Siebkondensatoren spielen eine sehr wichtige Rolle in Schaltnetzteilen. Die richtige Auswahl von Filterkondensatoren, insbesondere die Auswahl von Ausgangsfilterkondensatoren, ist ein Problem, mit dem sich jeder Ingenieur und Techniker sehr beschäftigt. Wir können eine Vielzahl von Kondensatoren in der Leistungsfilterschaltung sehen, 100 uF, 10 uF, 100 nF, 10 nF, unterschiedliche Kapazitätswerte, also wie werden diese Parameter bestimmt? Sagen Sie mir nicht, ich hätte den Schaltplan von jemand anderem kopiert, huh.
Der herkömmliche Elektrolytkondensator, der in der 50-Hz-Netzfrequenzschaltung verwendet wird, hat eine pulsierende Spannungsfrequenz von nur 100 Hz, und die Lade- und Entladezeit liegt in der Größenordnung von Millisekunden. Um einen kleineren Pulsationskoeffizienten zu erhalten, ist die erforderliche Kapazität so hoch wie Hunderttausende von μF, sodass das Ziel gewöhnlicher Niederfrequenz-Aluminium-Elektrolytkondensatoren darin besteht, die Kapazität zu erhöhen. Die wichtigsten Parameter von Vor- und Nachteilen. Der Ausgangsfilter-Elektrolytkondensator im Schaltnetzteil hat eine Sägezahnwellen-Spannungsfrequenz von mehreren zehn kHz oder sogar mehreren zehn MHz. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kapazität nicht der Hauptindikator. Der Standard zur Qualitätsmessung von Hochfrequenz-Aluminium-Elektrolytkondensatoren ist die "Impedanz-Frequenz" -Charakteristik, erfordert eine niedrigere Ersatzimpedanz innerhalb der Betriebsfrequenz des Schaltnetzteils und hat gleichzeitig eine gute Filterwirkung auf die Hochfrequenz Frequenzspitzensignal, das erzeugt wird, wenn das Halbleiterbauelement arbeitet.
Gewöhnliche Niederfrequenz-Elektrolytkondensatoren zeigen ab etwa 10 kHz eine Induktivität, die die Anforderungen von Schaltnetzteilen nicht erfüllen kann. Die Hochfrequenz-Aluminium-Elektrolytkondensatoren für Schaltnetzteile haben vier Anschlüsse. Der Strom fließt von einem positiven Ende des Kondensators mit vier Anschlüssen, fließt durch das Innere des Kondensators und fließt dann vom anderen positiven Ende zur Last; Der von der Last zurückkehrende Strom fließt ebenfalls von einem negativen Ende des Kondensators und fließt dann vom anderen negativen Ende zum negativen Ende der Stromversorgung.
Da der Kondensator mit vier Anschlüssen gute Hochfrequenzeigenschaften hat, stellt er ein äußerst vorteilhaftes Mittel zum Reduzieren der pulsierenden Komponente der Spannung und zum Unterdrücken des Schaltspitzenrauschens bereit. Hochfrequenz-Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben auch eine Mehrkernform, das heißt, die Aluminiumfolie ist in mehrere kürzere Abschnitte unterteilt, und mehrere herausgeführte Bleche sind parallel geschaltet, um die Impedanzkomponente in der kapazitiven Reaktanz zu reduzieren. Und das Material mit niedrigem spezifischem Widerstand wird als herausführender Anschluss verwendet, was die Fähigkeit des Kondensators verbessert, großen Strömen standzuhalten.
Die digitale Schaltung muss stabil und zuverlässig laufen, die Stromversorgung muss „sauber“ sein, und die Energieversorgung muss zeitnah erfolgen, sprich die Filterung und Entkopplung muss gut sein. Was ist Filterentkopplung, vereinfacht gesagt, es speichert Energie, wenn der Chip keinen Strom benötigt, und ich kann Energie rechtzeitig nachfüllen, wenn Sie Strom benötigen. Sagen Sie mir nicht, dass diese Verantwortung nicht in der Verantwortung von DCDC und LDO liegt? Ja, sie können damit bei niedrigen Frequenzen umgehen, aber digitale Hochgeschwindigkeitssysteme sind anders.
