A kapcsolóüzemű tápegység építése során hogyan kell megfelelően kiválasztani a szűrőkondenzátort?
A szűrőkondenzátor nagyon fontos szerepet játszik a kapcsolóüzemű tápegységben. A szűrőkondenzátor helyes kiválasztása, különösen a kimeneti szűrőkondenzátor kiválasztása olyan probléma, amely minden mérnököt és technikust foglalkoztat. Különféle kondenzátorokat láthatunk a teljesítményszűrő áramkörén, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF különböző kapacitásértékekkel, tehát hogyan határozhatók meg ezek a paraméterek? Ne mondd, hogy valaki más vázlatos diagramját másoltam, huh, huh.
Az 50 Hz-es teljesítményfrekvenciás áramkörökben használt általános elektrolitkondenzátorok esetében a pulzáló feszültség frekvencia csak 100 Hz, a töltési és kisütési idő pedig ezredmásodperc nagyságrendű. A kisebb pulzációs együttható eléréséhez a szükséges kapacitás akár több százezer μF is lehet. Ezért a közönséges alacsony frekvenciájú alumínium elektrolit kondenzátorok célja a kapacitás növelése. Pro és kontra fő paraméterek. A kapcsolóüzemű tápegységben lévő kimeneti szűrő elektrolit kondenzátor fűrészfogú hullámfeszültség-frekvenciája azonban akár több tíz kHz vagy akár több tíz MHz is lehet. Jelenleg nem a kapacitás a fő mutató. A nagyfrekvenciás alumínium elektrolit kondenzátorok minőségmérésének szabványa az "impedancia- "frekvencia" karakterisztika, a kapcsolóüzemű tápegység működési frekvenciáján belül alacsonyabb ekvivalens impedanciával, ugyanakkor jó szűréssel kell rendelkeznie. hatással van a nagyfrekvenciás tüskékre, amelyek akkor keletkeznek, amikor a félvezető eszköz működik.
A közönséges alacsony frekvenciájú elektrolit kondenzátorok 10 kHz körül kezdenek induktivitást mutatni, ami nem képes megfelelni a kapcsolóüzemű tápegységek követelményeinek. A kapcsolóüzemű tápegységhez rendelt nagyfrekvenciás alumínium elektrolitkondenzátor négy csatlakozóval rendelkezik. A pozitív alumíniumlemez két vége rendre ki van húzva, mint a kondenzátor pozitív elektródája, és a negatív alumíniumlemez két vége is ki van húzva, mint negatív elektróda. Az áram a négypólusú kondenzátor egyik pozitív kivezetéséről folyik be, áthalad a kondenzátor belsején, majd a másik pozitív kapocsról a terhelésre áramlik; a terhelésről visszatérő áram a kondenzátor egyik negatív pólusáról is befolyik, majd a másik negatív pólusról a tápegység negatív pólusára folyik.
Mivel a négypólusú kondenzátor jó nagyfrekvenciás karakterisztikával rendelkezik, rendkívül kedvező eszköz a feszültség pulzáló komponensének csökkentésére és a kapcsolási tüskezaj elnyomására. A nagyfrekvenciás alumínium elektrolitkondenzátorok is többmagos formájúak, vagyis az alufóliát több rövidebb szakaszra osztják, és több vezetéket párhuzamosan csatlakoztatnak a kapacitív reaktancia impedanciakomponensének csökkentése érdekében. Az alacsony ellenállású anyagok kivezető csatlakozóként való használata pedig javítja a kondenzátor képességét, hogy ellenálljon a nagy áramoknak.
Ahhoz, hogy a digitális áramkörök stabilan és megbízhatóan működjenek, a tápellátásnak "tisztának" kell lennie, az energia-utánpótlásnak pedig időszerűnek kell lennie, vagyis jó legyen a szűrés és a szétkapcsolás. Egyszerűen fogalmazva a szűrés és a szétkapcsolás az energia tárolása, amikor a chipnek nincs szüksége áramra, és időben tudok energiát pótolni, amikor áramra van szüksége. Ne mondd, hogy ez a felelősség nem a DCDC-t és az LDO-t terheli? Igen, alacsony frekvencián tudják kezelni, de a nagy sebességű digitális rendszerek mások.
