Dalam proses membangun catu daya switching, bagaimana seharusnya kapasitor filter dipilih dengan benar?
Kapasitor filter memainkan peran yang sangat penting dalam catu daya switching. 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 kapasitor pada rangkaian filter daya, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF dengan nilai kapasitansi yang berbeda, jadi bagaimana parameter ini ditentukan? Jangan bilang bahwa saya menyalin diagram skematik orang lain, ya, ya.
Untuk kapasitor elektrolit umum yang digunakan dalam sirkuit frekuensi daya 50Hz, frekuensi tegangan pulsasi hanya 100Hz, dan waktu pengisian dan pengosongan berada di urutan milidetik. Untuk mendapatkan koefisien denyut yang lebih kecil, kapasitansi yang dibutuhkan setinggi ratusan ribu μF. Oleh karena itu, tujuan kapasitor elektrolitik aluminium frekuensi rendah biasa adalah untuk meningkatkan kapasitansi. Parameter utama pro dan kontra. Namun, 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 utama. Standar untuk mengukur kualitas kapasitor elektrolitik aluminium frekuensi tinggi adalah karakteristik "impedansi-" Frekuensi ", diperlukan impedansi setara yang lebih rendah dalam frekuensi operasi catu daya switching, dan pada saat yang sama memiliki penyaringan yang baik efek pada lonjakan frekuensi tinggi yang dihasilkan saat perangkat semikonduktor bekerja.
Kapasitor elektrolitik frekuensi rendah biasa mulai menunjukkan induktivitas sekitar 10kHz, yang tidak dapat memenuhi persyaratan catu daya switching. Kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi yang didedikasikan untuk catu daya switching memiliki empat terminal. Kedua ujung lembaran aluminium positif masing-masing ditarik keluar sebagai elektroda positif kapasitor, dan kedua ujung lembaran aluminium negatif masing-masing juga ditarik keluar sebagai elektroda negatif. Arus mengalir masuk dari satu terminal positif kapasitor empat terminal, melewati bagian dalam kapasitor, dan kemudian mengalir dari terminal positif lainnya ke beban; arus yang kembali dari beban juga mengalir masuk dari satu terminal negatif kapasitor, dan kemudian mengalir dari terminal negatif lainnya ke terminal negatif catu daya.
Karena kapasitor empat terminal memiliki karakteristik frekuensi tinggi yang baik, ini menyediakan cara yang sangat menguntungkan untuk mengurangi komponen tegangan yang berdenyut dan menekan kebisingan lonjakan switching. Kapasitor elektrolit aluminium frekuensi tinggi juga memiliki bentuk multi-core, yaitu aluminium foil dibagi menjadi beberapa bagian yang lebih pendek, dan beberapa lead dihubungkan secara paralel untuk mengurangi komponen impedansi dalam reaktansi kapasitif. Dan penggunaan bahan dengan resistivitas rendah sebagai terminal timbal meningkatkan kemampuan kapasitor untuk menahan arus besar.
Agar sirkuit digital beroperasi dengan stabil dan andal, catu daya harus "bersih", dan pengisian ulang energi harus tepat waktu, yaitu pemfilteran dan pemisahan harus baik. Apa itu penyaringan dan decoupling, sederhananya, itu untuk menyimpan energi ketika chip tidak membutuhkan arus, dan saya dapat mengisi kembali energi pada saat Anda membutuhkan arus. Jangan bilang bahwa tanggung jawab ini bukan untuk DCDC dan LDO? Ya, pada frekuensi rendah mereka dapat menanganinya, 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 daya setiap chip untuk decoupling, dll. Mengapa saya melihat bahwa kapasitor di sebelah pin daya beberapa chip papan adalah 0.1uF atau 0,01uF Ya, apa gunanya? Untuk memahami kebenaran ini, kita harus memahami karakteristik kapasitor yang sebenarnya. Kapasitor yang ideal hanyalah tempat penyimpanan muatan, yaitu C. Namun, kapasitor yang diproduksi sebenarnya tidak sesederhana itu. Saat menganalisis integritas catu daya, model kapasitor yang umum digunakan ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Pada gambar, 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 Zc=1/ωC kapasitor, reaktansi induktif Zl=ωL induktor, (ω=2πf), dan impedansi kompleks kapasitor aktual adalah Z=ESR ditambah jωL-1/jωC=ESR ditambah j2πf L-1/j2πf c. Dapat dilihat bahwa ketika frekuensi sangat rendah, kapasitansi berperan, dan ketika frekuensi tinggi ke tingkat tertentu, peran induktansi tidak dapat diabaikan, dan ketika frekuensi lebih tinggi, induktansi akan berperan. peran utama. Kapasitor kehilangan efek penyaringannya. Jadi ingat, saat frekuensinya tinggi, kapasitor bukan sembarang kapasitor.
Seperti disebutkan di atas, induktansi seri kapasitor yang setara ditentukan oleh proses pembuatan dan bahan kapasitor. ESL dari kapasitor keramik chip aktual berkisar dari beberapa persepuluh nH hingga beberapa nH, dan semakin kecil kemasannya, semakin kecil ESL.
Dari kurva filter kapasitor di atas, kita juga dapat melihat bahwa itu tidak rata, itu seperti 'V', artinya, ia memiliki karakteristik selektif frekuensi, dan kami berharap itu sedatar mungkin ( pemfilteran tingkat papan pra-tahap), Dan terkadang Anda menginginkannya setajam mungkin (memfilter atau membuat bentukan). Yang mempengaruhi karakteristik ini adalah faktor kualitas Q kapasitor, Q=1/ωCESR, semakin besar ESR, semakin kecil Q, dan kurva semakin rata. Sebaliknya, semakin kecil ESR, semakin besar Q, dan semakin tajam kurvanya. Biasanya, kapasitor tantalum dan elektrolit aluminium memiliki ESL yang relatif kecil, tetapi ESR besar, sehingga kapasitor tantalum dan elektrolit aluminium memiliki rentang frekuensi efektif yang luas, yang sangat cocok untuk filter level papan ujung depan. Artinya, kapasitor tantalum berkapasitas besar sering digunakan untuk memfilter pada tahap input DCDC atau LDO. Dan letakkan beberapa kapasitor 10uF dan 0,1uF di dekat chip untuk decoupling, kapasitor keramik memiliki ESR yang sangat rendah.
