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大電容濾低頻,小電容濾高頻,你真的理解嗎

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電源網(wǎng) ? 作者:陳永真 ? 2021-05-31 15:18 ? 次閱讀

從定義來(lái)講,濾波電容是指安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件,可分為低頻濾波電容(50Hz)和高頻濾波電容(幾千-幾萬(wàn)Hz)。

對(duì)于濾波電容容值的選擇,電子工程師大都有一個(gè)共識(shí):大電容濾低頻,小電容濾高頻。這個(gè)觀點(diǎn)真的正確嗎?

陳永真教授對(duì)此表示,值40年前,這種說(shuō)法肯定是對(duì)的,因?yàn)槟莻€(gè)年代,大電容體積做不小,寄生電感隨電容器長(zhǎng)度增加。而且那個(gè)年代的電容器尺寸都相對(duì)很大。如今時(shí)代變了,大電容也可以濾高頻,再加小電容就是畫(huà)蛇添足!

電容器濾波效果受什么影響?

電容器的等效電路可以認(rèn)為是LCR串聯(lián)。其中:

L是電容器的寄生電感,也就是等效串聯(lián)電感,即ESL;

C是電容器的靜電電容量;

R是電容器的等效串聯(lián)電阻,也就是ESR。

電容器的濾波是利用電容器的低阻抗來(lái)降低電容器并聯(lián)端的直流電源總阻抗,因?yàn)橹绷麟娫吹慕涣髯杩故呛艽蟮模陨頍o(wú)法濾除來(lái)自負(fù)載的交流分量電流,這樣就會(huì)在直流電源端產(chǎn)生不可容忍的交流分量疊加電壓。為了不讓這個(gè)交流電流流入直流電源,需要一個(gè)低阻抗器件,同時(shí)又沒(méi)有直流電流的器件,這就是電容器。

電子線路中,除了50Hz整流和低頻功率放大以外,1μF頂多10μF就可以很好地滿(mǎn)足電源旁路功能,無(wú)需并接電容量比較大的電解電容器。

因此,只要并聯(lián)的電容器阻抗?jié)M足要求就可以完成濾波要求。在很多情況下,大電容不能滿(mǎn)足高頻濾波要求的根本原因是,由于傳統(tǒng)的大電容的寄生電感比較大,在較高的頻段,其阻抗特性呈現(xiàn)電感特性,也就是ESL的感抗大于電容器的容抗。對(duì)于電源旁路電容器來(lái)說(shuō),ESL越小越好,認(rèn)為電容器的ESL受到電容器尺寸制約,特別是電極長(zhǎng)度的制約。這便是過(guò)往需要“小電容濾高頻”的原因。

MLCC快速發(fā)展打破了這樣的界定。MLCC可以大大地縮小電容器的ESL,例如1206貼片型電容器的ESL僅僅5nH。在低耐壓的MLCC,這個(gè)封裝可以將電容量做到10μF/25V,當(dāng)然這個(gè)封裝也可以做成0.01μF/40V。如果是相同的封裝,在選擇電源旁路電容器時(shí)就沒(méi)有必要用一個(gè)0.01μF電容或0.1μF電容與10μF電容并聯(lián),完全沒(méi)有必要!

從圖中可以看到,在10MHz以下,10μF電容器的阻抗具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),而在10MHz以上10μF與0.001~0.1μF阻抗特性一樣。這就是說(shuō),如果選擇一個(gè)與小電容相同ESL低的大電容,就不再需要小電容濾波了,大電容本身就可以完成。

編輯:hfy

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