Nézzük először a kondenzátort. A kondenzátor feladata egyszerűen a töltés tárolása. Mindannyian tudjuk, hogy kondenzátorszűrést kell hozzáadni a tápegységhez, és egy {{0}},1 uF-os kondenzátort kell helyezni minden chip táp érintkezőjére a leválasztáshoz stb. Miért látom, hogy a kondenzátor néhány kártyalapka tápfeszültség érintkezője mellett 0.1uF vagy 0.01uF Igen, mi értelme van? Ennek az igazságnak a megértéséhez meg kell értenünk a kondenzátorok tényleges jellemzőit. Az ideális kondenzátor csak egy töltéstároló, nevezetesen C. A ténylegesen legyártott kondenzátor azonban nem ilyen egyszerű. A tápegység integritásának elemzésekor az általánosan használt kondenzátormodellt az alábbi ábra mutatja.
Az ábrán ESR a kondenzátor soros ekvivalens ellenállása, ESL a kondenzátor soros ekvivalens induktivitása, C pedig a valódi ideális kondenzátor. Az ESR-t és az ESL-t a kondenzátor gyártási folyamata és anyagai határozzák meg, és nem küszöbölhetők ki. Milyen hatással van ez a két dolog az áramkörre? Az ESR befolyásolja a tápegység hullámzását, az ESL pedig a kondenzátor szűrőfrekvencia-karakterisztikáját.
Tudjuk, hogy a kondenzátor kapacitív reaktanciája Zc=1/ωC, az induktor induktív reaktanciája Zl=ωL, (ω=2πf) és a tényleges kondenzátor komplex impedanciája ez Z=ESR plusz jωL-1/jωC=ESR plusz j2πf L-1/j2πf c. Látható, hogy amikor a frekvencia nagyon alacsony, akkor a kapacitás játszik szerepet, és amikor a frekvencia egy bizonyos szintig magas, akkor az induktivitás szerepét nem lehet figyelmen kívül hagyni, és amikor a frekvencia magasabb, akkor az induktivitás játszik szerepet. vezető szerep. A kondenzátor elveszti szűrő hatását. Tehát ne feledje, ha a frekvencia magas, a kondenzátor nem csak egy kondenzátor.
Mint fentebb említettük, a kondenzátor egyenértékű soros induktivitását a gyártási folyamat és a kondenzátor anyaga határozza meg. A tényleges chip-kerámia kondenzátor ESL-je néhány tized nH-tól néhány nH-ig terjed, és minél kisebb a csomag, annál kisebb az ESL.
A fenti kondenzátor szűrőgörbéjéből is láthatjuk, hogy nem lapos, olyan, mint egy 'V', vagyis frekvenciaszelektív karakterisztikával rendelkezik, és reméljük, hogy minél laposabb ( táblaszintű szűrés előtti szakaszban), és néha azt szeretné, hogy a lehető legélesebb legyen (szűrés vagy bevágás). Ezt a jellemzőt befolyásolja a kondenzátor Q minőségi tényezője, Q=1/ωCESR, minél nagyobb az ESR, annál kisebb a Q és annál laposabb a görbe. Éppen ellenkezőleg, minél kisebb az ESR, annál nagyobb a Q és annál élesebb a görbe. Általában a tantál kondenzátorok és az alumínium elektrolitok viszonylag kicsi ESL-vel rendelkeznek, de az ESR nagy, így a tantál kondenzátorok és az alumínium elektrolitok széles effektív frekvenciatartománysal rendelkeznek, ami nagyon alkalmas az előlapi szintszűrőhöz. Vagyis nagy kapacitású tantál kondenzátort gyakran használnak szűrésre a DCDC vagy LDO bemeneti fokozatában. És tegyen néhány 10uF-os és 0,1 uF-os kondenzátort a chip közelébe a szétválasztáshoz, a kerámia kondenzátorok ESR-értéke nagyon alacsony.
