Κατά τη διαδικασία κατασκευής ενός τροφοδοτικού μεταγωγής, πώς πρέπει να επιλεγεί σωστά ο πυκνωτής του φίλτρου;
Ο πυκνωτής φίλτρου παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην παροχή ρεύματος μεταγωγής. Πώς να επιλέξετε σωστά τον πυκνωτή φίλτρου, ειδικά η επιλογή του πυκνωτή φίλτρου εξόδου είναι ένα πρόβλημα που απασχολεί πολύ κάθε μηχανικό και τεχνικό. Μπορούμε να δούμε διάφορους πυκνωτές στο κύκλωμα του φίλτρου ισχύος, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF με διαφορετικές τιμές χωρητικότητας, οπότε πώς καθορίζονται αυτές οι παράμετροι; Μη μου πείτε ότι αντέγραψα το σχηματικό διάγραμμα κάποιου άλλου, αχ, αχ.
Για κοινούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές που χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συχνότητας ισχύος 50 Hz, η συχνότητα παλμικής τάσης είναι μόνο 100 Hz και ο χρόνος φόρτισης και εκφόρτισης είναι της τάξης των χιλιοστών του δευτερολέπτου. Για 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 η αύξηση της χωρητικότητας. Οι κύριες παράμετροι υπέρ και κατά. Ωστόσο, 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. Το πρότυπο για τη μέτρηση της ποιότητας των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών αλουμινίου υψηλής συχνότητας είναι τα χαρακτηριστικά "σύνθετης αντίστασης-"Συχνότητας", απαιτείται να υπάρχει χαμηλότερη ισοδύναμη σύνθετη αντίσταση εντός της συχνότητας λειτουργίας του τροφοδοτικού μεταγωγής και ταυτόχρονα να υπάρχει καλό φιλτράρισμα επίδραση στις αιχμές υψηλής συχνότητας που δημιουργούνται όταν λειτουργεί η συσκευή ημιαγωγών.
Οι συνηθισμένοι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές χαμηλής συχνότητας αρχίζουν να εμφανίζουν επαγωγικότητα περίπου στα 10 kHz, η οποία δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις των τροφοδοτικών μεταγωγής. Ο ηλεκτρολυτικός πυκνωτής αλουμινίου υψηλής συχνότητας που είναι αφιερωμένος στο τροφοδοτικό μεταγωγής έχει τέσσερις ακροδέκτες. Τα δύο άκρα του θετικού φύλλου αλουμινίου έλκονται αντίστοιχα ως το θετικό ηλεκτρόδιο του πυκνωτή, και τα δύο άκρα του αρνητικού φύλλου αλουμινίου έλκονται επίσης αντίστοιχα ως το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το ρεύμα εισρέει από τον ένα θετικό ακροδέκτη του πυκνωτή τεσσάρων ακροδεκτών, διέρχεται από το εσωτερικό του πυκνωτή και στη συνέχεια ρέει από τον άλλο θετικό ακροδέκτη προς το φορτίο. το ρεύμα που επιστρέφει από το φορτίο ρέει επίσης από τον έναν αρνητικό ακροδέκτη του πυκνωτή και στη συνέχεια ρέει από τον άλλο αρνητικό ακροδέκτη στον αρνητικό ακροδέκτη του τροφοδοτικού.
Δεδομένου ότι ο πυκνωτής τεσσάρων ακροδεκτών έχει καλά χαρακτηριστικά υψηλής συχνότητας, παρέχει ένα εξαιρετικά ευνοϊκό μέσο για τη μείωση της παλμικής συνιστώσας της τάσης και την καταστολή του θορύβου της ακίδας μεταγωγής. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου υψηλής συχνότητας έχουν επίσης μορφή πολλαπλών πυρήνων, δηλαδή το φύλλο αλουμινίου χωρίζεται σε πολλά μικρότερα τμήματα και πολλαπλοί αγωγοί συνδέονται παράλληλα για να μειώσουν το στοιχείο σύνθετης αντίστασης στην χωρητική αντίδραση. Και η χρήση υλικών χαμηλής αντίστασης ως ακροδεκτών απαγωγής βελτιώνει την ικανότητα του πυκνωτή να αντέχει μεγάλα ρεύματα.
