Kuidas tuleks lülitustoiteallika ehitamisel filtrikondensaatorit õigesti valida?
Filtri kondensaator mängib lülitustoiteallikas väga olulist rolli. Filtri kondensaatori, eriti väljundfiltri kondensaatori õige valimine on probleem, mille pärast iga insener ja tehnik on väga mures. Võime filtriahelas näeme erinevaid kondensaatoreid, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF erinevate mahtuvusväärtustega, kuidas siis need parameetrid määratakse? Ärge öelge mulle, et ma kopeerisin kellegi teise skemaatilise diagrammi, ah, ah.
Tavaliste elektrolüütkondensaatorite puhul, mida kasutatakse 50 Hz toitesagedusahelates, on pulseeriva pinge sagedus ainult 100 Hz ning laadimis- ja tühjenemisaeg on suurusjärgus millisekundeid. Väiksema pulsatsioonikoefitsiendi saamiseks on nõutav mahtuvus kuni sadu tuhandeid μF. Seetõttu on tavaliste madala sagedusega alumiiniumist elektrolüütkondensaatorite eesmärk suurendada mahtuvust. Plusside ja miinuste peamised parameetrid. Lülitustoiteallika väljundfiltri elektrolüütkondensaatori saehambaline pingesagedus on aga kümneid kHz või isegi kümneid MHz. Sel ajal ei ole mahtuvus peamine näitaja. Kõrgsageduslike alumiiniumist elektrolüütkondensaatorite kvaliteedi mõõtmise standard on "takistus-"sageduslikud" karakteristikud, lülitustoiteallika töösageduse piires peab olema madalam ekvivalenttakistus ja samal ajal hea filtreerimine mõju pooljuhtseadme töötamise ajal tekkivatele kõrgsageduslikele tippudele.
Tavalised madala sagedusega elektrolüütkondensaatorid hakkavad näitama induktiivsust umbes 10 kHz juures, mis ei vasta lülitustoiteallikate nõuetele. Lülitustoiteallikale mõeldud kõrgsageduslikul alumiiniumist elektrolüütkondensaatoril on neli klemmi. Positiivse alumiiniumlehe kaks otsa on vastavalt välja tõmmatud kondensaatori positiivse elektroodina ja negatiivse alumiiniumlehe kaks otsa on samuti välja tõmmatud negatiivse elektroodina. Vool voolab sisse neljaklemmilise kondensaatori ühest positiivsest klemmist, läbib kondensaatori sisemuse ja seejärel teisest positiivsest klemmist koormusele; koormuselt tagasitulev vool voolab samuti kondensaatori ühest miinusklemmist sisse ja seejärel teisest negatiivsest klemmist toiteallika miinusklemmi.
Kuna nelja klemmiga kondensaatoril on head kõrgsageduslikud omadused, on see äärmiselt soodne vahend pinge pulseeriva komponendi vähendamiseks ja lülitusmüra summutamiseks. Kõrgsageduslikel alumiiniumelektrolüütkondensaatoritel on ka mitmetuumaline vorm, see tähendab, et alumiiniumfoolium on jagatud mitmeks lühemaks osaks ja mitu juhet on paralleelselt ühendatud, et vähendada mahtuvusliku reaktiivtakistuse impedantsi komponenti. Ja madala eritakistusega materjalide kasutamine väljundklemmidena parandab kondensaatori võimet taluda suuri voolusid.
Digitaalsete ahelate stabiilseks ja töökindlaks tööks peab toiteallikas olema "puhas" ja energia täiendamine õigeaegselt, see tähendab, et filtreerimine ja lahtisidumine peavad olema head. Lihtsamalt öeldes on filtreerimine ja lahtisidumine energia salvestamine, kui kiip ei vaja voolu, ja ma saan energiat õigel ajal täiendada, kui te voolu vajate. Ärge öelge mulle, et see vastutus ei ole DCDC-l ja LDO-l? Jah, madalatel sagedustel saavad nad sellega hakkama, kuid kiired digitaalsüsteemid on erinevad.
