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[原创]请求加精 电容的分类及用法

宣布时间:2009年07月23日 09:07    宣布者:Anqi160
要害词: 电容
电容的用处着实就是“让交流经由历程,不让直流通过。”以是电容可以划分交流旌旗暗记和直流旌旗暗记。以是当高频旌旗暗记是滋扰时可以用电容将滋扰滤掉落落。要知道电容的选材准绳,起主要知道电容的滤波原理:在高频场所或关于高频旌旗暗记电容等效于一个LCR电路(并联等效可以忽视),当频率到达LCR谐振频率时电容的阻抗最小,该频率的旌旗暗记最容易经由历程电容。然则当电路频率高于电容的自谐振频率后,频率越高电容显理性阻抗愈来愈高,使旁路作用年夜年夜降低。自谐振频率受电容值的年夜小和等效电感的年夜小决议。电容越年夜自谐振频率越,等效电感越年夜自谐振频率越低。自谐振公式以下:

1.jpg
浅易0.1uF的外面贴电容的等效电感有3nH。那么,它的自谐振频率为:

2.jpg

也就是说9.2MHz的滋扰将很容易经由历程这个0.1uF的电容被滤掉落落。
浅易可以以为ESL15nH/in。例如0603封装的就是长0.6in、宽0.3inESL=9 nH。下表为通常情形下容值对应的滤波频率(自谐振频率)。
3.jpg


一、滤波电容作用(旁路或去耦,至少在摆放职位上这二者是一样的)
网上参考通常接纳旁路电容来处置赏罚赏罚稳压器没法顺应系统中高速器件惹起的负载变换,以确保电源输入的稳固性及优胜的瞬态照顾。旁路电容是为当地器件供应能量的储能器件,它能使稳压器的输入匀称化,降低负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件阻拦放电。为尽能够增添阻抗,旁路电容要尽能够靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过年夜而招致的地电位抬高和噪声。地弹是地毗连处在经由历程年夜电流毛刺时的电压降。应当明确,年夜容量和小容量的旁路电容都能够是必须的,有的以致是多个陶瓷电容和钽电容。这样的组合能够处置赏罚赏罚上述负载电流或许为蹊径变换所带来的效果,而且还能供应足够的去耦以榨取电压和电流毛刺。在负载变换异常强烈的情形下,则须要三个或更多不合容量的电容,以保证在稳压器稳压前供应足够的电流。快速的瞬态历程由高频小容量电容来榨取,中速的瞬态历程由低频年夜容量来榨取,剩下则交给稳压器完成了。其次,旁路电容并联可以增添所有的ESR,这样不只能让滋扰接地的阻抗更小,还能疏散每个电容的功耗,延伸电容的应用寿命。
小我以为:滤波电容就是要在任何情形下,保证供应给器件的电源或旌旗暗记质量可以被吸收。详细有一下几点。1、负载突然增年夜电流的需求时,短时间内供应负载电流,保证输入端电压没有年夜的降低(相当于滤除低频旌旗暗记)。2、在滋扰(高频)进入负载前将其滤除。
电容主要参数作用。
1ESR通常越小越好(除非为了减小并联谐振的影响)。滋扰电流经由ESRESR越小在ESR两头发生的纹波电压越小,即榨取纹波的才干越强。ESR收电容类型影响较年夜详细见下面选材准绳。
2ESL永世越小越好。越小自谐振频率越高,滤高频才干越强。现实设计时,拔取的电容假定ESL较年夜会影响设计效果,使原设计中电容滤除的频率变低。ESL有三方面决议:1、封装。外面贴比插针式的小,封装越小ESL越小。2、引线长度。旁路时要与IC放得尽能够近,越近ESL越小,引线越粗越短ESL越小。如图。
旁路电容的放置要尽能够靠近IC,而且要用粗点的走线。例如:

4.jpg
                                 (a)

图中b的放置和走线是最好的。
过孔与旁路电容的放置要点。以下:


