Οι πυκνωτές φίλτρου παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στη μεταγωγή τροφοδοτικών. Ο τρόπος σωστής επιλογής πυκνωτών φίλτρου, ειδικά η επιλογή πυκνωτών φίλτρου εξόδου, είναι ένα πρόβλημα που απασχολεί πολύ κάθε μηχανικό και τεχνικό. Μπορούμε να δούμε μια ποικιλία πυκνωτών στο κύκλωμα του φίλτρου ισχύος, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF διαφορετικές τιμές χωρητικότητας, οπότε πώς καθορίζονται αυτές οι παράμετροι; Μη μου πείτε ότι αντέγραψα το σχηματικό κάποιου άλλου, ε.
Ο κοινός ηλεκτρολυτικός πυκνωτής που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα συχνότητας ισχύος 50 Hz έχει συχνότητα παλμικής τάσης μόνο 100 Hz και ο χρόνος φόρτισης και εκφόρτισης είναι της τάξης των χιλιοστών του δευτερολέπτου. Προκειμένου να ληφθεί ένας μικρότερος συντελεστής παλμών, η απαιτούμενη χωρητικότητα είναι τόσο υψηλή όσο εκατοντάδες χιλιάδες μF, επομένως ο στόχος των συνηθισμένων ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου χαμηλής συχνότητας είναι να αυξήσουν την χωρητικότητα. Οι κύριες παράμετροι υπέρ και κατά. Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής του φίλτρου εξόδου στο τροφοδοτικό μεταγωγής έχει συχνότητα τάσης πριονωτή κύματος τόσο υψηλή όσο δεκάδες kHz ή ακόμη και δεκάδες MHz. Αυτή τη στιγμή, η χωρητικότητα δεν είναι ο κύριος δείκτης της. Το πρότυπο για τη μέτρηση της ποιότητας των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου υψηλής συχνότητας είναι χαρακτηριστικό "σύνθετης αντίστασης-συχνότητας", απαιτεί χαμηλότερη ισοδύναμη σύνθετη αντίσταση εντός της συχνότητας λειτουργίας του τροφοδοτικού μεταγωγής και ταυτόχρονα έχει καλή επίδραση φιλτραρίσματος στην υψηλή σήμα αιχμής συχνότητας που παράγεται όταν λειτουργεί η συσκευή ημιαγωγών.
Οι συνηθισμένοι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χαμηλής συχνότητας αρχίζουν να εμφανίζουν επαγωγή περίπου 10 kHz, η οποία δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις των τροφοδοτικών μεταγωγής. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου υψηλής συχνότητας που προορίζονται για μεταγωγή τροφοδοτικών έχουν τέσσερις ακροδέκτες. Το ρεύμα ρέει από το ένα θετικό άκρο του πυκνωτή τεσσάρων ακροδεκτών, διέρχεται από το εσωτερικό του πυκνωτή και στη συνέχεια ρέει από το άλλο θετικό άκρο στο φορτίο. το ρεύμα που επιστρέφει από το φορτίο ρέει επίσης από το ένα αρνητικό άκρο του πυκνωτή και στη συνέχεια ρέει από το άλλο αρνητικό άκρο στο αρνητικό άκρο του τροφοδοτικού.
Δεδομένου ότι ο πυκνωτής τεσσάρων ακροδεκτών έχει καλά χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας, παρέχει ένα εξαιρετικά πλεονεκτικό μέσο για τη μείωση της παλμικής συνιστώσας της τάσης και την καταστολή του θορύβου κορυφής μεταγωγής. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου υψηλής συχνότητας έχουν επίσης μια μορφή πολλαπλών πυρήνων, δηλαδή, το φύλλο αλουμινίου χωρίζεται σε πολλά μικρότερα τμήματα και πολλαπλά φύλλα απαγωγής συνδέονται παράλληλα για να μειώσουν το στοιχείο σύνθετης αντίστασης στην χωρητική αντίδραση. Και το υλικό με χαμηλή ειδική αντίσταση χρησιμοποιείται ως ακροδέκτης απαγωγής, το οποίο βελτιώνει την ικανότητα του πυκνωτή να αντέχει μεγάλα ρεύματα.
Το ψηφιακό κύκλωμα πρέπει να λειτουργεί σταθερά και αξιόπιστα, η παροχή ρεύματος να είναι «καθαρή», και η παροχή ενέργειας να είναι έγκαιρη, δηλαδή το φιλτράρισμα και η αποσύνδεση να είναι καλά. Τι είναι η αποσύνδεση φίλτρου, με απλά λόγια, αποθηκεύει ενέργεια όταν το τσιπ δεν χρειάζεται ρεύμα και μπορώ να αναπληρώσω ενέργεια εγκαίρως όταν χρειάζεστε ρεύμα. Μη μου πείτε ότι αυτή η ευθύνη δεν είναι ευθύνη του DCDC και του LDO; Ναι, μπορούν να το χειριστούν σε χαμηλές συχνότητες, αλλά τα ψηφιακά συστήματα υψηλής ταχύτητας είναι διαφορετικά.
