【導(dǎo)讀】對(duì)于工程師來說，電容是一個(gè)非常不起眼的元器件，但確是不可或缺的存在。本文就為大家歸納總結(jié)電源濾波電容的計(jì)算以及如何選型的技巧。希望大家能夠?qū)W以致用，通透掌握濾波電容的相關(guān)知識(shí)。
電感的阻抗與頻率成正比,電容的阻抗與頻率成反比.所以,電感可以阻扼高頻通過,電容可以阻扼低頻通過.二者適當(dāng)組合,就可過濾各種頻率信號(hào).如在整流電路中,將電容并在負(fù)載上或?qū)㈦姼写?lián)在負(fù)載上,可濾去交流紋波.。電容濾波屬電壓濾波，是直接儲(chǔ)存脈動(dòng)電壓來平滑輸出電壓，輸出電壓高，接近交流電壓峰值；適用于小電流，電流越小濾波效果越好。
電感濾波屬電流濾波，是靠通過電流產(chǎn)生電磁感應(yīng)來平滑輸出電流，輸出電壓低，低于交流電壓有效值；適用于大電流，電流越大濾波效果越好。電容和電感的很多特性是恰恰相反的。一般情況下，電解電容的作用是過濾掉電流中的低頻信號(hào)，但即使是低頻信號(hào)，其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此為了適合在不同頻率下使用，電解電容也分為高頻電容和低頻電容（這里的高頻是相對(duì)而言）。
低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬Hz。當(dāng)我們將低頻濾波電容用于高頻電路時(shí)，由于低頻濾波電容高頻特性不好，它在高頻充放電時(shí)內(nèi)阻較大，等效電感較高。因此在使用中會(huì)因電解液的頻繁極化而產(chǎn)生較大的熱量。而較高的溫度將使電容內(nèi)部的電解液氣化，電容內(nèi)壓力升高，最終導(dǎo)致電容的鼓包和爆裂。
電源濾波電容的大小，平時(shí)做設(shè)計(jì)，前級(jí)用4.7u,用于濾低頻，二級(jí)用0.1u，用于濾高頻，4.7uF的電容作用是減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾，0.1uF的電容應(yīng)該是減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化引起的高頻干擾。一般前面那個(gè)越大越好，兩個(gè)電容值相差大概100倍左右。電源濾波，開關(guān)電源，要看你的ESR(電容的等效串聯(lián)電阻)有多大，而高頻電容的選擇最好在其自諧振頻率上。大電容是防止浪涌，機(jī)理就好比大水庫防洪能力更強(qiáng)一樣；小電容濾高頻干擾，任何器件都可以等效成一個(gè)電阻、電感、電容的串并聯(lián)電路，也就有了自諧振，只有在這個(gè)自諧振頻率上，等效電阻最小，所以濾波最好！
電容的等效模型為一電感Ｌ，一電阻Ｒ和電容Ｃ的串聯(lián)，電感Ｌ為電容引線所至，電阻Ｒ代表電容的有功功率損耗，電容Ｃ．因而可等效為串聯(lián)ＬＣ回路求其諧振頻率，串聯(lián)諧振的條件為WL=1/WC,W=2*PI*f,從而得到此式子f = 1/(2pi* LC)．，串聯(lián)ＬＣ回路中心頻率處電抗最小表現(xiàn)為純電阻，所以中心頻率處起到濾波效果．引線電感的大小因其粗細(xì)長短而不同，接地電容的電感一般是１ＭＭ為10nＨ左右，取決于需要接地的頻率。
采用電容濾波設(shè)計(jì)需要考慮參數(shù)： ESR；ESL；耐壓值；諧振頻率
那么如何選取電源濾波電容呢？
1)理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc),但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng),這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路,自諧振頻率即器件的FSR參數(shù),這表示頻率大于FSR值時(shí),電容變成了一個(gè)電感,如果電容對(duì)地濾波,當(dāng)頻率超出FSR后,對(duì)干擾的抑制就大打折扣,所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地.原因在于小電容,SFR值大,對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路,所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解:大電容濾低頻,小電容濾高頻,根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同,想想為什么?如果從這個(gè)角度想,也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了.
2)那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,我們常常會(huì)有疑問,我怎么知道電容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何選取不同SFR值的電容值呢?是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容?電容的SFR值和電容值有關(guān),和電容的引腳電感有關(guān),所以相同容值的0402,0603,或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同,當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè):1)器件Data sheet,如22pf0402電容的SFR值在2G左右, 2)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測其自諧振頻率,想想如何測量S21?知道了電容的SFR值后,用軟件仿真,如RFsim99,選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完后,那就是實(shí)際電路試驗(yàn),如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí),LNA的電源濾波是關(guān)鍵,好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB.
電容的本質(zhì)是通交流,隔直流,理論上說電源濾波用電容越大越好.但由于引線和PCB布線原因,實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路,(還有電容本身的電阻,有時(shí)也不可忽略)這就引入了諧振頻率的概念:ω=1/(LC)1/2在諧振頻率以下電容呈容性,諧振頻率以上電容呈感性.因而一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波.這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高.至于到底用多大的電容,這是一個(gè)參考電容諧振頻率電容值 DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
1.電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。
2.電源濾波中電容對(duì)地腳要盡可能靠近地。
3.理論上說電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
4.可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián),一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段.（類似1）
濾波電容的選取原則
經(jīng)過整流橋以后的是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍很大。后面一般用大小兩個(gè)電容大電容用來穩(wěn)定輸出，眾所周知電容兩端電壓不能突變，因此可以使輸出平滑小電容是用來濾除高頻干擾的，使輸出電壓純凈電容越小，諧振頻率越高，可濾除的干擾頻率越高
容量選擇：（1）大電容,負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大。（2）小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可，即0.1uF。
別人的經(jīng)驗(yàn)分享
1、電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。
2、電源濾波中電容對(duì)地腳要盡可能靠近地。
3、理論上說電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波,小電容濾高頻波。
4、可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián),一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以獲得更大的濾波頻段.
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