Vaatame kõigepealt kondensaatorit. Kondensaatori funktsioon on lihtsalt laengu salvestamine. Me kõik teame, et toiteallikale tuleks lisada kondensaatorite filtreerimine ja iga kiibi toiteviigu külge tuleks asetada {{0}},1 uF kondensaator lahtisidumiseks jne. Miks ma näen, et kondensaator mõne plaadikiibi toiteviigu kõrval on 0.1uF või 0.01uF Jah, mis mõte sellel on? Selle tõe mõistmiseks peame mõistma kondensaatorite tegelikke omadusi. Ideaalne kondensaator on lihtsalt laenguhoidla, nimelt C. Tegelik valmistatud kondensaator pole aga nii lihtne. Toiteallika terviklikkuse analüüsimisel on tavaliselt kasutatav kondensaatori mudel näidatud alloleval joonisel.
Joonisel ESR on kondensaatori jada ekvivalenttakistus, ESL on kondensaatori jada ekvivalentne induktiivsus ja C on tegelik ideaalne kondensaator. ESR ja ESL on määratud kondensaatori tootmisprotsessi ja materjalidega ning neid ei saa kõrvaldada. Millist mõju need kaks asja vooluringile avaldavad. ESR mõjutab toiteallika pulsatsiooni ja ESL kondensaatori filtri sageduskarakteristikuid.
Teame, et kondensaatori mahtuvuslik reaktiivtakistus Zc=1/ωC, induktiivpooli induktiivne reaktiivtakistus Zl=ωL (ω=2πf) ja tegeliku kondensaatori komplekstakistus on Z=ESR pluss jωL-1/jωC=ESR pluss j2πf L-1/j2πf c. On näha, et kui sagedus on väga madal, mängib rolli mahtuvus ja kui sagedus on kõrge kuni teatud tasemeni, ei saa ignoreerida induktiivsuse rolli ja kui sagedus on kõrgem, mängib induktiivsus juhtivat rolli. Kondensaator kaotab oma filtreeriva efekti. Nii et pidage meeles, et kui sagedus on kõrge, pole kondensaator lihtsalt kondensaator.
Nagu eespool mainitud, määratakse kondensaatori samaväärne jadainduktiivsus kondensaatori tootmisprotsessi ja materjali järgi. Tegeliku kiipkeraamilise kondensaatori ESL ulatub mõnest kümnendikust nH-st mitme nH-ni ja mida väiksem on pakett, seda väiksem on ESL.
Ülaltoodud kondensaatori filtrikõveralt näeme ka, et see ei ole tasane, see on nagu "V", see tähendab, et sellel on sagedusselektiivsed omadused ja loodame, et see on võimalikult tasane ( eeletapis tahvli tasemel filtreerimine), Ja mõnikord soovite, et see oleks võimalikult terav (filtreerimine või sälkumine). Seda omadust mõjutab kondensaatori kvaliteeditegur Q Q=1/ωCESR, mida suurem on ESR, seda väiksem on Q ja seda lamedam on kõver. Vastupidi, mida väiksem on ESR, seda suurem on Q ja seda teravam on kõver. Tavaliselt on tantaalkondensaatoritel ja alumiiniumelektrolüütikutel suhteliselt väike ESL, kuid ESR on suur, seega on tantaalkondensaatoritel ja alumiiniumelektrolüütikutel lai efektiivne sagedusvahemik, mis sobib väga hästi esiotsa plaaditaseme filtri jaoks. See tähendab, et DCDC või LDO sisendfaasis kasutatakse filtreerimiseks sageli suure võimsusega tantaalkondensaatorit. Ja pange lahtiühendamiseks kiibi lähedusse mõned 10uF ja 0,1 uF kondensaatorid, keraamilistel kondensaatoritel on väga madal ESR.
