Filtrační kondenzátory hrají velmi důležitou roli ve spínaných zdrojích. Jak správně vybrat filtrační kondenzátory, zvláště pak výběr výstupních filtračních kondenzátorů, je problém, který velmi znepokojuje každého inženýra a technika. V obvodu výkonového filtru můžeme vidět různé kondenzátory, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF různé hodnoty kapacity, jak se tedy tyto parametry určují? Neříkej mi, že jsem zkopíroval schéma někoho jiného, co.
Běžný elektrolytický kondenzátor používaný v obvodu s frekvencí 50 Hz má frekvenci pulzujícího napětí pouze 100 Hz a doba nabíjení a vybíjení je v řádu milisekund. Pro získání menšího pulzačního koeficientu je požadovaná kapacita až stovky tisíc μF, takže cílem běžných nízkofrekvenčních hliníkových elektrolytických kondenzátorů je zvýšení kapacity. Hlavní parametry pro a proti. Elektrolytický kondenzátor výstupního filtru ve spínaném zdroji má napěťový kmitočet pilových zubů až desítky kHz nebo dokonce desítky MHz. V tuto chvíli není jeho hlavním ukazatelem kapacita. Standardem pro měření kvality vysokofrekvenčních hliníkových elektrolytických kondenzátorů je "impedančně-frekvenční" charakteristika, vyžaduje nižší ekvivalentní impedanci v rámci pracovní frekvence spínaného zdroje a zároveň má dobrý filtrační účinek na vysokofrekvenční signál frekvenční špičky generovaný při provozu polovodičového zařízení.
Běžné nízkofrekvenční elektrolytické kondenzátory začínají vykazovat indukčnost kolem 10kHz, což nemůže splnit požadavky spínaných zdrojů. Vysokofrekvenční hliníkové elektrolytické kondenzátory určené pro spínané zdroje mají čtyři vývody. Proud teče z jednoho kladného konce čtyřpólového kondenzátoru, prochází vnitřkem kondenzátoru a poté teče z druhého kladného konce do zátěže; proud vracející se ze zátěže také teče z jednoho záporného konce kondenzátoru a poté teče z druhého záporného konce na záporný konec napájecího zdroje.
Protože čtyřsvorkový kondenzátor má dobré vysokofrekvenční charakteristiky, poskytuje mimořádně výhodný prostředek pro snížení pulzující složky napětí a potlačení spínacího špičkového šumu. Vysokofrekvenční hliníkové elektrolytické kondenzátory mají také vícejádrový tvar, to znamená, že hliníková fólie je rozdělena na několik kratších sekcí a paralelně je zapojeno více vývodových plechů pro snížení impedanční složky v kapacitní reaktanci. A materiál s nízkým odporem je použit jako vývodová svorka, což zlepšuje schopnost kondenzátoru odolávat velkým proudům.
Digitální obvod musí pracovat stabilně a spolehlivě, napájení musí být "čisté" a dodávka energie musí být včasná, to znamená, že filtrování a oddělení musí být dobré. Co je to odpojování filtru, zjednodušeně řečeno, ukládá energii, když čip nepotřebuje proud, a já mohu energii včas doplnit, když proud potřebujete. Neříkejte mi, že tato odpovědnost není odpovědností DCDC a LDO? Ano, na nízkých frekvencích to zvládnou, ale vysokorychlostní digitální systémy jsou jiné.
Nejprve se podíváme na kondenzátor. Funkce kondenzátoru je jednoduše ukládat náboj. Všichni víme, že do napájecího zdroje by mělo být přidáno filtrování kondenzátoru a na napájecí kolík každého čipu by měl být umístěn kondenzátor {{0}}.1uF pro oddělení atd. Proč vidím, že kondenzátor vedle napájecího kolíku některých čipů desky je 0.1uF nebo 0.01uF Ano, záleží na tom? Abychom to pochopili, je nutné pochopit skutečné vlastnosti kondenzátorů. Ideální kondenzátor je právě zásobník náboje C. Vlastní vyrobený kondenzátor však není tak jednoduchý. Při analýze integrity napájení běžně používáme model kondenzátoru.
Jak správně vybrat filtrační kondenzátory v návrhu spínaného zdroje?
ESR je sériový ekvivalentní odpor kondenzátoru, ESL je sériová ekvivalentní indukčnost kondenzátoru a C je skutečný ideální kondenzátor. ESR a ESL jsou určeny výrobním procesem a materiálem kondenzátoru a nelze je vyloučit. Jaký vliv mají tyto dvě věci na obvod? ESR ovlivňuje zvlnění napájecího zdroje a ESL ovlivňuje frekvenční charakteristiky filtru kondenzátoru.
Víme, že kapacitní reaktance kondenzátoru Zc=1/ωC, indukční reaktance induktoru Zl=ωL, (ω=2πf), komplexní impedance skutečného kondenzátoru je Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Je vidět, že když je frekvence velmi nízká, kapacita hraje roli a když frekvence dosáhne určité úrovně, roli indukčnosti nelze ignorovat, a když je frekvence vysoká, hraje indukčnost hlavní roli. Kondenzátory ztrácejí svůj filtrační účinek. Takže pamatujte, že kondenzátory nejsou jen kondenzátory na vysokých frekvencích.
Jak bylo uvedeno výše, ekvivalentní sériová indukčnost kondenzátoru je určena výrobním procesem a materiálem kondenzátoru. ESL skutečného čipového keramického kondenzátoru se pohybuje od několika desetin nH do několika nH. Čím menší balíček, tím menší ESL.
Na křivce filtru kondenzátoru můžeme také vidět, že není plochý, je jako 'V', což znamená, že má charakteristiky výběru frekvence. Někdy chcete, aby byl co nejostřejší (filtrovaný nebo zářez). Co ovlivňuje tuto charakteristiku, je faktor kvality Q kondenzátoru, Q{{0}}/ωCESR. Čím větší ESR, tím menší Q a tím plošší křivka. Naopak, čím menší ESR, tím větší Q a ostřejší křivka. Obecně platí, že tantalové kondenzátory a elektrolýza hliníku mají relativně malé ESL a velké ESR, takže tantalové kondenzátory a elektrolýza hliníku mají široký efektivní frekvenční rozsah, který je velmi vhodný pro filtrování na úrovni desky před stupněm. To znamená, že vstupní stupeň DCDC nebo LDO je často filtrován tantalovým kondenzátorem s větší kapacitou. A dejte nějaké 10uF a 0,1uF kondenzátory blízko k čipu pro oddělení, keramické kondenzátory mají velmi nízkou ESR.
