecomponent in de capacitieve reactantie te verminderen. En het gebruik van materialen met een lage soortelijke weerstand als uitloopklemmen verbetert het vermogen van de condensator om grote stromen te weerstaan.
Om ervoor te zorgen dat digitale circuits stabiel en betrouwbaar werken, moet de voeding "schoon" zijn en moet de energieaanvulling tijdig zijn, dat wil zeggen dat filtering en ontkoppeling goed moeten zijn. Wat is filteren en ontkoppelen, simpel gezegd, het is om energie op te slaan wanneer de chip geen stroom nodig heeft, en ik kan energie op tijd aanvullen wanneer jij stroom nodig hebt. Vertel me nu niet dat deze verantwoordelijkheid niet bij DCDC en LDO ligt? Ja, bij lage frequenties kunnen ze het aan, 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 een {{0}}.1uF-condensator moet op de voedingspen van elke chip worden geplaatst voor ontkoppeling, enz. Waarom zie ik dat de condensator naast de stroompin van sommige bordchips staat 0.1uF of 0.01uF Ja, wat heeft het voor zin? Om deze waarheid te begrijpen, moeten we de werkelijke kenmerken van condensatoren begrijpen. Een ideale condensator is slechts een opslag van lading, namelijk C. De feitelijk vervaardigde condensator is echter niet zo eenvoudig. Bij het analyseren van de integriteit van de voeding, wordt het veelgebruikte condensatormodel weergegeven in de onderstaande afbeelding.
In de figuur is ESR 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 fabricageproces en de materialen 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 Zc=1/ωC van de condensator, de inductieve reactantie Zl=ωL van de inductor, (ω=2πf), en de complexe impedantie van de daadwerkelijke 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 speelt, en wanneer de frequentie hoog is tot een bepaald niveau, de rol van de inductantie niet kan worden genegeerd, en wanneer de frequentie hoger is, zal de inductantie een rol spelen hoofdrol. De condensator verliest zijn filterende werking. Onthoud dus dat wanneer de frequentie hoog is, de condensator niet zomaar een condensator is.
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, en hoe kleiner het pakket, hoe kleiner de ESL.
Uit de filtercurve van de condensator hierboven kunnen we ook zien dat hij niet plat is, hij is als een 'V', dat wil zeggen, hij heeft frequentieselectieve kenmerken, en we hopen dat hij zo plat mogelijk is ( pre-stage board-level filtering), En soms wil je dat het zo scherp mogelijk is (filtering of notching). Wat deze eigenschap beïnvloedt, is de kwaliteitsfactor Q van de condensator, Q=1/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. Gewoonlijk hebben tantaalcondensatoren en aluminiumelektrolyten een relatief kleine ESL, maar ESR is groot, dus tantaalcondensatoren en aluminiumelektrolyten hebben een breed effectief frequentiebereik, wat zeer geschikt is voor het front-end board-niveaufilter. Dat wil zeggen, een tantaalcondensator met grote capaciteit wordt vaak gebruikt voor filtering in de ingangstrap van DCDC of LDO. En plaats wat 10uF en 0.1uF condensatoren in de buurt van de chip voor ontkoppeling, keramische condensatoren hebben een zeer lage ESR.