5.jpg
                      (b)
ab是可以吸收的。过孔不克不及放在旁路电容前面,两个旁路电容不克不及连到一个孔上。3、电容内的等效电感,现实中不克不及控制,只需选材时看datasheet
3、容值C越年夜则滤波频率越低,但存储的能量越多,越高则滤波的频率越高,虽然能更快速供应存储的能量,然则所存的能量更小。


例一、例以下图:
xx.jpg


VCC5BUCK电路供电,MOS管在开启关闭时会有过冲情形。
6.JPG



是以须要在VCC5输入端有并联旁路电容。其中,小容值(small ceramic capacitorC13C14C15)电容起到去除高频重量的作用(相当于滤除高频小幅值的纹波),年夜电容(input bulk capacitorCE26CE27)用于Q4导通时瞬间的电流需求,保证5V没有过年夜的衰减(相当于滤除低频年夜幅值的纹波)。此处,取材准绳以下:
1、拔取年夜电容input bulk capacitorCE26CE27)时参考以下


封装类型:

7.jpg

关于年夜电容(input bulk capacitorCE26CE27)上句诠释最好不要用插针式的电容,应当应用外面贴式的电容,外面贴的ESL较插针式的要小,自谐振频率更高,对交流滋扰滤波才干就更强(虽然所率频率较低,ESL永世是小越好。





                电容类型:
8.jpg


经由历程较量,拔取外面贴式poscap电容,主要推敲EC4板子的年夜小限制了器件的年夜小,要在小区域完成高性能旁路作用,以是选poscap电容。其他参数的启事见下。


特殊电压:
9.jpg
此处请求的是可靠性,以是主要拔取条件是特殊电压和能遭受的最年夜纹波电流。浅易拔取电容的特殊电压是现实应用的1.5倍以上,此处拔取的10TPB220M特殊电压是10V5V的两倍知足请求。
最年夜遭受纹波电流:最年夜遭受纹波电流通俗为电容滤波线上直流电流的1/2。此处,1.05V的电流是18A,功率约为18.9W。以BUCK的转化效力揣摸5V年夜概须要5A以内的电流。以是此处的10TPB220M电容的最年夜遭受纹波电流是3000mA,知足请求。
等效勾通电阻ESR: 10.jpg
ESR小可以带来两点利益:1、前进电容对瞬态事宜的回声才干,使电容能实时供应电流给系统。此处,对这点请求较高,以是拔取的电容ESR只需40毫欧姆。2、增强减小纹波电压的才干。ESR越小纹波电流经由电容发生的纹波电压就越小。
高频特点Poscap电容的高频特点很好,容值随频率降低增添迟缓,特殊是在1005000kHz规模内,其ESR及阻抗都相当低(小于0.1Ω),可减小消耗,而且能很好地减小纹波电压。
温度特点:
11.JPG
其次,poscap电容的温度特点很好是X6R10TPB220M在温度从-55105变换规模内,其ESR值及阻抗值基本稳固。

12.JPG
体积小合适回流焊10TPB220M 年夜小为7.3mm*4.3mm,假定用铝电解电容则体积太年夜,且数目请求更多。合适回流焊。
电容的容值:参考公式: 13.JPG 。其中: 14.JPG 为导通电流强度, 15.JPG 5V允许的衰减规模, 5V开关电源能照顾电流需求的时间。以是 17.JPG 。再推敲其作为储能电容的作用,以是拔取两个220uF,假照现实中发现Q1导通瞬间电压缺乏可以再并一个220uF电容阻拦调试。
摆放职位:从公司现实的板子上看,只若是起滤波作用的(旁路、去耦)都一定放在电源入IC的端口相近。纵然是图中CE28CE29这样的年夜整流电容(相当于滤低频)也不是放在开关电源的输入端,而是放在IC的电源输入端。
2、小容值电容small ceramic capacitorC13C14C15)拔取参考以下:
小容值电容主若是高频小幅值滤波,是以主要推敲它们的滤波频带宽度和滤波才干

