電源模塊電路中電容的應(yīng)用

1、電源模塊電路中電容的應(yīng)用【大 中 小】 【 編 輯 】郵科 【 日 期 】2009-10-23 9:53:1所謂通信電源模塊電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電，當(dāng)然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，主要由兩塊正負(fù)電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)組成。作為無(wú)源元件之一的電容，其作用不外乎以下幾種：1、應(yīng)用于電源電路，實(shí)現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲(chǔ)能的作用1）旁路旁路電容是為本地器件提供能量的儲(chǔ)能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。就像小型可充電電池一樣，旁路電容能夠被充電，并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗，旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳

2、和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。2）去藕去藕，又稱(chēng)解藕。從電路來(lái)說(shuō)，總是可以區(qū)分為驅(qū)動(dòng)的源和被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如果開(kāi)關(guān)電源負(fù)載電容比較大，驅(qū)動(dòng)電路要把電容充電、放電，才能完成信號(hào)的跳變，在上升沿比較陡峭的時(shí)候，電流比較大，這樣驅(qū)動(dòng)的電流就會(huì)吸收很大的電源電流，由于電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會(huì)產(chǎn)生反彈），這種電流相對(duì)于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲，會(huì)影響前級(jí)的正常工作。這就是耦合。去藕電容就是起到一個(gè)電池的作用，滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來(lái)將更容易理解。旁路電容實(shí)

3、際也是去藕合的，只是旁路電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合電容一般比較大，是10uF或者更大，依據(jù)電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。 總的來(lái)說(shuō)旁路是把輸入信號(hào)中的干擾作為濾除對(duì)象，而去耦是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，防止干擾信號(hào)返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。3）濾波從理論上（即假設(shè)電容為純電容）說(shuō)，電容越大，阻抗越小，通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò)1uF的電容大多為電解電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會(huì)增大。有時(shí)會(huì)看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一

4、個(gè)小電容，這時(shí)大電容通低頻，小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過(guò)，電容越小高頻越容易通過(guò)。具體用在濾波中,大電容(1000uF)濾低頻，小電容(20pF)濾高頻。由于電容的兩端電壓不會(huì)突變，由此可知，信號(hào)頻率越高則衰減越大，可很形象的說(shuō)電容像個(gè)水塘，不會(huì)因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動(dòng)轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過(guò)程。在通信電源電路中，整流電路將交流變成脈動(dòng)的直流，而在整流電路之后接入一個(gè)較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動(dòng)直流電壓變成相對(duì)比較穩(wěn)定的直流電壓。在實(shí)際中，

5、為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而產(chǎn)生變化，所以在通信電源的輸出端及負(fù)載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾4）儲(chǔ)能儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線(xiàn)傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40450VDC、電容值在220150 000uF之間的鋁電解電容器（如EPCOS公司的 B43504或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的通信電源要求，器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式，對(duì)于功率級(jí)超過(guò)10KW的開(kāi)關(guān)電源

6、，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。2、應(yīng)用于信號(hào)電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數(shù)的作用：1）去耦舉個(gè)例子來(lái)講，晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻，它同時(shí)又使信號(hào)產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號(hào)耦合，這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，由于適當(dāng)容量的電容器對(duì)交流信號(hào)較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱(chēng)此電容為去耦電容。2）振蕩/同步包括RC、LC振蕩器及晶體的負(fù)載電容都屬于這一范疇。3）時(shí)間常數(shù)這就是常見(jiàn)的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號(hào)電壓加在輸入端時(shí)，電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過(guò)電

7、阻（R）、電容（C）的特性通過(guò)下面的公式描述： i = (V/R)e-(t/CR)最后說(shuō)下電解電容的使用注意事項(xiàng)：1. 電解電容由于有正負(fù)極性，因此在電路中使用時(shí)不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸出正電壓時(shí)電解電容的正極接電源輸出端，負(fù)極接地，輸出負(fù)電壓時(shí)則負(fù)極接輸出端，正極接地當(dāng)電源電路中的濾波電容極性接反時(shí)，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動(dòng)，另一方面又因反向通電使此時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電阻的電解電容發(fā)熱當(dāng)反向電壓超過(guò)某值時(shí)，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過(guò)熱而炸裂損壞2. 加在電解電容兩端的電壓不能超過(guò)其允許工作電壓，在設(shè)計(jì)實(shí)際電路時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況留有

8、一定的余量，在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源的濾波電容時(shí)，如果交流電源電壓為220時(shí)變壓器次級(jí)的整流電壓可達(dá)22V，此時(shí)選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿(mǎn)足要求但是，假如交流電源電壓波動(dòng)很大且有可能上升到250V以上時(shí)，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。3. 電解電容在電路中不應(yīng)靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸4. 對(duì)于有正負(fù)極性的信號(hào)的濾波，可采取兩個(gè)電解電容同極性串聯(lián)的方法，當(dāng)作一個(gè)無(wú)極性的電容. +關(guān)于濾波電容、去耦電容、旁路電容作用濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來(lái)消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。旁路電容用在有電阻

9、連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過(guò)。1.關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解1. 去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過(guò)電磁輻射。而實(shí)際上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。你可以把總開(kāi)關(guān)電源看作密云水庫(kù)，我們大樓內(nèi)的家家戶(hù)戶(hù)都需要供水，這時(shí)候，水不是直接來(lái)自于水庫(kù)，那樣距離太遠(yuǎn)了，等水過(guò)來(lái)，我們已經(jīng)渴的不行了。實(shí)際水是來(lái)自于大樓頂上的水塔,水塔其實(shí)是一個(gè)buffer的作用。如果微觀來(lái)看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件VCC到總通信電源有一段距離，即便距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Zi*wL+R，線(xiàn)路的電感影響也會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致器件在

10、需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)供給。而去耦電容可以彌補(bǔ)此不足。這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一（在vcc引腳上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容，這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。）2. 有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線(xiàn)傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別去耦：去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為器件提供局部化的DC電壓源，它在減少跨板浪涌電流方面特別有用。旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過(guò)產(chǎn)生AC旁路消除無(wú)意的能量

11、進(jìn)入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）。我們經(jīng)?？梢钥吹?，在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作為本集成電路的蓄能電容；二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過(guò)供電回路進(jìn)行傳播的通路；三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱(chēng)呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來(lái)說(shuō)，旁路（bypass）電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱(chēng)退耦電容，是把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象。+大電容并聯(lián)小電容作用及應(yīng)用原理大電容由于容量大，所以體積一般也比較大，且通常使用多層卷繞的方式制作，這就導(dǎo)致了大電容的分布電感比較大（也叫等效串聯(lián)電感，英文簡(jiǎn)稱(chēng)ESL）。電感對(duì)高頻信號(hào)的阻抗是很大的，所以，大電容的高頻性能不好。而一些小容量電容則剛剛相反，由于容量小，因此體積可以做得很小（縮短了引線(xiàn)，就減小了 ESL，因?yàn)橐欢螌?dǎo)線(xiàn)也可以看成是一個(gè)電感的），而且常使用平板電容的結(jié)構(gòu)，這樣小容量電容就有很小ESL這樣它就具有了很好的高頻性能，但由于容量小的緣故，對(duì)低頻信號(hào)的阻抗大。所以，如果我們?yōu)榱俗尩皖l、高