Για να λειτουργούν σταθερά και αξιόπιστα τα ψηφιακά κυκλώματα, η παροχή ρεύματος πρέπει να είναι «καθαρή», και η αναπλήρωση ενέργειας πρέπει να είναι έγκαιρη, δηλαδή το φιλτράρισμα και η αποσύνδεση πρέπει να είναι καλή. Αυτό που είναι το φιλτράρισμα και η αποσύνδεση, με απλά λόγια, είναι η αποθήκευση ενέργειας όταν το τσιπ δεν χρειάζεται ρεύμα, και μπορώ να αναπληρώσω ενέργεια εγκαίρως όταν χρειάζεστε ρεύμα. Μη μου πείτε ότι αυτή η ευθύνη δεν είναι για το DCDC και το LDO; Ναι, στις χαμηλές συχνότητες μπορούν να το χειριστούν, 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 πρέπει να προστεθεί φιλτράρισμα πυκνωτή στο τροφοδοτικό και ένας πυκνωτής {{0}}}.1uF πρέπει να τοποθετηθεί στην ακίδα τροφοδοσίας κάθε τσιπ για αποσύνδεση κ.λπ. Γιατί βλέπω ότι ο πυκνωτής δίπλα στην ακίδα τροφοδοσίας ορισμένων τσιπ πλακέτας είναι 0.1uF ή 0.01uF Ναι, ποιο είναι το νόημα; Για να κατανοήσουμε αυτήν την αλήθεια, πρέπει να κατανοήσουμε τα πραγματικά χαρακτηριστικά των πυκνωτών. Ένας ιδανικός πυκνωτής είναι απλώς μια αποθήκευση φορτίου, δηλαδή ο C. Ωστόσο, ο πραγματικός κατασκευασμένος πυκνωτής δεν είναι τόσο απλός. Κατά την ανάλυση της ακεραιότητας του τροφοδοτικού, το μοντέλο πυκνωτή που χρησιμοποιείται συνήθως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Στο σχήμα, ESR είναι η αντίσταση ισοδύναμης σειράς του πυκνωτή, ESL είναι η επαγωγή ισοδύναμης σειράς του πυκνωτή και C είναι ο πραγματικός ιδανικός πυκνωτής. Το ESR και το ESL καθορίζονται από τη διαδικασία κατασκευής και τα υλικά 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 Zc=1/ωC του πυκνωτή, η επαγωγική αντίδραση Zl=ωL του επαγωγέα, (ω=2πf) και η σύνθετη αντίσταση του πραγματικού πυκνωτή είναι Z=ESR συν jωL-1/jωC=ESR συν j2πf L-1/j2πf γ. Μπορεί να φανεί ότι όταν η συχνότητα είναι πολύ χαμηλή, η χωρητικότητα παίζει ρόλο και όταν η συχνότητα είναι υψηλή σε ένα ορισμένο επίπεδο, ο ρόλος της επαγωγής δεν μπορεί να αγνοηθεί και όταν η συχνότητα είναι υψηλότερη, η επαγωγή θα παίξει πρωταγωνιστικός ρόλος. Ο πυκνωτής χάνει το φιλτραριστικό του αποτέλεσμα. Θυμηθείτε λοιπόν, όταν η συχνότητα είναι υψηλή, ο πυκνωτής δεν είναι απλώς ένας πυκνωτής.
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, και όσο μικρότερο είναι το πακέτο, τόσο μικρότερο είναι το ESL.
Από την καμπύλη φίλτρου του πυκνωτή παραπάνω, μπορούμε επίσης να δούμε ότι δεν είναι επίπεδος, είναι σαν 'V', δηλαδή έχει χαρακτηριστικά επιλεκτικής συχνότητας και ελπίζουμε να είναι όσο το δυνατόν πιο επίπεδος ( φιλτράρισμα σε επίπεδο σανίδας πριν από το στάδιο), Και μερικές φορές θέλετε να είναι όσο το δυνατόν πιο ευκρινές (φιλτράρισμα ή εγκοπή). Αυτό που επηρεάζει αυτό το χαρακτηριστικό είναι ο συντελεστής ποιότητας Q του πυκνωτή, Q=1/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. Συνήθως, οι πυκνωτές τανταλίου και τα ηλεκτρολυτικά αλουμινίου έχουν σχετικά μικρό ESL, αλλά το ESR είναι μεγάλο, επομένως οι πυκνωτές τανταλίου και τα ηλεκτρολυτικά αλουμινίου έχουν μεγάλο εύρος αποτελεσματικής συχνότητας, το οποίο είναι πολύ κατάλληλο για το φίλτρο επιπέδου μπροστινής πλακέτας. Δηλαδή, ένας πυκνωτής τανταλίου μεγάλης χωρητικότητας χρησιμοποιείται συχνά για φιλτράρισμα στο στάδιο εισόδου του DCDC ή του LDO. Και βάλτε μερικούς πυκνωτές 10uF και 0,1uF κοντά στο τσιπ για αποσύνδεση, οι κεραμικοί πυκνωτές έχουν πολύ χαμηλό ESR.
