Filtrų kondensatoriai atlieka labai svarbų vaidmenį perjungiant maitinimo šaltinius. Kaip teisingai parinkti filtrų kondensatorius, ypač išėjimo filtrų kondensatorius, yra problema, kuria labai rūpinasi kiekvienas inžinierius ir technikas. Galios filtro grandinėje matome įvairius kondensatorius, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF skirtingas talpos reikšmes, tad kaip nustatomi šie parametrai? Nesakyk man, kad nukopijavau kažkieno schemą.
Įprasto elektrolitinio kondensatoriaus, naudojamo 50 Hz maitinimo dažnio grandinėje, pulsuojančios įtampos dažnis yra tik 100 Hz, o įkrovimo ir iškrovimo laikas yra milisekundžių tvarka. Norint gauti mažesnį pulsacijos koeficientą, reikalinga talpa siekia šimtus tūkstančių μF, todėl įprastų žemo dažnio aliuminio elektrolitinių kondensatorių tikslas yra padidinti talpą. Pagrindiniai parametrai už ir prieš. Perjungiamojo maitinimo šaltinio išėjimo filtro elektrolitinio kondensatoriaus pjūklinės bangos įtampos dažnis siekia net dešimtis kHz ar net dešimčių MHz. Šiuo metu talpa nėra pagrindinis jos rodiklis. Aukšto dažnio aliuminio elektrolitinių kondensatorių kokybės matavimo standartas yra "varža- dažninė" charakteristika, kuriai reikalinga mažesnė lygiavertė varža perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimo dažnyje ir tuo pačiu metu turi gerą filtravimo poveikį aukšto dažnio smailės signalas, generuojamas veikiant puslaidininkiniam įrenginiui.
Įprasti žemo dažnio elektrolitiniai kondensatoriai pradeda rodyti apie 10 kHz induktyvumą, o tai negali atitikti perjungimo maitinimo šaltinių reikalavimų. Aukšto dažnio aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai, skirti perjungti maitinimo šaltinius, turi keturis gnybtus. Srovė teka iš vieno teigiamo keturių gnybtų kondensatoriaus galo, praeina per kondensatoriaus vidų, o iš kito teigiamo galo teka į apkrovą; iš apkrovos grįžtanti srovė taip pat teka iš vieno neigiamo kondensatoriaus galo, o iš kito neigiamo galo teka į neigiamą maitinimo šaltinio galą.
Kadangi keturių gnybtų kondensatorius pasižymi geromis aukšto dažnio charakteristikomis, jis yra ypač naudinga priemonė pulsuojančiai įtampos komponentei sumažinti ir perjungimo piko triukšmui slopinti. Aukšto dažnio aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai taip pat turi kelių branduolių formą, tai yra, aliuminio folija yra padalinta į kelias trumpesnes dalis, o keli išvesties lakštai yra sujungti lygiagrečiai, kad sumažintų varžos komponentą talpinėje reaktyvinėje varžoje. Mažos varžos medžiaga naudojama kaip išvesties gnybtas, kuris pagerina kondensatoriaus gebėjimą atlaikyti dideles sroves.
Skaitmeninė grandinė turi veikti stabiliai ir patikimai, maitinimas turi būti „švarus“, o energija tiekiama laiku, tai yra, filtravimas ir atsiejimas turi būti geras. Kas yra filtro atsiejimas, paprasčiau tariant, jis kaupia energiją, kai lustui nereikia srovės, o aš galiu laiku papildyti energiją, kai jums reikia srovės. Nesakyk man, kad ši atsakomybė nėra DCDC ir LDO atsakomybė? Taip, jie gali susidoroti su žemais dažniais, tačiau didelės spartos skaitmeninės sistemos skiriasi.
Pirmiausia pažvelkime į kondensatorių. Kondensatoriaus funkcija yra tiesiog saugoti įkrovą. Visi žinome, kad prie maitinimo šaltinio reikia pridėti kondensatoriaus filtravimą, o {{0}}.1uF kondensatorius turi būti dedamas ant kiekvieno lusto maitinimo kaiščio, kad būtų galima atjungti ir pan. Kodėl aš matau, kad kondensatorius šalia kai kurių plokščių lustų maitinimo kaiščio yra 0.1uF arba 0.01uF Taip, ar tai svarbu? Norint tai suprasti, būtina suprasti tikrąsias kondensatorių charakteristikas. Idealus kondensatorius yra tik įkrovos saugykla, C. Tačiau tikrasis pagamintas kondensatorius nėra toks paprastas. Analizuodami galios vientisumą, dažniausiai naudojame kondensatoriaus modelį.
Kaip teisingai pasirinkti filtrų kondensatorius perjungiamojo maitinimo šaltinio projekte?
ESR yra kondensatoriaus serijos lygiavertė varža, ESL yra nuosekli kondensatoriaus induktyvumas, o C yra tikrasis idealus kondensatorius. ESR ir ESL lemia gamybos procesas ir kondensatoriaus medžiaga, todėl jų negalima pašalinti. Kokį poveikį šie du dalykai turi grandinei? ESR veikia maitinimo šaltinio pulsaciją, o ESL – kondensatoriaus filtro dažnio charakteristikas.
Žinome, kad kondensatoriaus Zc=1/ωC talpinė varža, induktoriaus Zl=ωL, (ω=2πf) indukcinė varža, tikrojo kondensatoriaus kompleksinė varža yra Z=ESR plius jωL-1/jωC=ESR plius j2πf L-1/j2πf C. Matyti, kad kai dažnis labai žemas, talpa vaidina vaidmenį, o kai dažnis pasiekia tam tikrą lygį, negalima ignoruoti induktyvumo vaidmens, o kai dažnis yra didelis, induktyvumas vaidina pagrindinį vaidmenį. Kondensatoriai praranda filtravimo efektą. Taigi atminkite, kad kondensatoriai nėra tik aukšto dažnio kondensatoriai.
Kaip minėta aukščiau, kondensatoriaus lygiavertę serijinę induktyvumą lemia gamybos procesas ir kondensatoriaus medžiaga. Tikrojo lustinio keraminio kondensatoriaus ESL svyruoja nuo kelių dešimtųjų nH iki kelių nH. Kuo mažesnė pakuotė, tuo mažesnė ESL.
Kondensatoriaus filtro kreivė taip pat matosi, kad jis nėra plokščias, jis yra kaip "V", tai reiškia, kad jis turi dažnio pasirinkimo charakteristikas. Kartais norisi, kad jis būtų kuo aštresnis (filtruotas arba įpjova). Šiai charakteristikai įtakos turi kondensatoriaus kokybės koeficientas Q Q{0}}/ωCESR. Kuo didesnis ESR, tuo mažesnis Q ir plokštesnė kreivė. Priešingai, kuo mažesnis ESR, tuo didesnis Q ir ryškesnė kreivė. Paprastai tantalo kondensatoriai ir aliuminio elektrolizė turi santykinai mažą ESL ir didelį ESR, todėl tantalo kondensatoriai ir aliuminio elektrolizė turi platų efektyvų dažnių diapazoną, kuris yra labai tinkamas išankstiniam plokštės lygio filtravimui. Tai reiškia, kad DCDC arba LDO įvesties pakopa dažnai filtruojama naudojant didesnės talpos tantalo kondensatorių. Ir įdėkite keletą 10uF ir 0,1uF kondensatorių arti lusto, kad atsijungtumėte, keraminiai kondensatoriai turi labai mažą ESR.