18.JPG
上图是统一容值的不合封装的阻抗曲线,封装越年夜ESL越年夜,自谐振频率越小。
19.JPG
上图是不合容值类似封装的阻抗曲线,当ESL一定(概率上)时,电容值越小自谐振频率越高,滤高频效果越好。
20.JPG
上图是较理想的阻抗曲线,每个容值的电容封装都做到最小,这样每个电容都能施展所有的滤波才干。以是滤波可以拔取不合的容值,尽能够小的封装的电容。
其次,很主要的一点是,不合容值的电容并联能够会惹起并联谐振。例如。
21.JPG
对在两个电容自谐振频率之间的旌旗暗记来讲,一个电容显理性,一个电容显容性,则会在某个频率上发生并联谐振,使阻抗变得很年夜。然则当须要在一个较宽的规模频带上滤波的话则必须要不合容值的电容,防止或减小并联谐振的措施是:

22.JPG
增年夜ESR、减小ESL和应用多量不合容值的电容。现实中,由于板子的年夜小限制弗成能放许多数目的电容,是以可以尽能够拔取不合容值的电容。其次,现实中,不克不及增添ESR那样会增年夜纹波,以是只能选择小ESL的电容。
23.JPG
上图是类似数目,两种容值和三种容值的阻抗曲线。
电容类型现在小封装的MLCC是高频滤波的首选,表贴陶瓷电容或许外面贴多层陶瓷电容(MLCC)具有更小的 ESR和更小的ESL。以是此处选择外面贴的片状陶瓷电容可以取得最好的高频滤波效果。
电容数目:此处是DC/DC,属于低频年夜电流场所。高频或中高频滋扰幅值应当不是很强,以是用了一个0.1uF和两个10uF的电容便可以了。假照现实调试中,发现高频滤波效果不睬想可以在加几个0.01uF电容。
封装类型:滤波电容的引脚会发生等效电感,降低自谐振频率,影响高频滤波效果,以是应当应用外面贴式的电容。
特殊电压:浅易拔取电容的特殊电压是现实应用的1.5倍以上,此处拔取的CRM31C25V的特殊电压,CRM15516V的特殊电压,均知足请求。
体积小合适回流焊CRM155年夜小为1mm*0.5mmCRM31C年夜小为3.2mm*1.6mm

24.JPG
合适回流焊。


高频等效阻抗特点:优良的高频特点。
25.JPG
CRM31CCRM15的高频等效阻抗很小,很合适滤除高频滋扰。
电容的容值:由于5V的之前有年夜量去耦电容的滤波,此处的高频滋扰幅值不会很年夜以是用一个0.1uF、两个10uF的电容可以在较宽的频带上滤除幅值较低的滋扰。

例二

26.JPG

镌汰年夜:

27.JPG


28.JPG
VCC1_05_FSB进入CPU前先进行一个220uF60.1uF的旁路滤波。
1、拔取年夜电容input bulk capacitorCE25)时参考以下

designguide上说此处的bulk电容可以选用sanyo2R5TPE220MF或许ESR和最年夜纹波等效电流这两个目的切合请求的电容也能够或许。

29.JPG

现实中,选用了性能更好的2R5TPE220M9
31.JPG
30.JPG

它的ESR更小和最年夜遭受纹波电流更高。这样系统的性能将更稳固。
其他参数见上一例
2、小容值电容small ceramic capacitorC567~C572)拔取准绳以下:
凭证designguide以下

