Los condensadores de filtro juegan un papel muy importante en la conmutación de fuentes de alimentación. Cómo seleccionar correctamente los condensadores de filtro, especialmente la selección de condensadores de filtro de salida, es un problema que preocupa mucho a todos los ingenieros y técnicos. Podemos ver una variedad de capacitores en el circuito del filtro de energía, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF diferentes valores de capacitancia, entonces, ¿cómo se determinan estos parámetros? No me digas que copié el esquema de otra persona, eh.
El capacitor electrolítico común utilizado en el circuito de frecuencia de potencia de 50 Hz tiene una frecuencia de voltaje pulsante de solo 100 Hz, y el tiempo de carga y descarga es del orden de milisegundos. Para obtener un coeficiente de pulsación más pequeño, la capacitancia requerida es de cientos de miles de μF, por lo que el objetivo de los capacitores electrolíticos de aluminio de baja frecuencia comunes es aumentar la capacitancia. Los principales parámetros de pros y contras. El capacitor electrolítico del filtro de salida en la fuente de alimentación conmutada tiene una frecuencia de voltaje de onda de diente de sierra tan alta como decenas de kHz o incluso decenas de MHz. En este momento, la capacitancia no es su indicador principal. El estándar para medir la calidad de los capacitores electrolíticos de aluminio de alta frecuencia es la característica de "impedancia-Frecuencia", requiere una impedancia equivalente más baja dentro de la frecuencia de operación de la fuente de alimentación conmutada y, al mismo tiempo, tiene un buen efecto de filtrado en la alta. señal de pico de frecuencia generada cuando el dispositivo semiconductor está funcionando.
Los condensadores electrolíticos ordinarios de baja frecuencia comienzan a mostrar una inductancia de alrededor de 10 kHz, lo que no puede cumplir con los requisitos de las fuentes de alimentación conmutadas. Los condensadores electrolíticos de aluminio de alta frecuencia dedicados a las fuentes de alimentación conmutadas tienen cuatro terminales. La corriente fluye desde un extremo positivo del capacitor de cuatro terminales, pasa por el interior del capacitor y luego fluye desde el otro extremo positivo hacia la carga; la corriente que regresa de la carga también fluye desde un extremo negativo del capacitor y luego fluye desde el otro extremo negativo hacia el extremo negativo de la fuente de alimentación.
Dado que el capacitor de cuatro terminales tiene buenas características de alta frecuencia, proporciona un medio extremadamente ventajoso para reducir el componente pulsante del voltaje y suprimir el ruido de pico de conmutación. Los capacitores electrolíticos de aluminio de alta frecuencia también tienen una forma multinúcleo, es decir, el papel de aluminio se divide en varias secciones más cortas y se conectan múltiples láminas de salida en paralelo para reducir el componente de impedancia en la reactancia capacitiva. Y el material con baja resistividad se utiliza como terminal de salida, lo que mejora la capacidad del condensador para soportar grandes corrientes.
El circuito digital debe funcionar de manera estable y confiable, la fuente de alimentación debe ser "limpia" y el suministro de energía debe ser oportuno, es decir, el filtrado y el desacoplamiento deben ser buenos. ¿Qué es el desacoplamiento del filtro? En pocas palabras, almacena energía cuando el chip no necesita corriente y puedo reponer energía a tiempo cuando necesita corriente. ¿No me digan que esta responsabilidad no es responsabilidad de DCDC y LDO? Sí, pueden manejarlo a bajas frecuencias, pero los sistemas digitales de alta velocidad son diferentes.
Echemos un vistazo al condensador primero. La función del condensador es simplemente almacenar la carga. Todos sabemos que se debe agregar filtrado de capacitores a la fuente de alimentación, y se debe colocar un capacitor de {{0}}.1uF en el pin de la fuente de alimentación de cada chip para desacoplar, etc. ¿Por qué veo que el El capacitor al lado del pin de la fuente de alimentación de algunos chips de placa es 0.1uF o 0.01uF Sí, ¿importa? Para comprender esto, es necesario comprender las características reales de los condensadores. Un condensador ideal es solo un almacenamiento de carga, C. Sin embargo, el condensador fabricado real no es tan simple. Cuando analizamos la integridad de la potencia, comúnmente usamos el modelo de capacitor.
¿Cómo seleccionar correctamente los condensadores de filtro en el diseño de fuente de alimentación conmutada?
ESR es la resistencia equivalente en serie del capacitor, ESL es la inductancia equivalente en serie del capacitor y C es el capacitor ideal real. ESR y ESL están determinados por el proceso de fabricación y el material del capacitor y no pueden eliminarse. ¿Qué efecto tienen estas dos cosas en el circuito? ESR afecta la ondulación de la fuente de alimentación y ESL afecta las características de frecuencia del filtro del capacitor.
Sabemos que la reactancia capacitiva del capacitor Zc=1/ωC, la reactancia inductiva del inductor Zl=ωL, (ω=2πf), la impedancia compleja del capacitor real es Z=ESR más jωL-1/jωC=ESR más j2πf L-1/j2πf C. Se puede ver que cuando la frecuencia es muy baja, la capacitancia juega un papel papel, y cuando la frecuencia alcanza un cierto nivel, el papel de la inductancia no se puede ignorar, y cuando la frecuencia es alta, la inductancia juega un papel principal. Los condensadores pierden su efecto de filtrado. Así que recuerde, los capacitores no son solo capacitores a altas frecuencias.
Como se mencionó anteriormente, la inductancia en serie equivalente del capacitor está determinada por el proceso de fabricación y el material del capacitor. El ESL del capacitor cerámico de chip real varía desde unas pocas décimas de nH hasta varios nH. Cuanto más pequeño es el paquete, más pequeño es el ESL.
En la curva de filtro del capacitor, también podemos ver que no es plano, es como una 'V', lo que significa que tiene características de selección de frecuencia. A veces, desea que sea lo más nítido posible (filtrado o con muesca). Lo que afecta esta característica es el factor de calidad Q del capacitor, Q{{0}}/ωCESR. Cuanto mayor sea la ESR, menor será la Q y más plana la curva. Por el contrario, cuanto menor sea la ESR, mayor será la Q y más pronunciada será la curva. En general, los condensadores de tantalio y la electrólisis de aluminio tienen una ESL relativamente pequeña y una ESR grande, por lo que los condensadores de tantalio y la electrólisis de aluminio tienen un rango de frecuencia efectivo amplio, que es muy adecuado para el filtrado a nivel de placa antes de la etapa. Es decir, la etapa de entrada del DCDC o LDO a menudo se filtra con un capacitor de tantalio de mayor capacidad. Y coloque algunos condensadores de 10uF y 0.1uF cerca del chip para desacoplarlos, los condensadores cerámicos tienen una ESR muy baja.
