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講一下開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中電容的作用
來(lái)源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時(shí)間:2019-11-28 點(diǎn)擊量:1309
在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)應(yīng)用中,電容主要用于濾波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。濾波主要指濾除外來(lái)噪聲,而退耦/旁路(一種,以旁路的形式達(dá)到退耦效果,以后用“退耦”代替)是減小局部電路對(duì)外的噪聲干擾。很多人容易把兩者搞混。
開(kāi)關(guān)電源為A和B供電。電流經(jīng)C1 后再經(jīng)過(guò)一段開(kāi)關(guān)電源PCB 走線(暫等效為一個(gè)電感,實(shí)際用電磁波理論分析這種等效是有誤的,但為方便理解,仍采用這種等效方式。)分開(kāi)兩路分別供給A 和B。開(kāi)關(guān)電源出來(lái)的紋波比較大,于是我們使用C1對(duì)電源進(jìn)行濾波,為A和B提供穩(wěn)定的電壓。C1需要盡可能的靠近電源放置。C2和C3均為旁路電容,起退耦作用。當(dāng)A在某一瞬間需要一個(gè)很大的電流時(shí),如果沒(méi)有C2 和C3,那么會(huì)因?yàn)榫€路電感的原因A端的電壓會(huì)變低,而B(niǎo)端電壓同樣受A端電壓影響而降低,于是局部電路A的電流變化引起了局部電路B的電源電壓,從而對(duì)B電路的信號(hào)產(chǎn)生影響。同樣,B的電流變化也會(huì)對(duì)A 形成干擾。這就是“共路耦合干擾”。
增加了C2后,局部電路再需要一個(gè)瞬間的大電流的時(shí)候,電容C2可以為A暫時(shí)提供電流,即使共路部分電感存在,A端電壓不會(huì)下降太多。對(duì)B的影響也會(huì)減小很多。于是通過(guò)電流旁路起到了退耦的作用。
一般濾波主要使用大容量電容,對(duì)速度要求不是很快,但對(duì)電容值要求較大。開(kāi)關(guān)電源一般使用鋁電解電容。浪涌電流較小的情況下,使用鉭電容代替鋁電解電容效果會(huì)更好一些。從上面的例子我們可以知道,作為退耦的電容,必需有很快的響應(yīng)速度才能達(dá)到效果。局部電路A 是指一個(gè)芯片的話,那么退耦電容要用瓷片電容,而且電容盡可能靠近芯片的開(kāi)關(guān)電源引腳。而如果“局部電路A”是指一個(gè)功能模塊的話,可以使用瓷片電容,如果容量不夠也可以使用鉭電容或鋁電解電容(前提是功能模塊中各芯片都有了退耦電容—瓷片電容)。
濾波電容的容量往往都可以從開(kāi)關(guān)電源芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)里找到計(jì)算公式。如果濾波電路同時(shí)使用電解電容、鉭電容和瓷片電容的話,把電解電容放的離開(kāi)關(guān)電源最近,這樣能保護(hù)鉭電容。瓷片電容放在鉭電容后面。這樣可以獲得最好的濾波效果。
退耦電容需要滿足兩個(gè)要求,一個(gè)是容量需求,另一個(gè)是ESR需求。也就是說(shuō)一個(gè)0.1uF的電容退耦效果也許不如兩個(gè)0.01uF電容效果好。而且,0.01uF電容在較高頻段有更低的阻抗,在這些頻段內(nèi)如果一個(gè)0.01uF電容能達(dá)到容量需求,那么它將比0.1uF電容擁有更好的退耦效果。
很多管腳較多的高速芯片設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)會(huì)給出電源設(shè)計(jì)對(duì)退耦電容的要求,比如一款500多腳的BGA封裝要求3.3V電源至少有30個(gè)瓷片電容,還要有幾個(gè)大電容,總?cè)萘恳?00uF以上
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