Jak prawidłowo dobrać kondensator filtrujący w procesie budowy zasilacza impulsowego?
Kondensator filtrujący odgrywa bardzo ważną rolę w zasilaczu impulsowym. Jak prawidłowo dobrać kondensator filtrujący, a zwłaszcza dobór kondensatora filtrującego na wyjściu to problem, który bardzo interesuje każdego inżyniera i technika. Widzimy różne kondensatory w obwodzie filtra zasilania, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF o różnych wartościach pojemności, więc jak określa się te parametry? Nie mów mi, że skopiowałem czyjś schemat, huh, huh.
W przypadku typowych kondensatorów elektrolitycznych stosowanych w obwodach o częstotliwości sieciowej 50 Hz częstotliwość pulsującego napięcia wynosi tylko 100 Hz, a czas ładowania i rozładowania jest rzędu milisekund. Aby uzyskać mniejszy współczynnik pulsacji, wymagana pojemność sięga setek tysięcy μF. Dlatego celem zwykłych aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych o niskiej częstotliwości jest zwiększenie pojemności. Główne parametry plusy i minusy. Jednak kondensator elektrolityczny filtra wyjściowego w zasilaczu impulsowym ma częstotliwość napięcia piłokształtnego sięgającą dziesiątek kHz, a nawet dziesiątek MHz. W tej chwili pojemność nie jest głównym wskaźnikiem. Standardem pomiaru jakości aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych o wysokiej częstotliwości jest charakterystyka „impedancja-„częstotliwość”, wymagana jest niższa impedancja równoważna w ramach częstotliwości roboczej zasilacza impulsowego, a jednocześnie mieć dobre filtrowanie wpływ na skoki wysokiej częstotliwości generowane podczas pracy urządzenia półprzewodnikowego.
Zwykłe kondensatory elektrolityczne o niskiej częstotliwości zaczynają wykazywać indukcyjność przy około 10 kHz, co nie spełnia wymagań zasilaczy impulsowych. Aluminiowy kondensator elektrolityczny wysokiej częstotliwości dedykowany do zasilacza impulsowego posiada cztery wyprowadzenia. Dwa końce dodatniej blachy aluminiowej są odpowiednio wyciągane jako elektroda dodatnia kondensatora, a dwa końce ujemnej blachy aluminiowej są odpowiednio wyciągane jako elektroda ujemna. Prąd przepływa z jednego dodatniego zacisku kondensatora z czterema zaciskami, przepływa przez wnętrze kondensatora, a następnie przepływa z drugiego dodatniego zacisku do obciążenia; prąd powracający z obciążenia również wpływa z jednego ujemnego zacisku kondensatora, a następnie przepływa z drugiego ujemnego zacisku do ujemnego zacisku zasilacza.
Ponieważ kondensator z czterema zaciskami ma dobrą charakterystykę wysokiej częstotliwości, zapewnia niezwykle korzystne środki do zmniejszania pulsującej składowej napięcia i tłumienia szumu skokowego przełączania. Aluminiowe kondensatory elektrolityczne o wysokiej częstotliwości mają również postać wielordzeniową, to znaczy folia aluminiowa jest podzielona na kilka krótszych sekcji, a wiele przewodów jest połączonych równolegle, aby zmniejszyć składową impedancji w reaktancji pojemnościowej. A zastosowanie materiałów o niskiej rezystywności jako końcówek wyprowadzających poprawia zdolność kondensatora do wytrzymywania dużych prądów.
Aby obwody cyfrowe działały stabilnie i niezawodnie, zasilanie musi być „czyste”, a uzupełnianie energii musi być terminowe, to znaczy filtrowanie i odsprzęganie musi być dobre. Mówiąc najprościej, czym jest filtrowanie i odsprzęganie, to magazynowanie energii, gdy chip nie potrzebuje prądu, a ja mogę uzupełniać energię w czasie, gdy potrzebujesz prądu. Tylko mi nie mów, że ta odpowiedzialność nie spoczywa na DCDC i LDO? Tak, przy niskich częstotliwościach mogą sobie z tym poradzić, ale szybkie systemy cyfrowe są inne.
