خازن های فیلتر نقش بسیار مهمی در سوئیچینگ منابع تغذیه ایفا می کنند. نحوه انتخاب صحیح خازن های فیلتر مخصوصا انتخاب خازن فیلتر خروجی مشکلی است که هر مهندس و تکنسینی به شدت نگران آن است. ما می‌توانیم خازن‌های مختلفی را در مدار فیلتر قدرت مشاهده کنیم، مقادیر خازنی 100uF، 10uF، 100nF، 10nF، پس چگونه این پارامترها تعیین می‌شوند؟ به من نگویید که من شماتیک شخص دیگری را کپی کردم، خخ.
خازن الکترولیتی رایج مورد استفاده در مدار فرکانس برق 50 هرتز دارای فرکانس ولتاژ ضربانی تنها 100 هرتز است و زمان شارژ و دشارژ در حد میلی ثانیه است. برای به دست آوردن یک ضریب پالسی کوچکتر، ظرفیت خازن مورد نیاز به صدها هزار میکروF می رسد، بنابراین هدف خازن های الکترولیتی آلومینیومی با فرکانس پایین معمولی افزایش ظرفیت است. پارامترهای اصلی جوانب مثبت و منفی. خازن الکترولیتی فیلتر خروجی در منبع تغذیه سوئیچینگ دارای فرکانس ولتاژ موج دندانه اره ای تا ده ها کیلوهرتز یا حتی ده ها مگاهرتز است. در این زمان، ظرفیت شاخص اصلی آن نیست. استاندارد اندازه‌گیری کیفیت خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی فرکانس بالا، مشخصه «امپدانس-فرکانس» است، به امپدانس معادل کمتری در فرکانس کاری منبع تغذیه سوئیچینگ نیاز دارد و در عین حال دارای یک اثر فیلتر خوب بر روی قدرت بالا است. سیگنال افزایش فرکانس زمانی که دستگاه نیمه هادی کار می کند تولید می شود.
خازن های الکترولیتی با فرکانس پایین معمولی شروع به نشان دادن اندوکتانس در حدود 10 کیلوهرتز می کنند که نمی تواند الزامات منابع تغذیه سوئیچینگ را برآورده کند. خازن های الکترولیتی آلومینیومی با فرکانس بالا که به منبع تغذیه سوئیچینگ اختصاص داده شده اند دارای چهار پایانه هستند. جریان از یک سر مثبت خازن چهار ترمینالی جریان می یابد، از داخل خازن می گذرد و سپس از سر مثبت دیگر به سمت بار جریان می یابد. جریان برگشتی از بار نیز از یک سر منفی خازن جریان می یابد و سپس از انتهای منفی دیگر به انتهای منفی منبع تغذیه جریان می یابد.
از آنجایی که خازن چهار ترمینال دارای ویژگی های فرکانس بالا خوب است، وسیله ای بسیار سودمند برای کاهش مولفه ضربان دار ولتاژ و سرکوب نویز پیک سوئیچینگ فراهم می کند. خازن های الکترولیتی آلومینیومی فرکانس بالا نیز شکل چند هسته ای دارند، یعنی فویل آلومینیومی به چند بخش کوتاه تر تقسیم می شود و چندین ورق خروجی به صورت موازی به هم متصل می شوند تا جزء امپدانس را در راکتانس خازنی کاهش دهند. و ماده با مقاومت کم به عنوان ترمینال خروجی استفاده می شود که توانایی خازن را برای مقاومت در برابر جریان های زیاد بهبود می بخشد.
مدار دیجیتال باید پایدار و قابل اطمینان کار کند، منبع تغذیه باید "تمیز" باشد و منبع انرژی باید به موقع باشد، یعنی فیلتر و جداسازی باید خوب باشد. به عبارت ساده، جداسازی فیلتر چیست، زمانی که تراشه به جریان نیاز نداشته باشد انرژی را ذخیره می کند، و من می توانم در زمان نیاز به جریان انرژی را دوباره پر کنم. به من نگویید که این مسئولیت بر عهده DCDC و LDO نیست؟ بله، آنها می توانند آن را در فرکانس های پایین مدیریت کنند، اما سیستم های دیجیتال پرسرعت متفاوت هستند.