32.JPG
电容类型高频滤波时,小容量电容0.1μF 量级便可以很好知足请求。表贴陶瓷电容或许多层陶瓷电容(MLCC)具有更小的 ESR。以是此处选择外面贴的片状陶瓷电容。
电容数目此处,高频滋扰幅值较年夜,以是用了六个0.1uF电容。多个电容并联可以增添所有的ESR,这样不只能让滋扰接地的阻抗更小,还能疏散每个电容的功耗,延伸电容的应用寿命。
其他参数见上一例
滤波电容拔取的总结1、先看ICdatasheetdesignguide外面会告诉我们该IC允许的纹波参数(虽然我们可以拔取低价电容或年夜量电容把纹波榨取到远远优于datasheetdesignguide的目的,但那样不见得在投入产出上到达平衡)
和参考电路或推荐电容。2、假定datasheetdesignguide中没有明确指定电容的用法,可以划分凭证滤高频和低频两个方面去重视电容拔取应用的准绳,现实中可以用示波器检查纹波能否知足请求。3、假照现实中发现纹摇动摇太年夜,可以凭证噪声的频率等参数和本文的简介对电容阻拦优化应用。4、自己以为储能电容就是滤低频的电容,由于储能电容的作用为芯片供应所需的电流,将电流的变换局限在小规模内,假定把这类电流的需求算作是一种噪声的话,那么储能电容就是在起到一个滤低频的作用,不太低频的重量有时很年夜,须要电容有较年夜的容值可以贮存或释放较年夜的电流。

2、耦合电容的作用:让高频数据(有价值的旌旗暗记)经由历程电容,把直流旌旗暗记(无价值的旌旗暗记)隔离,如允许以减小直流旌旗暗记的滋扰。保证高频旌旗暗记的质量。

例如:

33.JPG
上图是RTL8111C和南桥的PCI-E上的耦合电容差分旌旗暗记。差分旌旗暗记除要等长等间距的准绳外,假定是高速旌旗暗记浅易还要加上耦合电容,经由实验发现不加耦合电容,会发生IP取得时间延伸或找不到IP的情形。
       耦合电容的拔取准绳1、电容的精度要高,浅易要选10%的,在RTL8111C和南桥的PCI-E上的耦合电容,拔取80%~-20%的电容时就会泛起传输弱点,找不到IP2、温度稳固性要高至少要拔取X7R的。3、容值浅易拔取0.1uF的,在RTL8111C和南桥的PCI-E上的耦合电容,拔取0.01uF电容时就会泛起找不到RTL8111C的效果。耦合电容只需有滤除直流的功效就好了,以是不宜选的太小,除非推敲传输时有一连“0或“1的情形,但这在工控机上很少见,可以忽视。


3、晶振调谐电容(load capacitor)的作用:仅调治晶振的频率。

晶振的等效图以下。


34.JPG

现实应用中,如图所示。


35.JPG

等效图。

36.JPG

其中,R1是给G1供应反映,赞助晶振起振的,浅易做在IC内,假定没有也能够或许与晶振并联在片外,浅易选个年夜电阻例如10M欧姆。图中,晶振协调振电容组成的电路发生并联谐振。以是可以取得以下公式。

37.JPG

38.JPG 解上述方程得 39.JPG


式中我们可以控制的只需 40.JPG 此处的调谐电容拔取准绳是1、相对参数要知足请求。2、容值的精度要尽能够高,由于CL的变换可以决议现实晶振的频率,浅易拔取精度是最高的5%3、温度稳固性要最好的电容,浅易拔取NP0的,即岂论甚么温度下CL的变换都不年夜,保证晶振的频率。4ESLESR越小越好,这样能使并联回路的阻抗加倍靠近现实值使晶振频率加倍准确。5、容值参考晶振datasheet6、容值越年夜晶振频率越低,容值越小晶振频率越高,可以凭证这个规则去调治晶振频率。

四、RC电容的作用:1、以延伸电平上升或降低的时间为价值,扫除噪声对系统稳固性的影响。2、或许起到延迟旌旗暗记相位的作用。
其中R的作用是限制C充电或放电的电流,相当于调治C两头电压变换快慢的阀门。
例如1

