Kapasitor filter memainkan peran yang sangat penting dalam mengganti catu daya. Cara memilih kapasitor filter dengan benar, terutama pemilihan kapasitor filter keluaran, merupakan masalah yang sangat diperhatikan oleh setiap insinyur dan teknisi. Kita dapat melihat berbagai macam kapasitor pada rangkaian filter daya, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF nilai kapasitansi yang berbeda, jadi bagaimana parameter ini ditentukan? Jangan bilang saya copy skema orang lain ya.
Kapasitor elektrolit umum yang digunakan dalam sirkuit frekuensi daya 50Hz memiliki frekuensi tegangan pulsa hanya 100Hz, dan waktu pengisian dan pengosongan dalam urutan milidetik. Untuk mendapatkan koefisien pulsasi yang lebih kecil, kapasitansi yang dibutuhkan setinggi ratusan ribu μF, sehingga tujuan kapasitor elektrolitik aluminium frekuensi rendah biasa adalah untuk meningkatkan kapasitansi. Parameter utama pro dan kontra. Kapasitor elektrolit filter keluaran pada catu daya switching memiliki frekuensi tegangan gelombang gigi gergaji setinggi puluhan kHz atau bahkan puluhan MHz. Saat ini, kapasitansi bukanlah indikator utamanya. Standar untuk mengukur kualitas kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi adalah karakteristik "impedansi-Frekuensi", memerlukan impedansi setara yang lebih rendah dalam frekuensi operasi catu daya switching, dan pada saat yang sama memiliki efek penyaringan yang baik pada frekuensi tinggi. sinyal lonjakan frekuensi yang dihasilkan saat perangkat semikonduktor bekerja.
Kapasitor elektrolit frekuensi rendah biasa mulai menunjukkan induktansi sekitar 10kHz, yang tidak dapat memenuhi persyaratan catu daya switching. Kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi yang didedikasikan untuk mengganti catu daya memiliki empat terminal. Arus mengalir dari satu ujung positif kapasitor empat terminal, melewati bagian dalam kapasitor, dan kemudian mengalir dari ujung positif lainnya ke beban; arus yang kembali dari beban juga mengalir dari satu ujung negatif kapasitor, dan kemudian mengalir dari ujung negatif lainnya ke ujung negatif catu daya.
Karena kapasitor empat terminal memiliki karakteristik frekuensi tinggi yang baik, ini memberikan sarana yang sangat menguntungkan untuk mengurangi komponen tegangan yang berdenyut dan menekan kebisingan puncak peralihan. Kapasitor elektrolitik aluminium frekuensi tinggi juga memiliki bentuk multi-inti, yaitu aluminium foil dibagi menjadi beberapa bagian yang lebih pendek, dan beberapa lembar timbal dihubungkan secara paralel untuk mengurangi komponen impedansi dalam reaktansi kapasitif. Dan bahan dengan resistivitas rendah digunakan sebagai terminal lead-out, yang meningkatkan kemampuan kapasitor untuk menahan arus besar.
Rangkaian digital harus bekerja dengan stabil dan andal, catu daya harus "bersih", dan catu daya harus tepat waktu, yaitu penyaringan dan pemisahan harus baik. Apa itu decoupling filter, sederhananya, ini menyimpan energi ketika chip tidak membutuhkan arus, dan saya dapat mengisi kembali energi pada saat Anda membutuhkan arus. Jangan bilang tanggung jawab ini bukan tanggung jawab DCDC dan LDO? Ya, mereka dapat menanganinya pada frekuensi rendah, tetapi sistem digital berkecepatan tinggi berbeda.
Mari kita lihat kapasitor terlebih dahulu. Fungsi kapasitor hanyalah untuk menyimpan muatan. Kita semua tahu bahwa pemfilteran kapasitor harus ditambahkan ke catu daya, dan kapasitor {{0}}.1uF harus ditempatkan pada pin catu daya setiap chip untuk decoupling, dll. Mengapa saya melihat bahwa kapasitor di sebelah pin catu daya dari beberapa chip papan adalah 0.1uF atau 0,01uF Ya, apakah itu penting? Untuk memahami hal ini, perlu dipahami karakteristik kapasitor yang sebenarnya. Kapasitor yang ideal hanyalah tempat penyimpanan muatan, C. Namun, kapasitor yang diproduksi sebenarnya tidak sesederhana itu. Saat menganalisis integritas daya, kami biasanya menggunakan model kapasitor.
Bagaimana cara memilih kapasitor filter dengan benar dalam mengganti desain catu daya?
ESR adalah resistansi ekuivalen seri kapasitor, ESL adalah induktansi ekuivalen seri kapasitor, dan C adalah kapasitor ideal sebenarnya. ESR dan ESL ditentukan oleh proses pembuatan dan bahan kapasitor dan tidak dapat dihilangkan. Apa pengaruh kedua hal ini terhadap sirkuit? ESR memengaruhi riak catu daya, dan ESL memengaruhi karakteristik frekuensi filter kapasitor.
Kita tahu bahwa reaktansi kapasitif kapasitor Zc=1/ωC, reaktansi induktif induktor Zl=ωL, (ω=2πf), impedansi kompleks kapasitor sebenarnya adalah Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Dapat dilihat bahwa ketika frekuensi sangat rendah, kapasitansi memainkan peran, dan ketika frekuensi mencapai tingkat tertentu, peran induktansi tidak dapat diabaikan, dan ketika frekuensi tinggi, induktansi memainkan peran utama. Kapasitor kehilangan efek penyaringannya. Jadi ingat, kapasitor bukan hanya kapasitor pada frekuensi tinggi.
Seperti disebutkan di atas, induktansi seri kapasitor yang setara ditentukan oleh proses pembuatan dan bahan kapasitor. ESL kapasitor keramik chip sebenarnya berkisar dari beberapa persepuluh nH hingga beberapa nH. Semakin kecil paketnya, semakin kecil ESL.
Pada kurva filter kapasitor, kita juga dapat melihat bahwa itu tidak rata, itu seperti 'V', yang berarti memiliki karakteristik pemilihan frekuensi. Terkadang Anda menginginkannya setajam mungkin (disaring atau takik). Apa yang mempengaruhi karakteristik ini adalah faktor kualitas Q kapasitor, Q{{0}}/ωCESR. Semakin besar ESR, semakin kecil Q, dan kurva semakin datar. Sebaliknya, semakin kecil ESR, semakin besar Q, dan semakin tajam kurvanya. Umumnya, kapasitor tantalum dan elektrolisis aluminium memiliki ESL yang relatif kecil dan ESR yang besar, sehingga kapasitor tantalum dan elektrolisis aluminium memiliki rentang frekuensi efektif yang luas, yang sangat cocok untuk penyaringan tingkat papan pra-tahap. Artinya, tahap input DCDC atau LDO sering difilter dengan kapasitor tantalum berkapasitas lebih besar. Dan letakkan beberapa kapasitor 10uF dan 0,1uF di dekat chip untuk decoupling, kapasitor keramik memiliki ESR yang sangat rendah.