بیایید ابتدا نگاهی به خازن بیاندازیم. وظیفه خازن صرفاً ذخیره شارژ است. همه ما می دانیم که فیلتر خازن باید به منبع تغذیه اضافه شود و یک خازن {{0}}.1uF باید روی پایه منبع تغذیه هر چیپ برای جداسازی و غیره قرار گیرد. چرا می بینم که خازن کنار پین منبع تغذیه برخی از تراشه های برد 0.1uF یا 0.01uF است بله، مهم است؟ برای درک این موضوع، لازم است ویژگی های واقعی خازن ها را درک کنیم. یک خازن ایده‌آل فقط یک ذخیره‌سازی شارژ است، C. با این حال، خازن واقعی تولید شده چندان ساده نیست. هنگام تجزیه و تحلیل یکپارچگی توان، معمولاً از مدل خازن استفاده می کنیم.
چگونه خازن های فیلتر را در طراحی منبع تغذیه سوئیچینگ به درستی انتخاب کنیم؟
ESR مقاومت سری خازن است، ESL اندوکتانس معادل سری خازن است و C خازن ایده آل واقعی است. ESR و ESL توسط فرآیند ساخت و مواد خازن تعیین می شوند و قابل حذف نیستند. این دو مورد چه تاثیری روی مدار دارند؟ ESR بر ریپل منبع تغذیه تأثیر می گذارد و ESL بر ویژگی های فرکانس فیلتر خازن تأثیر می گذارد.
می دانیم که راکتانس خازنی خازن Zc=1/ωC، راکتانس القایی سلف Zl=ωL، (ω=2πf)، امپدانس مختلط خازن واقعی است. Z=ESR به علاوه jωL-1/jωC=ESR به علاوه j2πf L-1/j2πf C. می‌توان دید که وقتی فرکانس بسیار پایین است، ظرفیت خازن یک نقش است و وقتی فرکانس به حد معینی می رسد نمی توان نقش اندوکتانس را نادیده گرفت و زمانی که فرکانس بالا باشد، اندوکتانس نقش اول را ایفا می کند. خازن ها اثر فیلترینگ خود را از دست می دهند. بنابراین به یاد داشته باشید که خازن ها فقط خازن هایی در فرکانس های بالا نیستند.
همانطور که در بالا ذکر شد، اندوکتانس سری معادل خازن توسط فرآیند ساخت و مواد خازن تعیین می شود. ESL خازن سرامیکی تراشه واقعی از چند دهم nH تا چندین nH متغیر است. هرچه بسته کوچکتر باشد، ESL کوچکتر است.
روی منحنی فیلتر خازن نیز می‌توانیم ببینیم که صاف نیست، مانند V است، به این معنی که ویژگی‌های انتخاب فرکانس را دارد. گاهی اوقات می خواهید تا حد امکان تیز باشد (فیلتر شده یا بریدگی). آنچه بر این مشخصه تأثیر می گذارد، ضریب کیفیت Q خازن، Q{{0}}/ωCESR است. هر چه ESR بزرگتر باشد Q کوچکتر و منحنی صاف تر است. برعکس، هرچه ESR کوچکتر باشد، Q بزرگتر و منحنی تیزتر است. به طور کلی، خازن های تانتالیوم و الکترولیز آلومینیوم دارای ESL نسبتا کوچک و ESR بزرگ هستند، بنابراین خازن های تانتالیوم و الکترولیز آلومینیوم دارای محدوده فرکانس موثر گسترده ای هستند که برای فیلتر کردن سطح تخته قبل از مرحله بسیار مناسب است. یعنی مرحله ورودی DCDC یا LDO اغلب با یک خازن تانتالیومی با ظرفیت بیشتر فیلتر می شود. و تعدادی خازن 10uF و 0.1uF را برای جداسازی نزدیک تراشه قرار دهید، خازن های سرامیکی ESR بسیار پایینی دارند.
