En el proceso de construcción de una fuente de alimentación conmutada, ¿cómo se debe seleccionar correctamente el condensador de filtro?
El condensador de filtro juega un papel muy importante en la fuente de alimentación conmutada. Cómo seleccionar correctamente el condensador de filtro, especialmente la selección del condensador de filtro de salida es un problema que preocupa mucho a todos los ingenieros y técnicos. Podemos ver varios capacitores en el circuito del filtro de potencia, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF con diferentes valores de capacitancia, entonces, ¿cómo se determinan estos parámetros? No me digas que copié el diagrama esquemático de otra persona, eh, eh.
Para capacitores electrolíticos comunes usados en circuitos de frecuencia de potencia de 50 Hz, la frecuencia de voltaje pulsante es 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 tanto, el objetivo de los capacitores electrolíticos de aluminio de baja frecuencia ordinarios es aumentar la capacitancia. Los principales parámetros de pros y contras. Sin embargo, 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 el indicador principal. El estándar para medir la calidad de los condensadores electrolíticos de aluminio de alta frecuencia es "impedancia-características de "frecuencia", se requiere tener una impedancia equivalente más baja dentro de la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada y, al mismo tiempo, tener un buen filtrado efecto sobre los picos de alta frecuencia generados cuando el dispositivo semiconductor está funcionando.
Los capacitores electrolíticos ordinarios de baja frecuencia comienzan a mostrar inductividad alrededor de los 10 kHz, lo que no puede cumplir con los requisitos de las fuentes de alimentación conmutadas. El condensador electrolítico de aluminio de alta frecuencia dedicado a la fuente de alimentación conmutada tiene cuatro terminales. Los dos extremos de la hoja de aluminio positiva se sacan respectivamente como electrodo positivo del capacitor, y los dos extremos de la hoja de aluminio negativa también se sacan respectivamente como electrodo negativo. La corriente fluye desde una terminal positiva del capacitor de cuatro terminales, pasa por el interior del capacitor y luego fluye desde la otra terminal positiva hacia la carga; la corriente que regresa de la carga también fluye desde una terminal negativa del capacitor y luego fluye desde la otra terminal negativa a la terminal negativa de la fuente de alimentación.
Dado que el capacitor de cuatro terminales tiene buenas características de alta frecuencia, proporciona un medio extremadamente favorable 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 varios cables en paralelo para reducir el componente de impedancia en la reactancia capacitiva. Y el uso de materiales de baja resistividad como terminales de salida mejora la capacidad del condensador para soportar grandes corrientes.
Para que los circuitos digitales funcionen de manera estable y confiable, la fuente de alimentación debe ser "limpia" y la reposición de energía debe ser oportuna, es decir, el filtrado y el desacoplamiento deben ser buenos. Lo que es filtrar y desacoplar, en pocas palabras, es almacenar energía cuando el chip no necesita corriente, y puedo reponer energía a tiempo cuando necesita corriente. ¿No me digan que esta responsabilidad no es de DCDC y LDO? Sí, a bajas frecuencias pueden manejarlo, 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 un filtro de capacitor a la fuente de alimentación y se debe colocar un capacitor de {{0}}.1uF en el pin de alimentación de cada chip para desacoplar, etc. ¿Por qué veo que el capacitor al lado del pin de alimentación de algunos chips de placa está 0.1uF o 0.01uF Sí, ¿cuál es el punto? Para comprender esta verdad, debemos comprender las características reales de los condensadores. Un condensador ideal es solo un almacenamiento de carga, a saber, C. Sin embargo, el condensador fabricado real no es tan simple. Al analizar la integridad de la fuente de alimentación, el modelo de condensador de uso común se muestra en la siguiente figura.
En la figura, 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 los materiales 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 Zc=1/ωC del capacitor, la reactancia inductiva Zl=ωL del inductor, (ω=2πf), y 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, y cuando la frecuencia es alta hasta cierto nivel, el papel de la inductancia no puede ignorarse, y cuando la frecuencia es más alta, la inductancia jugará un papel. papel principal El condensador pierde su efecto de filtrado. Así que recuerda, cuando la frecuencia es alta, el capacitor no es solo un capacitor.
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, y cuanto más pequeño es el paquete, más pequeño es el ESL.
De la curva de filtro del condensador de arriba, también podemos ver que no es plano, es como una 'V', es decir, tiene características selectivas de frecuencia, y esperamos que sea lo más plano posible ( filtrado a nivel de placa antes de la etapa), y a veces desea que sea lo más nítido posible (filtrado o muescas). Lo que afecta esta característica es el factor de calidad Q del capacitor, Q=1/ωCESR, cuanto mayor sea la ESR, menor será la Q y más plana será la curva. Por el contrario, cuanto menor sea la ESR, mayor será la Q y más pronunciada será la curva. Por lo general, los condensadores de tantalio y los electrolíticos de aluminio tienen una ESL relativamente pequeña, pero la ESR es grande, por lo que los condensadores de tantalio y los electrolíticos de aluminio tienen un amplio rango de frecuencia efectivo, que es muy adecuado para el filtro de nivel de la placa frontal. Es decir, a menudo se usa un capacitor de tantalio de gran capacidad para filtrar en la etapa de entrada de DCDC o LDO. Y coloque algunos capacitores de 10uF y 0.1uF cerca del chip para el desacoplamiento, los capacitores cerámicos tienen una ESR muy baja.
