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电源设计中的电容应用

上网日期: 2011年06月20日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:电容应用? 电源设计? 电容测量?

下面讲一下电源设计中电容的作用。

在电源设计应用中,电容主要用于滤波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。滤波主要指滤除外来噪声,而退耦/旁路(一种,以旁路的形式达到退耦效果,以后用“退耦”代替)是减小局部电路对外的噪声干扰。很多人容易把两者搞混。下面我们看一个电路结构:


图中开关电源为A和B供电。电流经C1 后再经过一段PCB 走线(暂等效为一个电感,实际用电磁波理论分析这种等效是有误的,但为方便理解,仍采用这种等效方式。)分开两路分别供给A 和B。开关电源出来的纹波比较大,于是我们使用C1对电源进行滤波,为A和B提供稳定的电压。C1需要尽可能的靠近电源放置。C2和C3均为旁路电容,起退耦作用。当A在某一瞬间需要一个很大的电流时,如果没有C2 和C3,那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低,而B端电压同样受A端电压影响而降低,于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B的电源电压,从而对B电路的信号产生影响。同样,B的电流变化也会对A 形成干扰。这就是“共路耦合干扰”。

增加了C2后,局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候,电容C2可以为A暂时提供电流,即使共路部分电感存在,A端电压不会下降太多。对B的影响也会减小很多。于是通过电流旁路起到了退耦的作用。

一般滤波主要使用大容量电容,对速度要求不是很快,但对电容值要求较大。一般使用铝电解电容。浪涌电流较小的情况下,使用钽电容代替铝电解电容效果会更好一些。从上面的例子我们可以知道,作为退耦的电容,必需有很快的响应速度才能达到效果。如果图中的局部电路A 是指一个芯片的话,那么退耦电容要用瓷片电容,而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话,可以使用瓷片电容,如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容(前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容—瓷片电容)。滤波电容的容量往往都可以从开关电源芯片的数据手册里找到计算公式。如果滤波电路同时使用电解电容、钽电容和瓷片电容的话,把电解电容放的离开关电源最近,这样能保护钽电容。瓷片电容放在钽电容后面。这样可以获得最好的滤波效果。


退耦电容需要满足两个要求,一个是容量需求,另一个是ESR需求。也就是说一个0.1uF的电容退耦效果也许不如两个0.01uF电容效果好。而且,0.01uF电容在较高频段有更低的阻抗,在这些频段内如果一个0.01uF电容能达到容量需求,那么它将比0.1uF电容拥有更好的退耦效果。

很多管脚较多的高速芯片设计指导手册会给出电源设计对退耦电容的要求,比如一款500多脚的BGA封装要求3.3V电源至少有30个瓷片电容,还要有几个大电容,总容量要200uF以上…

电容应用方面涉及到的内容还有很多,这里只简单的作这些介绍。如果需要电容相关的数据资料, 可以到http://www.nover.com/home.asp ,http://www.murata.com和http://www.kemet.com去下载。

作者:张进东

来源:电子工程专辑博客

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