En el procés de construcció d'una font d'alimentació commutada, com s'ha de seleccionar correctament el condensador del filtre?
El condensador de filtre té un paper molt important en la font d'alimentació de commutació. Com seleccionar correctament el condensador del filtre, especialment la selecció del condensador del filtre de sortida, és un problema que preocupa molt a tots els enginyers i tècnics. Podem veure diversos condensadors al circuit del filtre de potència, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF amb diferents valors de capacitat, així que com es determinen aquests paràmetres? No em digueu que he copiat el diagrama esquemàtic d'una altra persona, eh, eh.
Per als condensadors electrolítics comuns utilitzats en circuits de freqüència de potència de 50 Hz, la freqüència de tensió pulsatòria és només de 100 Hz i el temps de càrrega i descàrrega és de l'ordre de mil·lisegons. Per obtenir un coeficient de pulsació més petit, la capacitat necessària és tan alta com centenars de milers de μF. Per tant, l'objectiu dels condensadors electrolítics d'alumini ordinaris de baixa freqüència és augmentar la capacitat. Els principals paràmetres de pros i contres. Tanmateix, el condensador electrolític del filtre de sortida de la font d'alimentació de commutació té una freqüència de tensió d'ona de dent de serra tan alta com desenes de kHz, o fins i tot desenes de MHz. En aquest moment, la capacitat no és l'indicador principal. L'estàndard per mesurar la qualitat dels condensadors electrolítics d'alumini d'alta freqüència és les característiques d'"impedança-"Freqüència", cal tenir una impedància equivalent més baixa dins de la freqüència de funcionament de la font d'alimentació de commutació i, al mateix temps, tenir un bon filtratge efecte sobre els pics d'alta freqüència generats quan el dispositiu semiconductor està funcionant.
Els condensadors electrolítics de baixa freqüència habituals comencen a mostrar inductivitat al voltant de 10 kHz, que no poden complir els requisits de commutació de fonts d'alimentació. El condensador electrolític d'alumini d'alta freqüència dedicat a la font d'alimentació de commutació té quatre terminals. Els dos extrems de la làmina d'alumini positiu s'extreuen respectivament com a elèctrode positiu del condensador, i els dos extrems de la làmina d'alumini negatiu també s'extreuen respectivament com a elèctrode negatiu. El corrent entra des d'un terminal positiu del condensador de quatre terminals, passa per l'interior del condensador i després flueix des de l'altre terminal positiu a la càrrega; el corrent que torna de la càrrega també flueix des d'un terminal negatiu del condensador i després flueix des de l'altre terminal negatiu al terminal negatiu de la font d'alimentació.
Atès que el condensador de quatre terminals té bones característiques d'alta freqüència, proporciona un mitjà extremadament favorable per reduir el component pulsatori de la tensió i suprimir el soroll de commutació. Els condensadors electrolítics d'alumini d'alta freqüència també tenen una forma multinucli, és a dir, el paper d'alumini es divideix en diverses seccions més curtes i es connecten múltiples cables en paral·lel per reduir el component d'impedància de la reactància capacitiva. I l'ús de materials de baixa resistivitat com a terminals de sortida millora la capacitat del condensador de suportar grans corrents.
Perquè els circuits digitals funcionin de manera estable i fiable, la font d'alimentació ha d'estar "neta" i la reposició d'energia ha de ser oportuna, és a dir, el filtratge i el desacoblament han de ser bons. El que és filtrar i desacoblar, en poques paraules, és emmagatzemar energia quan el xip no necessita corrent, i puc reposar energia a temps quan necessiteu corrent. No em digueu que aquesta responsabilitat no és de DCDC i LDO? Sí, a baixes freqüències ho poden manejar, però els sistemes digitals d'alta velocitat són diferents.
Mirem primer el condensador. La funció del condensador és simplement emmagatzemar la càrrega. Tots sabem que el filtratge del condensador s'ha d'afegir a la font d'alimentació i un condensador de {{0}}.1uF al pin d'alimentació de cada xip per desacoblar-lo, etc. Per què veig que el condensador al costat del pin d'alimentació d'alguns xips de la placa hi ha 0.1uF o 0.01uF. Sí, quin sentit té? Per entendre aquesta veritat, hem d'entendre les característiques reals dels condensadors. Un condensador ideal és només un emmagatzematge de càrrega, és a dir, C. Tanmateix, el condensador fabricat real no és tan senzill. Quan s'analitza la integritat de la font d'alimentació, el model de condensador utilitzat habitualment es mostra a la figura següent.
A la figura, ESR és la resistència equivalent en sèrie del condensador, ESL és la inductància equivalent en sèrie del condensador i C és el condensador ideal real. ESR i ESL estan determinats pel procés de fabricació i els materials del condensador i no es poden eliminar. Quin efecte tenen aquestes dues coses al circuit? L'ESR afecta la ondulació de la font d'alimentació i l'ESL afecta les característiques de freqüència del filtre del condensador.
Sabem que la reactància capacitiva Zc=1/ωC del condensador, la reactància inductiva Zl{=ωL de l'inductor, (ω{=2πf) i la impedància complexa del condensador real és Z=ESR més jωL-1/jωC=ESR més j2πf L-1/j2πf c. Es pot veure que quan la freqüència és molt baixa, la capacitat juga un paper, i quan la freqüència és alta fins a un cert nivell, no es pot ignorar el paper de la inductància, i quan la freqüència és més alta, la inductància jugarà un paper protagonista. El condensador perd el seu efecte de filtrat. Així que recordeu, quan la freqüència és alta, el condensador no és només un condensador.
Com s'ha esmentat anteriorment, la inductància en sèrie equivalent del condensador està determinada pel procés de fabricació i el material del condensador. L'ESL del condensador ceràmic de xip real oscil·la entre unes dècimes de nH a diversos nH, i com més petit sigui el paquet, més petit serà l'ESL.
A partir de la corba de filtre del condensador anterior, també podem veure que no és pla, és com una 'V', és a dir, té característiques selectives de freqüència, i esperem que sigui el més pla possible ( filtrat a nivell de tauler abans de l'etapa), i de vegades voleu que sigui el més nítid possible (filtrat o entallament). El que afecta aquesta característica és el factor de qualitat Q del condensador, Q=1/ωCESR, com més gran és l'ESR, més petita és la Q i més plana és la corba. Al contrari, com més petit és l'ESR, més gran és la Q i més nítida és la corba. En general, els condensadors de tàntal i els electrolítics d'alumini tenen un ESL relativament petit, però l'ESR és gran, de manera que els condensadors de tàntal i els electrolítics d'alumini tenen un ampli rang de freqüència efectiu, que és molt adequat per al filtre de nivell de la placa frontal. És a dir, sovint s'utilitza un condensador de tàntal de gran capacitat per filtrar a l'etapa d'entrada de DCDC o LDO. I poseu uns condensadors d'10uF i 0,1uF a prop del xip per desacoblar-los, els condensadors ceràmics tenen una ESR molt baixa.
