În procesul de construire a unei surse de alimentare comutatoare, cum ar trebui să fie selectat corespunzător condensatorul de filtru?
Condensatorul de filtru joacă un rol foarte important în alimentarea cu comutare. Cum să selectați corect condensatorul de filtru, în special selectarea condensatorului de filtru de ieșire, este o problemă de care fiecare inginer și tehnician este foarte preocupat. Putem vedea diferiți condensatori pe circuitul filtrului de putere, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF cu diferite valori de capacitate, deci cum sunt determinați acești parametri? Nu-mi spune că am copiat diagrama schematică a altcuiva, huh, huh.
Pentru condensatoarele electrolitice obișnuite utilizate în circuitele de frecvență de putere de 50 Hz, frecvența tensiunii de pulsație este 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. Prin urmare, scopul condensatoarelor electrolitice obișnuite din aluminiu de joasă frecvență este de a crește capacitatea. Principalii parametri pro și contra. Cu toate acestea, 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 principal. Standardul pentru măsurarea calității condensatoarelor electrolitice din aluminiu de înaltă frecvență este caracteristicile „impedanță- „Frecvență”, este necesar să aibă o impedanță echivalentă mai mică în cadrul frecvenței de funcționare a sursei de comutare și, în același timp, să aibă o filtrare bună efect asupra vârfurilor de înaltă frecvență generate atunci când dispozitivul semiconductor funcționează.
Condensatoarele electrolitice obișnuite de joasă frecvență încep să prezinte inductivitate la aproximativ 10 kHz, care nu poate îndeplini cerințele de comutare a surselor de alimentare. Condensatorul electrolitic din aluminiu de înaltă frecvență dedicat sursei de comutare are patru borne. Cele două capete ale foii de aluminiu pozitive sunt, respectiv, extrase ca electrod pozitiv al condensatorului, iar cele două capete ale foii de aluminiu negative sunt de asemenea extrase ca electrod negativ. Curentul curge de la un terminal pozitiv al condensatorului cu patru terminale, trece prin interiorul condensatorului și apoi curge de la celălalt terminal pozitiv la sarcină; curentul care se întoarce de la sarcină curge și de la o bornă negativă a condensatorului și apoi curge de la cealaltă bornă negativă la borna negativă a sursei de alimentare.
Deoarece condensatorul cu patru terminale are caracteristici bune de înaltă frecvență, acesta oferă un mijloc extrem de favorabil pentru reducerea componentei pulsatorii a tensiunii și suprimarea zgomotului 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 cabluri sunt conectate în paralel pentru a reduce componenta de impedanță în reactanța capacitivă. Și utilizarea materialelor cu rezistivitate scăzută ca terminale de ieșire îmbunătățește capacitatea condensatorului de a rezista la curenți mari.
Pentru ca circuitele digitale să funcționeze stabil și fiabil, sursa de alimentare trebuie să fie „curată”, iar completarea cu energie trebuie să fie în timp util, adică filtrarea și decuplarea trebuie să fie bune. Ceea ce este filtrarea și decuplarea, pur și simplu, este să stochezi energie atunci când cipul nu are nevoie de curent și pot reumple energie la timp când ai nevoie de curent. Nu-mi spune că această responsabilitate nu este pentru DCDC și LDO? Da, la frecvențe joase se pot descurca, 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 lângă pinul de alimentare al unor cipuri de placă este 0.1uF sau 0.01uF Da, ce rost are? Pentru a înțelege acest adevăr, trebuie să înțelegem caracteristicile reale ale condensatoarelor. Un condensator ideal este doar o stocare a încărcăturii, și anume C. Cu toate acestea, condensatorul real fabricat nu este atât de simplu. Când se analizează integritatea sursei de alimentare, modelul de condensator utilizat în mod obișnuit este prezentat în figura de mai jos.
În figură, 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 materialele 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 Zc=1/ωC a condensatorului, reactanța inductivă Zl{=ωL a inductorului, (ω=2πf) și 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 este ridicată la un anumit nivel, rolul inductanței nu poate fi ignorat, iar când frecvența este mai mare, inductanța va juca un rol important. rol principal. Condensatorul își pierde efectul de filtrare. Așa că nu uitați, când frecvența este mare, condensatorul nu este doar un condensator.
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, iar cu cât pachetul este mai mic, cu atât ESL este mai mic.
Din curba de filtru a condensatorului de mai sus, putem vedea, de asemenea, că nu este plat, este ca un „V”, adică are caracteristici selective în funcție de frecvență și sperăm că este cât mai plat posibil ( filtrare pre-etapă la nivel de placă), Și uneori doriți să fie cât mai clar posibil (filtrare sau crestătură). Ceea ce afectează această caracteristică este factorul de calitate Q al condensatorului, Q=1/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. De obicei, condensatoarele de tantal și electroliticele din aluminiu au ESL relativ mici, dar ESR este mare, astfel încât condensatoarele de tantal și electroliticele din aluminiu au o gamă largă de frecvență efectivă, care este foarte potrivită pentru filtrul de nivel frontal al plăcii. Adică, un condensator de tantal de mare capacitate este adesea folosit pentru filtrare la etapa de intrare a DCDC sau LDO. Și puneți niște condensatori de 10uF și 0,1uF lângă cip pentru decuplare, condensatorii ceramici au ESR foarte scăzut.
