Filtre kapasitörleri, güç kaynaklarının anahtarlanmasında çok önemli bir rol oynar. Filtre kondansatörlerinin nasıl doğru seçileceği, özellikle çıkış filtre kondansatörlerinin seçimi, her mühendis ve teknisyenin çok endişelendiği bir problemdir. Güç filtresi devresinde çeşitli kapasitörler görebiliriz, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF farklı kapasitans değerleri, peki bu parametreler nasıl belirleniyor? Bana başka birinin şemasını kopyaladığımı söyleme, huh.
50Hz güç frekansı devresinde kullanılan ortak elektrolitik kapasitör, yalnızca 100Hz'lik bir atımlı voltaj frekansına sahiptir ve şarj etme ve boşaltma süresi milisaniye mertebesindedir. Daha küçük bir titreşim katsayısı elde etmek için gereken kapasitans yüzbinlerce μF kadar yüksektir, bu nedenle sıradan düşük frekanslı alüminyum elektrolitik kapasitörlerin amacı kapasitansı arttırmaktır. Artıların ve eksilerin ana parametreleri. Anahtarlama güç kaynağındaki çıkış filtresi elektrolitik kondansatörü, onlarca kHz ve hatta onlarca MHz kadar yüksek bir testere dişi dalga voltajı frekansına sahiptir. Şu anda, kapasitans ana göstergesi değildir. Yüksek frekanslı alüminyum elektrolitik kapasitörlerin kalitesini ölçmek için standart "empedans-Frekans" karakteristiğidir, anahtarlama güç kaynağının çalışma frekansı içinde daha düşük bir eşdeğer empedans gerektirir ve aynı zamanda yüksek frekans üzerinde iyi bir filtreleme etkisine sahiptir. yarı iletken cihaz çalışırken üretilen frekans yükselme sinyali.
Sıradan düşük frekanslı elektrolitik kapasitörler, anahtarlamalı güç kaynaklarının gereksinimlerini karşılayamayan 10 kHz civarında endüktans göstermeye başlar. Anahtarlamalı güç kaynaklarına ayrılmış yüksek frekanslı alüminyum elektrolitik kapasitörlerin dört terminali vardır. Akım, dört uçlu kapasitörün bir pozitif ucundan akar, kapasitörün içinden geçer ve sonra diğer pozitif uçtan yüke akar; yükten dönen akım da kapasitörün bir negatif ucundan akar ve ardından diğer negatif uçtan güç kaynağının negatif ucuna akar.
Dört uçlu kapasitör iyi yüksek frekans özelliklerine sahip olduğundan, voltajın titreşimli bileşenini azaltmak ve anahtarlama tepe gürültüsünü bastırmak için son derece avantajlı bir araç sağlar. Yüksek frekanslı alüminyum elektrolitik kapasitörler ayrıca çok çekirdekli bir forma sahiptir, yani alüminyum folyo birkaç kısa bölüme ayrılmıştır ve kapasitif reaktansta empedans bileşenini azaltmak için çoklu çıkış levhaları paralel olarak bağlanmıştır. Ve düşük dirençli malzeme, kondansatörün büyük akımlara dayanma kabiliyetini artıran çıkış terminali olarak kullanılır.
Dijital devre kararlı ve güvenilir bir şekilde çalışmalı, güç kaynağı "temiz" olmalı ve enerji kaynağı zamanında, yani filtreleme ve ayrıştırma iyi olmalıdır. Basitçe söylemek gerekirse, filtre ayrıştırma nedir, çipin akıma ihtiyacı olmadığında enerji depolar ve akıma ihtiyacınız olduğunda enerjiyi zamanında doldurabilirim. Bana bu sorumluluğun DCDC ve LDO'nun sorumluluğunda olmadığını söylemeyin? Evet, düşük frekanslarda halledebilirler ama yüksek hızlı dijital sistemler farklıdır.
Önce kapasitöre bir göz atalım. Kondansatörün işlevi basitçe yükü depolamaktır. Güç kaynağına kapasitör filtreleme eklenmesi gerektiğini hepimiz biliyoruz ve dekuplaj vb. bazı kart yongalarının güç kaynağı piminin yanındaki kapasitör 0.1 uF veya 0.01 uF'dir Evet, fark eder mi? Bunu anlamak için kapasitörlerin gerçek özelliklerini anlamak gerekir. İdeal bir kapasitör, yalnızca bir yük deposudur, C. Ancak, gerçek üretilen kapasitör o kadar basit değildir. Güç bütünlüğünü analiz ederken, genellikle kapasitör modelini kullanırız.
Anahtarlamalı güç kaynağı tasarımında filtre kapasitörleri nasıl doğru seçilir?
ESR, kapasitörün seri eşdeğer direncidir, ESL, kapasitörün seri eşdeğer endüktansıdır ve C gerçek ideal kapasitördür. ESR ve ESL, kapasitörün üretim süreci ve malzemesi tarafından belirlenir ve ortadan kaldırılamaz. Bu iki şeyin devre üzerindeki etkisi nedir? ESR, güç kaynağının dalgalanmasını etkiler ve ESL, kapasitörün filtre frekans özelliklerini etkiler.
Zc=1/ωC kapasitörünün kapasitif reaktansı, Zl=ωL indüktörünün endüktif reaktansı, (ω=2πf), gerçek kapasitörün karmaşık empedansı olduğunu biliyoruz. Z=ESR artı jωL-1/jωC=ESR artı j2πf L-1/j2πf C. Görüldüğü gibi, frekans çok düşük olduğunda kapasitans rol oynar ve frekans belirli bir seviyeye ulaştığında endüktansın rolü göz ardı edilemez ve frekans yüksek olduğunda endüktans öncü bir rol oynar. Kapasitörler filtreleme etkisini kaybeder. Bu yüzden unutmayın, kapasitörler yalnızca yüksek frekanslardaki kapasitörler değildir.
Yukarıda bahsedildiği gibi, kapasitörün eşdeğer seri endüktansı, kapasitörün üretim süreci ve malzemesi tarafından belirlenir. Gerçek çipli seramik kapasitörün ESL'si, nH'nin birkaç onda biri ile birkaç nH arasında değişir. Paket ne kadar küçük olursa ESL de o kadar küçük olur.
Kondansatörün filtre eğrisinde de düz olmadığını, 'V' gibi olduğunu görebiliriz, bu da frekans seçme özelliklerine sahip olduğu anlamına gelir. Bazen olabildiğince keskin (filtreli veya çentikli) olmasını istersiniz. Bu özelliği etkileyen şey, kapasitörün kalite faktörü Q'dur, Q{{0}}/ωCESR. ESR ne kadar büyükse, Q o kadar küçük ve eğri o kadar düzdür. Aksine, ESR ne kadar küçükse, Q o kadar büyük ve eğri o kadar keskindir. Genel olarak, tantal kapasitörler ve alüminyum elektroliz nispeten küçük ESL'ye ve büyük ESR'ye sahiptir, bu nedenle tantal kapasitörler ve alüminyum elektroliz, ön aşama kart düzeyinde filtreleme için çok uygun olan geniş bir etkili frekans aralığına sahiptir. Yani, DCDC veya LDO'nun giriş aşaması genellikle daha büyük kapasiteli bir tantal kondansatör ile filtrelenir. Ve dekuplaj için çipin yakınına 10uF ve 0.1uF kapasitörler koyun, seramik kapasitörler çok düşük ESR'ye sahiptir.
