스위칭 전원 공급 장치를 구축하는 과정에서 필터 커패시터를 올바르게 선택하려면 어떻게 해야 합니까?
필터 커패시터는 스위칭 전원 공급 장치에서 매우 중요한 역할을 합니다. 필터 커패시터를 올바르게 선택하는 방법, 특히 출력 필터 커패시터의 선택은 모든 엔지니어와 기술자가 매우 우려하는 문제입니다. 전원 필터 회로에서 다양한 커패시터(100uF, 10uF, 100nF, 10nF)를 볼 수 있는데, 이러한 매개변수는 어떻게 결정됩니까? 다른 사람의 회로도를 복사했다고 말하지 마십시오. 허, 허.
50Hz 전원 주파수 회로에 사용되는 일반적인 전해 커패시터의 경우 맥동 전압 주파수는 100Hz에 불과하며 충전 및 방전 시간은 밀리초 정도입니다. 더 작은 맥동 계수를 얻기 위해 필요한 정전 용량은 수십만 μF만큼 높습니다. 따라서 일반적인 저주파 알루미늄 전해 커패시터의 목표는 커패시턴스를 높이는 것입니다. 찬반 양론의 주요 매개 변수. 그러나 스위칭 전원 공급 장치의 출력 필터 전해 커패시터는 수십 kHz 또는 수십 MHz의 톱니파 전압 주파수를 갖습니다. 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 임피던스가 요구되며 동시에 우수한 필터링이 있어야 합니다. 반도체 장치가 작동할 때 생성되는 고주파 스파이크에 대한 효과.
일반적인 저주파 전해 커패시터는 약 10kHz에서 인덕턴스를 나타내기 시작하는데, 이는 스위칭 전원 공급 장치의 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 스위칭 전원 전용의 고주파 알루미늄 전해 콘덴서에는 4개의 단자가 있습니다. 양극 알루미늄 시트의 두 끝은 커패시터의 양극으로 각각 인출되고 음극 알루미늄 시트의 두 끝은 음극으로 각각 인출됩니다. 전류는 4단자 캐패시터의 양단자 중 하나에서 흘러 캐패시터 내부를 통과한 후 다른 쪽 양단자에서 부하로 흐른다. 부하에서 돌아오는 전류도 커패시터의 한쪽 음극 단자에서 흘러 들어온 다음 다른 쪽 음극 단자에서 전원 공급 장치의 음극 단자로 흐릅니다.
4단자 커패시터는 고주파 특성이 좋기 때문에 전압의 맥동 성분을 줄이고 스위칭 스파이크 노이즈를 억제하는 데 매우 유리한 수단을 제공합니다. 고주파 알루미늄 전해 커패시터도 다중 코어 형태를 가지고 있습니다. 즉, 알루미늄 호일을 여러 개의 짧은 섹션으로 나누고 여러 개의 리드를 병렬로 연결하여 용량 성 리액턴스의 임피던스 성분을 줄입니다. 또한 리드아웃 단자로 저항이 낮은 재료를 사용하면 커패시터가 대전류를 견딜 수 있는 능력이 향상됩니다.
디지털 회로가 안정적이고 안정적으로 작동하려면 전원 공급 장치가 "깨끗해야" 하고 에너지 보충이 시기 적절해야 합니다. 즉, 필터링 및 디커플링이 양호해야 합니다. 필터링 및 디커플링이란 간단히 말해서 칩에 전류가 필요하지 않을 때 에너지를 저장하고 전류가 필요할 때 에너지를 보충할 수 있는 것입니다. 이 책임이 DCDC 및 LDO에 대한 것이 아니라고 말하지 마십시오. 예, 낮은 주파수에서는 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 핀에 배치되어야 한다는 것을 알고 있습니다. 일부 보드 칩의 전원 핀 옆에는 0.1uF 또는 0.01uF가 있습니다. 예, 요점이 무엇입니까? 이 사실을 이해하려면 커패시터의 실제 특성을 이해해야 합니다. 이상적인 축전기는 단지 전하의 저장, 즉 C입니다. 그러나 실제 제조되는 축전기는 그렇게 간단하지 않습니다. 전원 공급 장치의 무결성을 분석할 때 일반적으로 사용되는 커패시터 모델은 아래 그림과 같습니다.
그림에서 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 미칩니다.
커패시터의 용량성 리액턴스 Zc=1/ωC, 인덕터의 유도성 리액턴스 Zl=ωL, (ω=2πf) 및 실제 커패시터의 복소 임피던스 는 Z=ESR 더하기 jωL-1/jωC=ESR 더하기 j2πf L-1/j2πf c입니다. 주파수가 매우 낮을 때 커패시턴스가 역할을 하고, 주파수가 일정 수준 이상 높을 때 인덕턴스의 역할을 무시할 수 없으며, 주파수가 높을 때 인덕턴스가 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. 주연. 커패시터는 필터링 효과를 잃습니다. 따라서 주파수가 높을 때 커패시터는 단순한 커패시터가 아니라는 점을 기억하십시오.
위에서 언급한 바와 같이 커패시터의 등가 직렬 인덕턴스는 커패시터의 제조 공정과 재질에 따라 결정됩니다. 실제 칩 세라믹 커패시터의 ESL은 수십 nH에서 수 nH 범위이며 패키지가 작을수록 ESL이 작아집니다.
위의 커패시터의 필터 곡선에서도 평탄하지 않고 'V'자 모양, 즉 주파수 선택 특성을 가지고 있다는 것을 알 수 있으며 가능한 한 평탄하기를 바랍니다( 사전 단계 보드 수준 필터링) 그리고 때로는 가능한 한 선명하게(필터링 또는 노칭) 원할 수도 있습니다. 이 특성에 영향을 미치는 것은 커패시터의 품질 계수 Q, Q=1/ωCESR, ESR이 클수록 Q가 작아지고 곡선이 더 완만해집니다. 반대로 ESR이 작을수록 Q가 커지고 곡선이 더 뾰족해집니다. 일반적으로 탄탈 커패시터와 알루미늄 전해는 상대적으로 ESL이 작지만 ESR은 크므로 탄탈 커패시터와 알루미늄 전해는 유효 주파수 범위가 넓어 프런트 엔드 보드 레벨 필터에 매우 적합합니다. 즉, DCDC나 LDO의 입력단에서 필터링용으로 대용량 탄탈륨 캐패시터를 많이 사용한다. 디커플링을 위해 칩 근처에 10uF 및 0.1uF 커패시터를 배치하면 세라믹 커패시터는 ESR이 매우 낮습니다.
