Condensatorii de filtru joacă un rol foarte important în comutarea surselor de alimentare. Cum să selectați corect condensatorii de filtru, în special selectarea condensatorilor de filtru de ieșire, este o problemă de care fiecare inginer și tehnician este foarte preocupat. Putem vedea o varietate de condensatoare în circuitul filtrului de putere, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF diferite valori de capacitate, deci cum sunt determinați acești parametri? Nu-mi spune că am copiat schema altcuiva, nu.
Condensatorul electrolitic comun utilizat în circuitul de frecvență de putere de 50 Hz are o frecvență de tensiune pulsatorie de numai 100 Hz, iar timpul de încărcare și descărcare este de ordinul milisecundelor. Pentru a obține un coeficient de pulsație mai mic, capacitatea necesară este la fel de mare ca sute de mii de μF, astfel încât scopul condensatoarelor electrolitice obișnuite din aluminiu de joasă frecvență este de a crește capacitatea. Principalii parametri pro și contra. Condensatorul electrolitic al filtrului de ieșire din sursa de alimentare cu comutație are o frecvență a tensiunii undei de ferăstrău de până la zeci de kHz sau chiar zeci de MHz. În acest moment, capacitatea nu este indicatorul său principal. Standardul de măsurare a calității condensatoarelor electrolitice din aluminiu de înaltă frecvență este caracteristica „impedanță-frecvență”, necesită o impedanță echivalentă mai mică în cadrul frecvenței de funcționare a sursei de comutare și, în același timp, are un efect de filtrare bun asupra semnal de vârf de frecvență generat atunci când dispozitivul semiconductor funcționează.
Condensatoarele electrolitice obișnuite de joasă frecvență încep să prezinte inductanță în jurul valorii de 10 kHz, care nu poate îndeplini cerințele de comutare a surselor de alimentare. Condensatoarele electrolitice din aluminiu de înaltă frecvență dedicate comutării surselor de alimentare au patru borne. Curentul curge de la un capăt pozitiv al condensatorului cu patru terminale, trece prin interiorul condensatorului și apoi curge de la celălalt capăt pozitiv la sarcină; curentul care se întoarce de la sarcină curge și de la un capăt negativ al condensatorului și apoi curge de la celălalt capăt negativ la capătul negativ al sursei de alimentare.
Deoarece condensatorul cu patru terminale are caracteristici bune de înaltă frecvență, acesta oferă un mijloc extrem de avantajos pentru reducerea componentei pulsatorii a tensiunii și suprimarea zgomotului de vârf de comutare. Condensatorii electrolitici din aluminiu de înaltă frecvență au, de asemenea, o formă cu mai multe miezuri, adică folia de aluminiu este împărțită în mai multe secțiuni mai scurte și mai multe foi de ieșire sunt conectate în paralel pentru a reduce componenta de impedanță în reactanța capacitivă. Și materialul cu rezistivitate scăzută este folosit ca terminal de ieșire, ceea ce îmbunătățește capacitatea condensatorului de a rezista la curenți mari.
Circuitul digital trebuie să funcționeze stabil și fiabil, sursa de alimentare trebuie să fie „curată”, iar alimentarea cu energie trebuie să fie în timp util, adică filtrarea și decuplarea trebuie să fie bune. Ce este decuplarea filtrului, pur și simplu, stochează energie atunci când cipul nu are nevoie de curent și pot reumple energie la timp când aveți nevoie de curent. Nu-mi spune că această responsabilitate nu este responsabilitatea DCDC și LDO? Da, se pot descurca la frecvențe joase, dar sistemele digitale de mare viteză sunt diferite.
Să aruncăm o privire mai întâi la condensator. Funcția condensatorului este pur și simplu de a stoca încărcarea. Știm cu toții că filtrarea condensatorului ar trebui adăugată sursei de alimentare și un condensator de {{0}}.1uF trebuie plasat pe pinul de alimentare al fiecărui cip pentru decuplare etc. De ce văd că condensatorul de lângă pinul de alimentare al unor cipuri de placă este 0.1uF sau 0.01uF Da, contează? Pentru a înțelege acest lucru, este necesar să înțelegeți caracteristicile reale ale condensatoarelor. Un condensator ideal este doar o stocare a încărcăturii, C. Cu toate acestea, condensatorul real fabricat nu este atât de simplu. Când analizăm integritatea puterii, folosim de obicei modelul condensatorului.
Cum să selectați corect condensatorii de filtru în proiectarea sursei de alimentare cu comutare?
ESR este rezistența echivalentă în serie a condensatorului, ESL este inductanța echivalentă în serie a condensatorului și C este condensatorul ideal real. ESR și ESL sunt determinate de procesul de fabricație și de materialul condensatorului și nu pot fi eliminate. Ce efect au aceste două lucruri asupra circuitului? ESR afectează ondulația sursei de alimentare, iar ESL afectează caracteristicile frecvenței de filtru ale condensatorului.
Știm că reactanța capacitivă a condensatorului Zc=1/ωC, reactanța inductivă a inductorului Zl=ωL, (ω=2πf), impedanța complexă a condensatorului real este Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Se poate observa că atunci când frecvența este foarte scăzută, capacitatea joacă un rol, iar când frecvența atinge un anumit nivel, rolul inductanței nu poate fi ignorat, iar când frecvența este mare, inductanța joacă un rol principal. Condensatorii își pierd efectul de filtrare. Așa că nu uitați, condensatorii nu sunt doar condensatori la frecvențe înalte.
După cum sa menționat mai sus, inductanța în serie echivalentă a condensatorului este determinată de procesul de fabricație și de materialul condensatorului. ESL-ul condensatorului ceramic cu cip real variază de la câteva zecimi de nH la câțiva nH. Cu cât pachetul este mai mic, cu atât ESL este mai mic.
Pe curba de filtru a condensatorului, putem vedea, de asemenea, că nu este plat, este ca un „V”, ceea ce înseamnă că are caracteristici de selecție a frecvenței. Uneori doriți să fie cât mai clar posibil (filtrat sau crestătură). Ceea ce afectează această caracteristică este factorul de calitate Q al condensatorului, Q{{0}}/ωCESR. Cu cât ESR este mai mare, cu atât Q este mai mic și curba este mai plată. Dimpotrivă, cu cât ESR este mai mic, cu atât Q este mai mare și curba este mai clară. În general, condensatoarele de tantal și electroliza din aluminiu au ESL relativ mic și ESR mare, astfel încât condensatoarele de tantal și electroliza din aluminiu au o gamă largă de frecvență efectivă, care este foarte potrivită pentru filtrarea la nivel de placă înainte de etapă. Adică, treapta de intrare a DCDC sau LDO este adesea filtrată cu un condensator de tantal de capacitate mai mare. Și puneți niște condensatori de 10uF și 0.1uF aproape de cip pentru decuplare, condensatorii ceramici au ESR foarte scăzut.
