Kaip tinkamai parinkti filtro kondensatorių kuriant perjungimo maitinimo šaltinį?
Filtro kondensatorius atlieka labai svarbų vaidmenį perjungimo maitinimo šaltinyje. Kaip teisingai pasirinkti filtro kondensatorių, ypač išėjimo filtro kondensatorių, yra problema, kuria labai rūpinasi kiekvienas inžinierius ir technikas. Galios filtro grandinėje matome įvairius kondensatorius, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF su skirtingomis talpos reikšmėmis, taigi kaip šie parametrai nustatomi? Nesakyk man, kad nukopijavau kažkieno kito scheminę schemą, huh, huh.
Įprastų elektrolitinių kondensatorių, naudojamų 50 Hz galios dažnio grandinėse, 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. Tačiau išėjimo filtro elektrolitinio kondensatoriaus perjungimo maitinimo šaltinyje pjūklinės bangos dažnis siekia net dešimtis kHz ar net dešimtis MHz. Šiuo metu talpa nėra pagrindinis rodiklis. Aukšto dažnio aliuminio elektrolitinių kondensatorių kokybės matavimo standartas yra "impedanso" "dažnio" charakteristikos, reikalaujama, kad perjungiamojo maitinimo šaltinio veikimo dažnyje būtų mažesnė lygiavertė varža ir tuo pat metu būtų geras filtravimas. poveikis aukšto dažnio šuoliais, atsirandantiems veikiant puslaidininkiniam įtaisui.
Įprasti žemo dažnio elektrolitiniai kondensatoriai pradeda rodyti induktyvumą maždaug 10 kHz dažniu, o tai negali atitikti perjungimo maitinimo šaltinių reikalavimų. Aukšto dažnio aliuminio elektrolitinis kondensatorius, skirtas perjungimo maitinimo šaltiniui, turi keturis gnybtus. Du teigiamo aliuminio lakšto galai atitinkamai ištraukiami kaip teigiamas kondensatoriaus elektrodas, o du neigiamo aliuminio lakšto galai taip pat atitinkamai ištraukiami kaip neigiamas elektrodas. Srovė teka iš vieno teigiamo keturių gnybtų kondensatoriaus gnybto, praeina per kondensatoriaus vidų, o iš kito teigiamo gnybto teka į apkrovą; iš apkrovos grįžtanti srovė taip pat patenka iš vieno neigiamo kondensatoriaus gnybto, o iš kito neigiamo gnybto teka į neigiamą maitinimo šaltinio gnybtą.
Kadangi keturių gnybtų kondensatorius pasižymi geromis aukšto dažnio charakteristikomis, tai yra itin palanki priemonė pulsuojančiai įtampos komponentei sumažinti ir perjungimo smaigalio 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 laidai yra sujungti lygiagrečiai, kad sumažintų varžos komponentą talpinėje reaktyvinėje varžoje. O mažos varžos medžiagų naudojimas kaip išvesties gnybtai pagerina kondensatoriaus gebėjimą atlaikyti dideles sroves.
Kad skaitmeninės grandinės veiktų stabiliai ir patikimai, maitinimas turi būti „švarus“, o energijos papildymas turi būti laiku, tai yra, filtravimas ir atjungimas turi būti geras. Kas yra filtravimas ir atsiejimas, paprasčiau tariant, tai yra energijos kaupimas, kai lustui nereikia srovės, o aš galiu laiku papildyti energiją, kai jums reikia srovės. Nesakyk man, kad ši atsakomybė nėra DCDC ir LDO? Taip, žemais dažniais jie gali tai valdyti, 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 ant kiekvieno lusto maitinimo kaiščio reikia įdėti {{0}}.1uF kondensatorių, kad būtų galima atjungti ir pan. Kodėl matau, kad kondensatorius šalia kai kurių plokštės lustų maitinimo kontakto yra 0.1uF arba 0.01uF Taip, kokia prasmė? Norėdami suprasti šią tiesą, turime suprasti tikrąsias kondensatorių charakteristikas. Idealus kondensatorius yra tik įkrovos saugykla, būtent C. Tačiau tikrasis pagamintas kondensatorius nėra toks paprastas. Analizuojant maitinimo šaltinio vientisumą, dažniausiai naudojamas kondensatoriaus modelis parodytas paveikslėlyje žemiau.
Paveiksle ESR yra nuosekli kondensatoriaus varža, ESL yra nuosekli kondensatoriaus induktyvumas, o C yra tikrasis idealus kondensatorius. ESR ir ESL lemia gamybos procesas ir kondensatoriaus medžiagos, 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 talpinė varža Zc=1/ωC, induktoriaus indukcinė reaktyvinė varža Zl=ωL (ω=2πf) ir tikrojo kondensatoriaus kompleksinė varža yra Z=ESR plius jωL-1/jωC=ESR plius j2πf L-1/j2πf c. Galima pastebėti, kad kai dažnis yra labai žemas, talpa vaidina svarbų vaidmenį, o kai dažnis yra aukštas iki tam tikro lygio, negalima ignoruoti induktyvumo vaidmens, o kai dažnis yra didesnis, induktyvumas vaidins Pagrindinis vaidmuo. Kondensatorius praranda filtravimo efektą. Taigi atminkite, kad kai dažnis yra aukštas, kondensatorius nėra tik kondensatorius.
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, ir kuo mažesnė pakuotė, tuo mažesnė ESL.
Iš aukščiau esančios kondensatoriaus filtro kreivės taip pat matome, kad jis nėra plokščias, jis panašus į "V", tai yra, turi dažnio atrankos charakteristikas, ir tikimės, kad jis yra kiek įmanoma plokščias ( išankstinio etapo plokštės lygio filtravimas), o kartais norisi, kad jis būtų kuo ryškesnis (filtravimas arba įpjova). Šiai charakteristikai įtakos turi kondensatoriaus kokybės koeficientas Q Q=1/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 elektrolitai turi santykinai mažą ESL, tačiau ESR yra didelis, todėl tantalo kondensatoriai ir aliuminio elektrolitai turi platų efektyvų dažnių diapazoną, kuris labai tinka priekinės plokštės lygio filtrui. Tai reiškia, kad didelės talpos tantalo kondensatorius dažnai naudojamas filtravimui DCDC arba LDO įvesties etape. Ir šalia lusto įdėkite keletą 10uF ir 0,1 uF kondensatorių, kad būtų galima atsieti, keraminiai kondensatoriai turi labai mažą ESR.