Przyjrzyjmy się najpierw kondensatorowi. Funkcją kondensatora jest po prostu magazynowanie ładunku. Wszyscy wiemy, że do zasilacza należy dodać filtrowanie kondensatorów, a kondensator {{0}}}.1uF należy umieścić na pinie zasilania każdego układu w celu odsprzęgnięcia itp. Dlaczego widzę, że kondensator obok styku zasilania niektórych układów na płycie jest 0.1 uF lub 0,01 uF Tak, o co chodzi? Aby zrozumieć tę prawdę, musimy zrozumieć rzeczywiste właściwości kondensatorów. Idealny kondensator to po prostu magazyn ładunku, czyli C. Jednak faktycznie wyprodukowany kondensator nie jest taki prosty. Analizując integralność zasilania, powszechnie stosowany model kondensatora pokazano na poniższym rysunku.
Na rysunku ESR to rezystancja równoważna szeregowo kondensatora, ESL to indukcyjność równoważna szeregowo kondensatora, a C to rzeczywisty idealny kondensator. ESR i ESL są określone przez proces produkcyjny i materiały kondensatora i nie można ich wyeliminować. Jaki wpływ mają te dwie rzeczy na obwód. ESR wpływa na tętnienie zasilania, a ESL wpływa na charakterystykę częstotliwościową filtra kondensatora.
Wiemy, że reaktancja pojemnościowa Zc=1/ωC kondensatora, reaktancja indukcyjna Zl=ωL cewki indukcyjnej (ω=2πf) oraz zespolona impedancja rzeczywistego kondensatora to Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf c. Można zauważyć, że gdy częstotliwość jest bardzo niska, pojemność odgrywa rolę, a gdy częstotliwość jest wysoka do pewnego poziomu, roli indukcyjności nie można zignorować, a gdy częstotliwość jest wyższa, indukcyjność będzie odgrywać rolę Wiodącą rolę. Kondensator traci efekt filtrowania. Pamiętaj więc, że gdy częstotliwość jest wysoka, kondensator nie jest tylko kondensatorem.
Jak wspomniano powyżej, równoważna indukcyjność szeregowa kondensatora jest określona przez proces produkcyjny i materiał kondensatora. ESL rzeczywistego kondensatora ceramicznego chipa waha się od kilku dziesiątych nH do kilku nH, a im mniejszy pakiet, tym mniejszy ESL.
Z powyższej krzywej filtra kondensatora możemy również zobaczyć, że nie jest on płaski, jest jak „V”, to znaczy ma charakterystykę selektywną częstotliwościowo i mamy nadzieję, że jest tak płaski, jak to tylko możliwe ( wstępne filtrowanie na poziomie płyty), a czasami chcesz, aby było tak ostre, jak to możliwe (filtrowanie lub wycinanie). To, co wpływa na tę charakterystykę, to współczynnik jakości Q kondensatora, Q=1/ωCESR, im większy ESR, tym mniejszy Q i bardziej płaska krzywa. Wręcz przeciwnie, im mniejszy ESR, tym większe Q i ostrzejsza krzywa. Zwykle kondensatory tantalowe i elektrolity aluminiowe mają stosunkowo mały ESL, ale ESR jest duży, więc kondensatory tantalowe i elektrolity aluminiowe mają szeroki efektywny zakres częstotliwości, który jest bardzo odpowiedni dla filtra poziomu płyty czołowej. Oznacza to, że kondensator tantalowy o dużej pojemności jest często używany do filtrowania na stopniu wejściowym DCDC lub LDO. I umieść kilka kondensatorów 10uF i 0,1 uF w pobliżu układu scalonego w celu odsprzęgnięcia, ponieważ kondensatory ceramiczne mają bardzo niski współczynnik ESR.
