Jak správně zvolit filtrační kondenzátor při návrhu spínaného zdroje?
Spínané napájení silně závisí na filtračním kondenzátoru. Každý inženýr a technik se extrémně zabývá otázkou, jak vhodně vybrat filtrační kondenzátor, zejména pak výběrem výstupního filtračního kondenzátoru. Na obvodu výkonového filtru můžeme pozorovat různé kondenzátory s hodnotami kapacity 100uF, 10uF, 100nF, respektive 10nF. Jak se tyto parametry určují? Prosím, neobviňujte mě z krádeže schématu jiné osoby.
Frekvence pulzujícího napětí pro typické elektrolytické kondenzátory používané v obvodech s frekvencí 50 Hz je pouze 100 Hz a doba nabíjení a vybíjení je v řádu milisekund. Potřebná kapacita může dosáhnout stovek tisíc F, aby se dosáhlo nižšího koeficientu pulzace. Pro zlepšení kapacity jsou navrženy standardní nízkofrekvenční hliníkové elektrolytické kondenzátory. Primární kritéria pro klady a zápory. Elektrolytický kondenzátor výstupního filtru spínaného zdroje má však napěťový kmitočet pilovitých vln, který může dosahovat desítek kHz nebo dokonce MHz. Kapacita není momentálně primárním ukazatelem. Je vyžadována nižší ekvivalentní impedance v rámci pracovní frekvence spínaného zdroje a také dobrý filtrační účinek na vysokofrekvenční špičky generované při provozu polovodičového zařízení. Tyto charakteristiky jsou měřítkem pro hodnocení kvality vysokofrekvenčních hliníkových elektrolytických kondenzátorů.
Spínaný zdroj nelze použít, protože standardní nízkofrekvenční elektrolytické kondenzátory nemohou pracovat nad cca 10 kHz, než začnou vykazovat indukčnost. Vysokofrekvenční hliníkový elektrolytický kondenzátor spínaného zdroje má čtyři připojení. Kladná elektroda kondenzátoru je tvořena dvěma konci kladného hliníkového plechu, zatímco jeho záporná elektroda je tvořena dvěma konci záporného hliníkového plechu.
U čtyřpólového kondenzátoru proud vstupuje z jedné kladné svorky, prochází vnitřkem kondenzátoru a poté vystupuje z druhé kladné svorky do zátěže. Při návratu ze zátěže proud vstupuje z jedné záporné svorky kondenzátoru, prochází vnitřkem kondenzátoru a poté vystupuje z druhé záporné svorky na zápornou svorku napájecího zdroje.
Čtyřpólový kondenzátor nabízí velmi výhodnou metodu pro minimalizaci pulzující složky napětí a potlačení šumu spínací špičky, protože má silné vysokofrekvenční vlastnosti. Hliníková fólie je rozřezána na několik menších částí a několik vodičů je spojeno paralelně, aby se snížila impedanční složka v kapacitní reaktanci, což je další forma vysokofrekvenčního hliníkového elektrolytického kondenzátoru. Kromě toho je kapacita kondenzátoru pro zvládání velkých proudů zvýšena použitím materiálů s nízkým odporem jako vývodových svorek.
Napájení musí být "čisté" a doplňování energie musí být včasné, aby digitální obvody fungovaly stabilně a spolehlivě, což znamená, že filtrování a odpojování musí být účinné. Jednoduše řečeno, filtrování a decoupling jsou způsoby ukládání energie, takže energie může být rychle doplněna, když čip vyžaduje proud. Netroufáte si mi říct, že DCDC a LDO to nemají na starosti? Ano, zvládnou to na nízkých frekvencích, ale vysokorychlostní digitální systémy fungují jinak.
