필터 커패시터는 스위칭 전원 공급 장치에서 매우 중요한 역할을 합니다. 필터 커패시터를 올바르게 선택하는 방법, 특히 출력 필터 커패시터를 선택하는 것은 모든 엔지니어와 기술자가 매우 우려하는 문제입니다. 전력 필터 회로에서 다양한 커패시터, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF 서로 다른 커패시턴스 값을 볼 수 있습니다. 그렇다면 이러한 매개변수는 어떻게 결정됩니까? 다른 사람의 설계도를 복사했다고 말하지 마세요.
50Hz 전원 주파수 회로에 사용되는 일반적인 전해 콘덴서는 맥동 전압 주파수가 100Hz에 불과하며 충전 및 방전 시간은 밀리초 정도입니다. 더 작은 맥동 계수를 얻기 위해 필요한 정전 용량은 수십만 μF만큼 높기 때문에 일반적인 저주파 알루미늄 전해 커패시터의 목표는 정전 용량을 높이는 것입니다. 찬반 양론의 주요 매개 변수. 스위칭 전원 공급 장치의 출력 필터 전해 커패시터에는 수십 kHz 또는 수십 MHz의 톱니파 전압 주파수가 있습니다. 이때 커패시턴스는 주요 지표가 아닙니다. 고주파 알루미늄 전해 커패시터의 품질을 측정하는 기준은 "임피던스-주파수" 특성이며, 스위칭 전원 공급 장치의 작동 주파수 내에서 더 낮은 등가 임피던스를 요구하며 동시에 고주파에 대한 좋은 필터링 효과가 있습니다. 반도체 장치가 작동할 때 생성되는 주파수 스파이크 신호.
일반적인 저주파 전해 커패시터는 스위칭 전원 공급 장치의 요구 사항을 충족할 수 없는 10kHz 부근에서 인덕턴스를 나타내기 시작합니다. 스위칭 전원 공급 장치 전용 고주파 알루미늄 전해 콘덴서에는 4개의 단자가 있습니다. 전류는 4단자 커패시터의 양극단에서 흘러 커패시터 내부를 통과한 다음 다른 양극단에서 부하로 흐릅니다. 부하에서 반환되는 전류도 커패시터의 한쪽 음극 끝에서 흐르고 다른 쪽 음극 끝에서 전원 공급 장치의 음극 끝으로 흐릅니다.
4단자 커패시터는 고주파 특성이 좋기 때문에 전압의 맥동 성분을 줄이고 스위칭 피크 노이즈를 억제하는 데 매우 유리한 수단을 제공합니다. 고주파 알루미늄 전해 콘덴서도 멀티 코어 형태를 가지고 있습니다. 즉, 알루미늄 호일을 여러 개의 짧은 섹션으로 나누고 여러 개의 리드 아웃 시트를 병렬로 연결하여 용량 성 리액턴스의 임피던스 성분을 줄입니다. 저항률이 낮은 재료를 리드 아웃 단자로 사용하여 커패시터가 대전류에 견딜 수 있는 능력을 향상시킵니다.
디지털 회로는 안정적이고 안정적으로 실행되어야 하고 전원 공급 장치는 "깨끗해야" 하며 에너지 공급은 시기 적절해야 합니다. 즉, 필터링 및 디커플링이 양호해야 합니다. 필터 디커플링이란 간단히 말해서 칩에 전류가 필요하지 않을 때 에너지를 저장하고 전류가 필요할 때 에너지를 보충할 수 있습니다. 이 책임이 DCDC 및 LDO의 책임이 아니라고 말하지 마십시오. 예, 저주파에서 처리할 수 있지만 고속 디지털 시스템은 다릅니다.
먼저 커패시터를 살펴보자. 커패시터의 기능은 단순히 전하를 저장하는 것입니다. 우리 모두는 커패시터 필터링이 전원 공급 장치에 추가되어야 하고 {{0}}.1uF 커패시터가 디커플링 등을 위해 각 칩의 전원 공급 장치 핀에 배치되어야 한다는 것을 알고 있습니다. 일부 보드 칩의 전원 공급 장치 핀 옆에 있는 커패시터는 0.1uF 또는 0.01uF입니다. 예, 중요합니까? 이를 이해하기 위해서는 커패시터의 실제 특성을 이해하는 것이 필요하다. 이상적인 캐패시터는 단지 전하의 저장, C입니다. 그러나 실제 제조된 캐패시터는 그렇게 간단하지 않습니다. 전력 무결성을 분석할 때 일반적으로 커패시터 모델을 사용합니다.
스위칭 전원 공급 장치 설계에서 필터 커패시터를 올바르게 선택하는 방법은 무엇입니까?
ESR은 커패시터의 직렬 등가 저항, ESL은 커패시터의 직렬 등가 인덕턴스, C는 실제 이상적인 커패시터입니다. ESR과 ESL은 커패시터의 제조 공정과 재질에 따라 결정되며 제거할 수 없습니다. 이 두 가지가 회로에 어떤 영향을 미칩니 까? ESR은 전원 공급 장치의 리플에 영향을 미치고 ESL은 커패시터의 필터 주파수 특성에 영향을 줍니다.
커패시터의 용량성 리액턴스 Zc=1/ωC, 인덕터의 유도성 리액턴스 Zl=ωL, (ω=2πf), 실제 커패시터의 복소 임피던스는 Z=ESR + jωL-1/jωC=ESR + j2πf L-1/j2πf C. 주파수가 매우 낮을 때 커패시턴스가 주파수가 일정 수준에 도달하면 인덕턴스의 역할을 무시할 수 없으며 주파수가 높으면 인덕턴스가 주도적 역할을 합니다. 커패시터는 필터링 효과를 잃습니다. 따라서 커패시터는 단지 고주파에서의 커패시터가 아니라는 점을 기억하십시오.
위에서 언급한 바와 같이 커패시터의 등가 직렬 인덕턴스는 커패시터의 제조 공정 및 재질에 따라 결정됩니다. 실제 칩 세라믹 커패시터의 ESL은 수십 nH에서 수 nH 범위이다. 패키지가 작을수록 ESL도 작아집니다.
커패시터의 필터 곡선에서도 평평하지 않고 'V'와 같이 주파수 선택 특성이 있음을 알 수 있습니다. 가능한 한 선명하게(필터링 또는 노치) 원하는 경우가 있습니다. 이 특성에 영향을 미치는 것은 커패시터의 품질 계수 Q, Q{{0}}/ωCESR입니다. ESR이 클수록 Q가 작아지고 곡선이 더 평평해집니다. 반대로 ESR이 작을수록 Q가 커지고 곡선이 더 뾰족해집니다. 일반적으로 탄탈륨 커패시터와 알루미늄 전기분해는 상대적으로 ESL이 작고 ESR이 크기 때문에 탄탈륨 커패시터와 알루미늄 전기분해는 넓은 유효 주파수 범위를 가지며 이는 사전 단계 보드 레벨 필터링에 매우 적합합니다. 즉, DCDC 또는 LDO의 입력단은 종종 대용량 탄탈 커패시터로 필터링됩니다. 디커플링을 위해 10uF 및 0.1uF 커패시터를 칩 가까이에 놓으면 세라믹 커패시터는 ESR이 매우 낮습니다.