Ας ρίξουμε μια ματιά πρώτα στον πυκνωτή. Η λειτουργία του πυκνωτή είναι απλώς να αποθηκεύει το φορτίο. Όλοι γνωρίζουμε ότι το φιλτράρισμα πυκνωτή πρέπει να προστεθεί στο τροφοδοτικό και ένας πυκνωτής {{0}}.1uF πρέπει να τοποθετηθεί στην ακίδα τροφοδοσίας κάθε τσιπ για αποσύνδεση κ.λπ. Γιατί βλέπω ότι το Ο πυκνωτής δίπλα στον ακροδέκτη τροφοδοσίας ορισμένων τσιπ πλακέτας είναι 0.1uF ή 0.01uF Ναι, έχει σημασία; Για να γίνει κατανοητό αυτό, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τα πραγματικά χαρακτηριστικά των πυκνωτών. Ένας ιδανικός πυκνωτής είναι απλώς μια αποθήκευση φορτίου, C. Ωστόσο, ο πραγματικός κατασκευασμένος πυκνωτής δεν είναι τόσο απλός. Όταν αναλύουμε την ακεραιότητα ισχύος, χρησιμοποιούμε συνήθως το μοντέλο του πυκνωτή.
Πώς να επιλέξετε σωστά τους πυκνωτές φίλτρου στο σχεδιασμό τροφοδοσίας μεταγωγής;
Το ESR είναι η αντίσταση ισοδύναμης σειράς του πυκνωτή, το ESL είναι η επαγωγή ισοδύναμης σειράς του πυκνωτή και το C είναι ο πραγματικός ιδανικός πυκνωτής. Το ESR και το ESL καθορίζονται από τη διαδικασία κατασκευής και το υλικό του πυκνωτή και δεν μπορούν να εξαλειφθούν. Τι επίδραση έχουν αυτά τα δύο πράγματα στο κύκλωμα; Το ESR επηρεάζει τον κυματισμό του τροφοδοτικού και το ESL επηρεάζει τα χαρακτηριστικά συχνότητας φίλτρου του πυκνωτή.
Γνωρίζουμε ότι η χωρητική αντίδραση του πυκνωτή Zc=1/ωC, η επαγωγική αντίδραση του επαγωγέα Zl=ωL, (ω=2πf), η σύνθετη αντίσταση του πραγματικού πυκνωτή είναι Z=ESR συν jωL-1/jωC=ESR συν j2πf L-1/j2πf C. Μπορεί να φανεί ότι όταν η συχνότητα είναι πολύ χαμηλή, η χωρητικότητα παίζει ένα ρόλο, και όταν η συχνότητα φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, ο ρόλος της αυτεπαγωγής δεν μπορεί να αγνοηθεί, και όταν η συχνότητα είναι υψηλή, η επαγωγή παίζει πρωταγωνιστικό ρόλο. Οι πυκνωτές χάνουν το φιλτράρισμα τους. Θυμηθείτε λοιπόν, οι πυκνωτές δεν είναι απλώς πυκνωτές σε υψηλές συχνότητες.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ισοδύναμη επαγωγή σειράς του πυκνωτή καθορίζεται από τη διαδικασία κατασκευής και το υλικό του πυκνωτή. Το ESL του πραγματικού κεραμικού πυκνωτή τσιπ κυμαίνεται από μερικά δέκατα του nH έως αρκετά nH. Όσο μικρότερο είναι το πακέτο, τόσο μικρότερο είναι το ESL.
Στην καμπύλη φίλτρου του πυκνωτή, μπορούμε επίσης να δούμε ότι δεν είναι επίπεδος, είναι σαν 'V', που σημαίνει ότι έχει χαρακτηριστικά επιλογής συχνότητας. Μερικές φορές θέλετε να είναι όσο το δυνατόν πιο αιχμηρό (φιλτραρισμένο ή εγκοπή). Αυτό που επηρεάζει αυτό το χαρακτηριστικό είναι ο συντελεστής ποιότητας Q του πυκνωτή, Q{{0}}/ωCESR. Όσο μεγαλύτερο είναι το ESR, τόσο μικρότερο είναι το Q και τόσο πιο επίπεδη η καμπύλη. Αντίθετα, όσο μικρότερο είναι το ESR, τόσο μεγαλύτερο είναι το Q και τόσο πιο έντονη η καμπύλη. Γενικά, οι πυκνωτές τανταλίου και η ηλεκτρόλυση αλουμινίου έχουν σχετικά μικρό ESL και μεγάλο ESR, επομένως οι πυκνωτές τανταλίου και η ηλεκτρόλυση αλουμινίου έχουν ένα ευρύ αποτελεσματικό εύρος συχνοτήτων, το οποίο είναι πολύ κατάλληλο για φιλτράρισμα σε επίπεδο πλακέτας πριν από το στάδιο. Δηλαδή, το στάδιο εισόδου του DCDC ή του LDO συχνά φιλτράρεται με πυκνωτή τανταλίου μεγαλύτερης χωρητικότητας. Και βάλτε μερικούς πυκνωτές 10uF και 0,1uF κοντά στο τσιπ για αποσύνδεση, οι κεραμικοί πυκνωτές έχουν πολύ χαμηλό ESR.