41.JPG
图中R128C108就是一个RC电路。C108两真个电压不克不及瞬间变换,除非有年夜的电流,经由历程R128来限制C108充放的电流强度。从而使Q26基极电压在上升或降低时,显单调变换使得RI-这个主要的叫醒旌旗暗记质量取得保证。
此处电容的拔取准绳是1、相对参数要知足请求。2、当系统处于S5状态时,COM1_RI_CN-COM口拉高,使PM_RI-变有用。不知道COM1_RI_CN-拉高的时间,这里时间常数为0.2ms。以5倍时间常数的习气,看COM1_RI_CN-拉高的时间能够年夜于1s。小我以为时间常数不要去太年夜。3、容值精度对扫除噪声的影响不年夜,但有关于叫醒、复位等要害旌旗暗记必须当心处置赏罚赏罚,以是选材质量要有保证,此处选择10%的电容。4、异常温度稳固性拔取X7R,才干保证要害部位的正常。
例如2
42.JPG
C7R3就是一个RC去噪电路。时间常数是1ms,浅易手按键的时间最快也要20ms。时间常数的5倍安然时间远小于20ms,以是这个RC既能去噪又能不影响按键开机的告成率。拔取准绳同上。
例如3
43.JPG
图中C8R5组成一个RC滤波电路,原理同上。图中看门狗的复位旌旗暗记着实也是经由历程Q2做了一个隔离。然则三级管的隔离效果要远小于RC三极管的隔离原理是把开关旌旗暗记由低变高时,在开启电压以下的摇动滤除。或这把开关旌旗暗记由高变低时,在开启电压以上的摇动滤除。而像按键时发生的哆嗦是“0”、“1”间的摇动,对此三极管隔离就不够了。
例如4

44.JPG

在北桥和DVI传输芯片的控制旌旗暗记经由历程SMBUS完成。但能够965的芯片控制DATA线的速率太快,招致了DVI传输芯片没法识别总线的数据。因此在DATA线上加一个56pf电容,这个效果就处置赏罚赏罚了。原理是电容延缓了DATA线上数据的改变,延伸了数据的hold时间。此处电容选择的准绳1、知足极限条件。2、容值一定要高精度,由于容值决议延迟时间,而延迟时间是处置赏罚赏罚效果的要害。3、温度稳固性一定要好,浅易选NPO的。4容值的选择可以做实验或参考AN
       以下是不加电容和加电容波形图的比对。
45.JPG

没加电容DATACLK简直同时变换。


47.JPG


编辑终了,请楼主审查!
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Anqi160 揭晓于 2009-7-23 09:32:29
我的图片怎样都显示不了呢?
zg_z 揭晓于 2009-7-23 09:44:00
支持原创~~~
点添加附件,选中图片后拔出便可以显示了
anfaye 揭晓于 2009-7-23 09:49:23
謝謝樓主,這段時間正在學allegro!學習了
fenghaili 揭晓于 2009-7-23 10:06:09
图片呢?
riverpeak 揭晓于 2009-7-23 10:17:03
支持楼主原创,建议在文本编辑器里同逐一下字体字号再编辑一下,这样太乱了
fenghaili 揭晓于 2009-7-23 10:19:47
恩。编辑好了就加精。。给你点动力。
老郭 揭晓于 2009-7-25 11:36:32
还没编辑好呀?
Anqi160 揭晓于 2009-7-28 11:35:22
比来较量忙没顾得下去这儿,我明天又发了个之二,若何接到这个之一下面呀?
fenghaili 揭晓于 2009-7-28 12:36:54
曾经合并,若有疏漏请见谅
Anqi160 揭晓于 2009-7-28 12:41:55
纰谬呀?损掉落落了,我的之二的内容哪儿去了呢?
jiereliyi 揭晓于 2009-7-28 14:13:43
不错,正找呢。
Anqi160 揭晓于 2009-7-29 13:04:19
发了这么多贴俺怎样照样贫农啊
fenghaili 揭晓于 2009-7-29 13:09:50
Anqi160(UID: 3047)
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fenghaili 揭晓于 2009-7-29 13:10:27
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Anqi160 揭晓于 2009-7-29 13:41:59
哎,这就是差距呀,起劲。。。。
riverpeak 揭晓于 2009-8-13 17:07:22
楼主怎样不一连揭晓英华贴了
fenghaili 揭晓于 2009-8-14 10:49:54
以是照样贫农
kljy911 揭晓于 2009-10-22 22:41:20
好器械
luofengwu 揭晓于 2009-11-19 10:53:49
好啊,谢谢楼主
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