I condensatori di filtro svolgono un ruolo molto importante nella commutazione degli alimentatori. Come selezionare correttamente i condensatori di filtro, in particolare la selezione dei condensatori di filtro di uscita, è un problema di cui ogni ingegnere e tecnico è molto preoccupato. Possiamo vedere una varietà di condensatori nel circuito del filtro di potenza, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF diversi valori di capacità, quindi come vengono determinati questi parametri? Non dirmi che ho copiato lo schema di qualcun altro, eh.
Il comune condensatore elettrolitico utilizzato nel circuito con frequenza di alimentazione di 50 Hz ha una frequenza di tensione pulsante di soli 100 Hz e il tempo di carica e scarica è dell'ordine di millisecondi. Per ottenere un coefficiente di pulsazione inferiore, la capacità richiesta è di centinaia di migliaia di μF, quindi l'obiettivo dei normali condensatori elettrolitici in alluminio a bassa frequenza è aumentare la capacità. I principali parametri di pro e contro. Il condensatore elettrolitico del filtro di uscita nell'alimentatore a commutazione ha una frequenza di tensione dell'onda a dente di sega fino a decine di kHz o addirittura decine di MHz. In questo momento, la capacità non è il suo indicatore principale. Lo standard per misurare la qualità dei condensatori elettrolitici in alluminio ad alta frequenza è la caratteristica "impedenza-frequenza", richiede un'impedenza equivalente inferiore all'interno della frequenza operativa dell'alimentatore a commutazione e allo stesso tempo ha un buon effetto di filtraggio sull'alta- segnale di picco di frequenza generato quando il dispositivo a semiconduttore è in funzione.
I normali condensatori elettrolitici a bassa frequenza iniziano a mostrare un'induttanza di circa 10 kHz, che non può soddisfare i requisiti degli alimentatori a commutazione. I condensatori elettrolitici in alluminio ad alta frequenza dedicati agli alimentatori switching hanno quattro terminali. La corrente scorre da un'estremità positiva del condensatore a quattro terminali, passa attraverso l'interno del condensatore e quindi scorre dall'altra estremità positiva al carico; anche la corrente di ritorno dal carico scorre da un'estremità negativa del condensatore, quindi scorre dall'altra estremità negativa all'estremità negativa dell'alimentatore.
Poiché il condensatore a quattro terminali ha buone caratteristiche ad alta frequenza, fornisce un mezzo estremamente vantaggioso per ridurre la componente pulsante della tensione e sopprimere il rumore di picco di commutazione. I condensatori elettrolitici in alluminio ad alta frequenza hanno anche una forma multi-core, ovvero il foglio di alluminio è diviso in diverse sezioni più corte e più fogli di uscita sono collegati in parallelo per ridurre la componente di impedenza nella reattanza capacitiva. E il materiale con bassa resistività viene utilizzato come terminale di uscita, il che migliora la capacità del condensatore di resistere a correnti elevate.
Il circuito digitale deve funzionare in modo stabile e affidabile, l'alimentazione deve essere "pulita" e l'alimentazione deve essere tempestiva, ovvero il filtraggio e il disaccoppiamento devono essere buoni. Cos'è il disaccoppiamento del filtro, in poche parole, immagazzina energia quando il chip non ha bisogno di corrente e posso ricostituire l'energia in tempo quando hai bisogno di corrente. Non dirmi che questa responsabilità non è responsabilità di DCDC e LDO? Sì, possono gestirlo a basse frequenze, ma i sistemi digitali ad alta velocità sono diversi.
Diamo prima un'occhiata al condensatore. La funzione del condensatore è semplicemente quella di immagazzinare la carica. Sappiamo tutti che il filtro del condensatore dovrebbe essere aggiunto all'alimentatore e un condensatore {{0}}.1uF dovrebbe essere posizionato sul pin dell'alimentatore di ciascun chip per il disaccoppiamento, ecc. Perché vedo che il il condensatore accanto al pin di alimentazione di alcuni chip della scheda è 0.1uF o 0.01uF Sì, è importante? Per capirlo, è necessario comprendere le effettive caratteristiche dei condensatori. Un condensatore ideale è solo un deposito di carica, C. Tuttavia, il condensatore effettivamente prodotto non è così semplice. Quando si analizza l'integrità dell'alimentazione, si usa comunemente il modello del condensatore.
Come selezionare correttamente i condensatori di filtro nella progettazione di alimentatori a commutazione?
ESR è la resistenza equivalente in serie del condensatore, ESL è l'induttanza equivalente in serie del condensatore e C è il vero condensatore ideale. ESR e ESL sono determinati dal processo di fabbricazione e dal materiale del condensatore e non possono essere eliminati. Che effetto hanno queste due cose sul circuito? L'ESR influenza l'ondulazione dell'alimentazione e l'ESL influenza le caratteristiche di frequenza del filtro del condensatore.
Sappiamo che la reattanza capacitiva del condensatore Zc=1/ωC, la reattanza induttiva dell'induttore Zl=ωL, (ω=2πf), l'impedenza complessa del condensatore effettivo è Z=ESR più jωL-1/jωC=ESR più j2πf L-1/j2πf C. Si può vedere che quando la frequenza è molto bassa, la capacità gioca un ruolo, e quando la frequenza raggiunge un certo livello, il ruolo dell'induttanza non può essere ignorato, e quando la frequenza è alta, l'induttanza gioca un ruolo di primo piano. I condensatori perdono il loro effetto filtrante. Quindi ricorda, i condensatori non sono solo condensatori ad alte frequenze.
Come accennato in precedenza, l'induttanza in serie equivalente del condensatore è determinata dal processo di fabbricazione e dal materiale del condensatore. L'ESL dell'attuale condensatore ceramico a chip varia da pochi decimi di nH a diversi nH. Più piccolo è il pacchetto, più piccolo è l'ESL.
Sulla curva del filtro del condensatore, possiamo anche vedere che non è piatto, è come una "V", il che significa che ha caratteristiche di selezione della frequenza. A volte vuoi che sia il più nitido possibile (filtrato o notch). Ciò che influenza questa caratteristica è il fattore di qualità Q del condensatore, Q{{0}}/ωCESR. Maggiore è l'ESR, minore è la Q e più piatta è la curva. Al contrario, minore è l'ESR, maggiore è il Q e più netta è la curva. In generale, i condensatori al tantalio e l'elettrolisi dell'alluminio hanno ESL relativamente piccolo e ESR grande, quindi i condensatori al tantalio e l'elettrolisi dell'alluminio hanno un'ampia gamma di frequenza effettiva, che è molto adatta per il filtraggio a livello di scheda pre-stadio. Cioè, lo stadio di ingresso del DCDC o LDO è spesso filtrato con un condensatore al tantalio di maggiore capacità. E metti alcuni condensatori da 10uF e 0,1uF vicino al chip per il disaccoppiamento, i condensatori ceramici hanno un ESR molto basso.
