Hur ska filterkondensatorn väljas korrekt i processen att bygga en switchande strömförsörjning?
Filterkondensatorn spelar en mycket viktig roll i strömförsörjningen. Hur man korrekt väljer filterkondensatorn, särskilt valet av utgångsfilterkondensatorn är ett problem som varje ingenjör och tekniker är mycket bekymrad över. Vi kan se olika kondensatorer på effektfilterkretsen, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF med olika kapacitansvärden, så hur bestäms dessa parametrar? Säg inte att jag kopierade någon annans schematiska diagram, va, va.
För vanliga elektrolytiska kondensatorer som används i 50Hz effektfrekvenskretsar är pulserande spänningsfrekvens endast 100Hz, och laddnings- och urladdningstiden är i storleksordningen millisekunder. För att få en mindre pulsationskoefficient är den erforderliga kapacitansen så hög som hundratusentals μF. Därför är målet med vanliga lågfrekventa elektrolytiska kondensatorer av aluminium att öka kapacitansen. De viktigaste parametrarna för för- och nackdelar. Emellertid har utgångsfiltrets elektrolytiska kondensator i omkopplingsströmförsörjningen en sågtandsvågspänningsfrekvens så hög som tiotals kHz, eller till och med tiotals MHz. Vid denna tidpunkt är inte kapacitansen huvudindikatorn. Standarden för att mäta kvaliteten på högfrekventa aluminiumelektrolytiska kondensatorer är "impedans-"frekvens" egenskaper, det krävs att ha en lägre ekvivalent impedans inom driftsfrekvensen för omkopplingsströmförsörjningen, och samtidigt ha en bra filtrering effekt på de högfrekventa topparna som genereras när halvledarenheten fungerar.
Vanliga lågfrekventa elektrolytiska kondensatorer börjar visa induktivitet vid cirka 10 kHz, vilket inte kan uppfylla kraven för att byta strömförsörjning. Den högfrekventa elektrolytiska kondensatorn av aluminium som är dedikerad till strömförsörjningen har fyra terminaler. De två ändarna av den positiva aluminiumplåten är respektive utdragna som den positiva elektroden på kondensatorn, och de två ändarna av den negativa aluminiumplåten är också respektive utdragna som den negativa elektroden. Strömmen strömmar in från en positiv pol på kondensatorn med fyra poler, passerar genom kondensatorns insida och strömmar sedan från den andra positiva polen till lasten; strömmen som återvänder från lasten flödar också in från en negativ pol på kondensatorn och strömmar sedan från den andra negativa polen till strömförsörjningens negativa pol.
Eftersom kondensatorn med fyra terminaler har goda högfrekvensegenskaper, tillhandahåller den ett extremt fördelaktigt medel för att reducera den pulserande komponenten av spänningen och undertrycka omkopplingsspikbruset. Högfrekventa elektrolytiska kondensatorer av aluminium har också en flerkärnig form, det vill säga aluminiumfolien är uppdelad i flera kortare sektioner, och flera ledningar är anslutna parallellt för att minska impedanskomponenten i den kapacitiva reaktansen. Och användningen av material med låg resistivitet som utgångsterminaler förbättrar kondensatorns förmåga att motstå stora strömmar.
För att digitala kretsar ska fungera stabilt och tillförlitligt måste strömförsörjningen vara "ren", och energipåfyllning måste ske i tid, det vill säga filtrering och frånkoppling måste vara bra. Det som är filtrering och avkoppling, enkelt uttryckt, är att lagra energi när chipet inte behöver ström, och jag kan fylla på energi i tid när du behöver ström. Säg inte att detta ansvar inte ligger hos DCDC och LDO? Ja, vid låga frekvenser kan de hantera det, men höghastighets digitala system är annorlunda.
Låt oss ta en titt på kondensatorn först. Kondensatorns funktion är helt enkelt att lagra laddningen. Vi vet alla att kondensatorfiltrering bör läggas till strömförsörjningen, och en {{0}}}.1uF kondensator bör placeras på strömstiftet på varje chip för frånkoppling, etc. Varför ser jag att kondensatorn bredvid strömstiftet på vissa kortchips står 0.1uF eller 0.01uF Ja, vad är poängen? För att förstå denna sanning måste vi förstå de faktiska egenskaperna hos kondensatorer. En idealisk kondensator är bara en lagring av laddning, nämligen C. Den faktiska tillverkade kondensatorn är dock inte så enkel. När man analyserar strömförsörjningens integritet visas den vanliga kondensatormodellen i figuren nedan.
I figuren är ESR kondensatorns serieekvivalenta resistans, ESL är serieekvivalentinduktansen för kondensatorn och C är den verkliga idealkondensatorn. ESR och ESL bestäms av kondensatorns tillverkningsprocess och material och kan inte elimineras. Vilken effekt har dessa två saker på kretsen. ESR påverkar strömförsörjningens rippel och ESL påverkar kondensatorns filterfrekvensegenskaper.
Vi vet att den kapacitiva reaktansen Zc=1/ωC för kondensatorn, den induktiva reaktansen Zl=ωL för induktorn, (ω=2πf), och den komplexa impedansen för den faktiska kondensatorn är Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf c. Det kan ses att när frekvensen är mycket låg spelar kapacitansen en roll, och när frekvensen är hög till en viss nivå kan induktansens roll inte ignoreras, och när frekvensen är högre kommer induktansen att spela en ledande roll. Kondensatorn förlorar sin filtreringseffekt. Så kom ihåg att när frekvensen är hög är kondensatorn inte bara en kondensator.
Som nämnts ovan bestäms den ekvivalenta serieinduktansen för kondensatorn av tillverkningsprocessen och materialet för kondensatorn. ESL för den faktiska keramiska chipkondensatorn sträcker sig från några tiondelar av nH till flera nH, och ju mindre paketet är, desto mindre ESL.
Från filterkurvan för kondensatorn ovan kan vi också se att den inte är platt, den är som ett 'V', det vill säga den har frekvensselektiva egenskaper, och vi hoppas att den är så platt som möjligt ( filtrering på brädnivå före steget), och ibland vill du att det ska vara så skarpt som möjligt (filtrering eller hack). Det som påverkar denna egenskap är kvalitetsfaktorn Q för kondensatorn, Q=1/ωCESR, ju större ESR, desto mindre Q, och desto plattare kurva. Tvärtom, ju mindre ESR, desto större Q, och desto skarpare kurva. Vanligtvis har tantalkondensatorer och aluminiumelektrolytik relativt liten ESL, men ESR är stor, så tantalkondensatorer och aluminiumelektrolytik har ett brett effektivt frekvensområde, vilket är mycket lämpligt för front-end-kortnivåfiltret. Det vill säga, en tantalkondensator med stor kapacitet används ofta för filtrering vid ingångssteget för DCDC eller LDO. Och placera några 10uF- och 0,1uF-kondensatorer nära chippet för frånkoppling, keramiska kondensatorer har mycket låg ESR.
