Os capacitores de filtro desempenham um papel muito importante na comutação de fontes de alimentação. Como selecionar corretamente capacitores de filtro, especialmente a seleção de capacitores de filtro de saída, é um problema que preocupa muito cada engenheiro e técnico. Podemos ver uma variedade de capacitores no circuito do filtro de energia, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF diferentes valores de capacitância, então como esses parâmetros são determinados? Não me diga que copiei o esquema de outra pessoa.
O capacitor eletrolítico comum usado no circuito de frequência de energia de 50 Hz tem uma frequência de tensão pulsante de apenas 100 Hz e o tempo de carga e descarga é da ordem de milissegundos. Para obter um coeficiente de pulsação menor, a capacitância necessária é tão alta quanto centenas de milhares de μF, portanto, o objetivo dos capacitores eletrolíticos de alumínio de baixa frequência comuns é aumentar a capacitância. Os principais parâmetros de prós e contras. O capacitor eletrolítico do filtro de saída na fonte de alimentação chaveada tem uma frequência de tensão de onda dente de serra tão alta quanto dezenas de kHz ou mesmo dezenas de MHz. Neste momento, a capacitância não é seu indicador principal. O padrão para medir a qualidade dos capacitores eletrolíticos de alumínio de alta frequência é a característica "impedância-frequência", requer uma impedância equivalente mais baixa dentro da frequência operacional da fonte de alimentação de comutação e, ao mesmo tempo, tem um bom efeito de filtragem no alto- sinal de pico de frequência gerado quando o dispositivo semicondutor está funcionando.
Os capacitores eletrolíticos comuns de baixa frequência começam a mostrar indutância em torno de 10kHz, o que não pode atender aos requisitos de comutação de fontes de alimentação. Os capacitores eletrolíticos de alumínio de alta frequência dedicados à alimentação chaveada possuem quatro terminais. A corrente flui de uma extremidade positiva do capacitor de quatro terminais, passa pelo interior do capacitor e então flui da outra extremidade positiva para a carga; a corrente que retorna da carga também flui de uma extremidade negativa do capacitor e, em seguida, flui da outra extremidade negativa para a extremidade negativa da fonte de alimentação.
Como o capacitor de quatro terminais possui boas características de alta frequência, ele fornece um meio extremamente vantajoso para reduzir o componente pulsante da tensão e suprimir o ruído de pico de comutação. Os capacitores eletrolíticos de alumínio de alta frequência também têm uma forma de vários núcleos, ou seja, a folha de alumínio é dividida em várias seções mais curtas e várias folhas de saída são conectadas em paralelo para reduzir o componente de impedância na reatância capacitiva. E o material com baixa resistividade é usado como terminal de saída, o que melhora a capacidade do capacitor de suportar grandes correntes.
O circuito digital deve funcionar de forma estável e confiável, a fonte de alimentação deve ser "limpa" e o fornecimento de energia deve ser pontual, ou seja, a filtragem e o desacoplamento devem ser bons. O que é desacoplamento do filtro, simplesmente, ele armazena energia quando o chip não precisa de corrente, e posso repor energia na hora em que você precisa de corrente. Não me diga que essa responsabilidade não é da DCDC e da LDO? Sim, eles podem lidar com baixas frequências, mas os sistemas digitais de alta velocidade são diferentes.
Vamos dar uma olhada no capacitor primeiro. A função do capacitor é simplesmente armazenar a carga. Todos nós sabemos que a filtragem do capacitor deve ser adicionada à fonte de alimentação, e um capacitor {{0}}.1uF deve ser colocado no pino da fonte de alimentação de cada chip para desacoplamento, etc. Por que vejo que o capacitor próximo ao pino da fonte de alimentação de alguns chips de placa é 0.1uF ou 0.01uF Sim, isso importa? Para entender isso, é necessário entender as características reais dos capacitores. Um capacitor ideal é apenas um armazenamento de carga, C. No entanto, o capacitor realmente fabricado não é tão simples. Ao analisar a integridade de energia, geralmente usamos o modelo do capacitor.
Como selecionar capacitores de filtro corretamente no projeto de fonte de alimentação chaveada?
ESR é a resistência equivalente em série do capacitor, ESL é a indutância equivalente em série do capacitor e C é o capacitor real ideal. ESR e ESL são determinados pelo processo de fabricação e material do capacitor e não podem ser eliminados. Que efeito essas duas coisas têm no circuito? ESR afeta a ondulação da fonte de alimentação e ESL afeta as características de frequência do filtro do capacitor.
Sabemos que a reatância capacitiva do capacitor Zc=1/ωC, a reatância indutiva do indutor Zl=ωL, (ω=2πf), a impedância complexa do capacitor real é Z=ESR mais jωL-1/jωC=ESR mais j2πf L-1/j2πf C. Pode-se ver que quando a frequência é muito baixa, a capacitância desempenha um papel, e quando a frequência atinge um certo nível, o papel da indutância não pode ser ignorado, e quando a frequência é alta, a indutância desempenha um papel de liderança. Capacitores perdem seu efeito de filtragem. Portanto, lembre-se de que os capacitores não são apenas capacitores em altas frequências.
Como mencionado acima, a indutância série equivalente do capacitor é determinada pelo processo de fabricação e material do capacitor. O ESL do capacitor de cerâmica do chip real varia de alguns décimos de nH a vários nH. Quanto menor o pacote, menor o ESL.
Na curva do filtro do capacitor, também podemos ver que ele não é plano, é como um 'V', o que significa que ele possui características de seleção de frequência. Às vezes, você deseja que seja o mais nítido possível (filtrado ou entalhe). O que afeta essa característica é o fator de qualidade Q do capacitor, Q{{0}}/ωCESR. Quanto maior o ESR, menor o Q e mais plana a curva. Pelo contrário, quanto menor o ESR, maior o Q e mais nítida a curva. Geralmente, os capacitores de tântalo e a eletrólise de alumínio têm ESL relativamente pequeno e ESR grande; Ou seja, o estágio de entrada do DCDC ou LDO é frequentemente filtrado com um capacitor de tântalo de maior capacidade. E coloque alguns capacitores de 10uF e 0,1uF perto do chip para desacoplamento, os capacitores de cerâmica têm ESR muito baixo.