Schauen wir uns zuerst den Kondensator an. Die Funktion des Kondensators besteht lediglich darin, die Ladung zu speichern. Wir alle wissen, dass der Stromversorgung eine Kondensatorfilterung hinzugefügt werden sollte, und ein {{0}}.1uF-Kondensator sollte zur Entkopplung usw. auf dem Stromversorgungsstift jedes Chips platziert werden. Warum sehe ich das? Der Kondensator neben dem Stromversorgungsstift einiger Platinenchips ist 0.1uF oder 0,01uF. Ja, spielt es eine Rolle? Um dies zu verstehen, ist es notwendig, die tatsächlichen Eigenschaften von Kondensatoren zu verstehen. Ein idealer Kondensator ist nur ein Ladungsspeicher C. Der tatsächlich hergestellte Kondensator ist jedoch nicht so einfach. Bei der Analyse der Leistungsintegrität verwenden wir üblicherweise das Kondensatormodell.
Wie werden Filterkondensatoren im Design von Schaltnetzteilen richtig ausgewählt?
ESR ist der äquivalente Serienwiderstand des Kondensators, ESL ist die äquivalente Serieninduktivität des Kondensators und C ist der echte ideale Kondensator. ESR und ESL werden durch den Herstellungsprozess und das Material des Kondensators bestimmt und können nicht eliminiert werden. Welche Auswirkung haben diese beiden Dinge auf die Schaltung? ESR beeinflusst die Welligkeit der Stromversorgung und ESL beeinflusst die Filterfrequenzeigenschaften des Kondensators.
Wir wissen, dass der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators Zc=1/ωC, der induktive Blindwiderstand der Induktivität Zl=ωL, (ω=2πf), die komplexe Impedanz des eigentlichen Kondensators ist Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Es ist ersichtlich, dass bei sehr niedriger Frequenz die Kapazität a spielt Rolle, und wenn die Frequenz ein bestimmtes Niveau erreicht, kann die Rolle der Induktivität nicht ignoriert werden, und wenn die Frequenz hoch ist, spielt die Induktivität eine führende Rolle. Kondensatoren verlieren ihre Filterwirkung. Denken Sie also daran, Kondensatoren sind nicht nur Kondensatoren bei hohen Frequenzen.
Wie oben erwähnt, wird die äquivalente Reiheninduktivität des Kondensators durch den Herstellungsprozess und das Material des Kondensators bestimmt. Der ESL des eigentlichen Chip-Keramikkondensators reicht von einigen Zehntel nH bis zu mehreren nH. Je kleiner das Paket, desto kleiner die ESL.
Auf der Filterkurve des Kondensators können wir auch sehen, dass sie nicht flach ist, sondern wie ein „V“, was bedeutet, dass sie Frequenzauswahleigenschaften hat. Manchmal möchten Sie, dass es so scharf wie möglich ist (gefiltert oder gekerbt). Was diese Eigenschaft beeinflusst, ist der Qualitätsfaktor Q des Kondensators, Q{{0}}/ωCESR. Je größer der ESR, desto kleiner das Q und desto flacher die Kurve. Im Gegenteil, je kleiner der ESR, desto größer das Q und desto schärfer die Kurve. Im Allgemeinen haben Tantalkondensatoren und Aluminiumelektrolyse einen relativ kleinen ESL und einen großen ESR, sodass Tantalkondensatoren und Aluminiumelektrolyse einen breiten effektiven Frequenzbereich haben, der sich sehr gut für die Filterung auf Platinenebene vor der Stufe eignet. Das heißt, die Eingangsstufe des DCDC oder LDO wird oft mit einem Tantalkondensator größerer Kapazität gefiltert. Und stellen Sie zur Entkopplung einige 10uF- und 0,1uF-Kondensatoren in die Nähe des Chips, Keramikkondensatoren haben einen sehr niedrigen ESR.
