1.4 实际电容与电源滤波

好，实际电容与电源滤波 它位于教材的2.5.2节 实际电容模型可以看成 电容电阻电感三者的串联 其中等效串联电阻 ESR 和等效串联电感 ESL 分别从两个方面 对电容特性产生影响 等效串联电阻 ESR 的影响 电容除了储能应用之外 大部分应用是滤波 大容量的滤波电容 有钽电容和铝电解电容两种 其中钽电容性能更好更贵 其实钽电容也是有极性的电解电容 只不过两者的差别 就是 ESR 不同 理想电容两端是不会产生电压突变的 再大的充放电电流 也只能产生渐变的电压 所以理论上并联电容的电路 其端电压是不应该产生电压毛刺的 而实际滤波电容两端 是会有电压毛刺 这是我们监测到的 某开关电源的输出电压 那么是有电压毛刺的 电容端电压毛刺产生的原因 就是因为电容的等效串联电阻 ESR 电容吞吐电流来保持自身端电压稳定 但是吞吐的电流会在 ESR 上面 产生电压纹波甚至是电压毛刺 相同容量的钽电解电容 它的 ESR 要远小于铝电解电容 这就是很多时候 我们把1微法的钽电容的滤波效果 等效为10微法的铝电解电容 这张图片 这边是两个铝电解电容 这边是钽电容 唯独要注意的一点是贴片钽电容 有横线的这个标注是阳极 一般情况下 我们用横线标注都是阴极 比如说二极管 所以这个地方一定要注意 等效串联电感的影响。 由于 ESL 的存在 电容中容抗和感抗分量 会随电信号的频率发生变化 在低频段 所有电容毫无例外的表现为电容特性 也就是随着频率的增大 阻抗在降低。 但是当频率高于 LC 谐振频率 f0 时 在 f0 发生变化 电容转变为电感特性 即随着频率的增高容抗反而增大 电感的特性不仅不会稳定电压 还会产生感应电压 不同材料和构造的电容 其转折频率 f0 差别很大。 一般来说 大容量的电容 它的转折频率 f0 低 小容量的电容 它的转折频率 f0 高。 所以高频小容量电容 与低频大容量电容可以互补 共同作用在我们的电源滤波当中 实际电路中并联不同类型的电容 可以实现全频范围内的滤波 多个电容并联滤波 原则上应该相差至少10倍 一般为100倍。 好，电源线耦合干扰 干扰一词在初学者看来就是无名肿痛 能够想象到的就是无所不在 又无计可施的电磁辐射 其实电路中绝大部分的干扰 都是来自电路自身的电源线 有 VCC 和 GND 等。 如图所示 电源给多个芯片供电 而芯片2为数字芯片 输出方波信号给负载 RL 由于负载电流为方波 所以芯片2向电源索取的电流不是恒流 产生了△I2 理想电源是不存在的 所有电源均有内阻 △I2会在电源内阻r上才是压降 从而导致 VCC 的变化。 由于滤波电容 C 的稳压作用 △VCC 不至于是方波 但是会像图中显示这样 之前我们用示波器看到的 也是产生了电压毛刺 毛刺位置实际上对应了 芯片2输出电流的开关时刻 城门失火殃及池鱼 所以芯片1的供电 VCC 不再是恒定直流 它将会受到芯片2的干扰 这就是电源线耦合干扰 即芯片2通过电源线 将干扰传递给了芯片1 去耦电容原理 要减缓乃至消除 电线线耦合干扰的影响 就需要用到去耦电容 其作用和水库非常类似 能够起到调节水流盈亏的目的 芯片配上去耦电容后既不干扰别人 也不被别人打扰。 滤波电容和去耦电容本质都是一样的 用于稳定电压 两者区别只是对象不同 滤波电容是对电源而言的 而去耦电容是针对电器用电器而言的 去耦电容的位置原则 如图所示的去耦电路 由于线路电阻 电容 C1 和 C2 仅能稳定 UAB 和 UEF 两端电压 芯片本身的供电电压 UCD 和 UGH 仍然是波动的 所以去耦电容的布置 应尽量靠近本器件的 VCC 和 GND 应该这么接 这也就是所谓的单点接法 芯片供电电压 UAB 和 UCD 就是电容 C1 和 C2 两端电压 那么供电电压自然就能达到稳定了 数字模拟隔离 即使理论上等电位 模拟电位和数字电位也应该进行隔离 哪怕仅用一个0欧姆的电阻 单点连接也是有用的 本课小结 实际电路模型包含 等效串联电阻和等效串联电感 ESR 等效串联电阻 影响了电容的滤波效果 ESL 等效串联电感 改变了电容的频率特性 电源线耦合干扰 数字芯片的波动电流 在电源内阻上产生压降 进而影响其它芯片的供电稳定性 去耦电容原理 芯片正确搭配去耦电容后 就形成了自己的电流水库 既可以不受别人的影响 也不会影响别人 好，这节课就到这里