2020年10月12日 | 技术文章—电源设计中滤波电容如何选取

2020-10-12 来源：21IC

通常情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。

电感的阻抗与频率成正比，电容的阻抗与频率成反比。所以，电感可以阻扼高频通过，电容可以阻扼低频通过。二者适当组合，就可过滤各种频率信号。如在整流电路中，将电容并在负载上或将电感串联在负载上，可滤去交流纹波。

电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值;适用于小电流，电流越小滤波效果越好。

电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值;适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。

低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。

电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u，用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好!

电容的等效模型为一电感L，一电阻R和电容C的串联，电感L为电容引线所至，电阻R代表电容的有功功率损耗，电容C。

因而可等效为串联LC回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC，W=2PIf，从而得到此式子f = 1/(2pi* LC)。，串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果。引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是1MM为10nH左右，取决于需要接地的频率。

采用电容滤波设计需要考虑参数：

ESR

ESL

耐压值

谐振频率

那么如何选取电源滤波电容呢?

电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难

1、理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc)，但由于电容两端引脚的电感效应，这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路，自谐振频率即器件的FSR参数，这表示频率大于SFR值时，电容变成了一个电感，如果电容对地滤波，当频率超出SFR后，对干扰的抑制就大打折扣，所以需要一个较小的电容并联对地.原因在于小电容，SFR值大，对高频信号提供了一个对地通路。

所以在电源滤波电路中我们常常这样理解：大电容滤低频，小电容滤高频，根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同，想想为什么?如果从这个角度想，也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要尽可能靠近地了。

2、那么在实际的设计中，我们常常会有疑问，我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值，我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?

电容的SFR值和电容值有关，和电容的引脚电感有关，所以相同容值的0402，0603，或直插式电容的SFR值也不会相同，当然获取SFR值的途径有两个：

器件Data sheet，如22pf，0402电容的SFR值在2G左右

通过网络分析仪直接量测其自谐振频率，想想如何测量S21?

知道了电容的SFR值后，用软件仿真，如RFsim99，选一个或两个电路在于你所供电电路的工作频带是否有足够的噪声抑制比。仿真完后，那就是实际电路试验，如调试手机接收灵敏度时，LNA的电源滤波是关键，好的电源滤波往往可以改善几个dB。

电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，(还有电容本身的电阻，有时也不可忽略)这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2

在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性.因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。

image.png?imageView2/2/w/550

滤波电容

上一篇:技术文章—开关电源组件设计考虑因素

下一篇:是德联手罗姆，推出 PathWave 先进设计系统，加速SiC普及

推荐阅读

2018年10月12日 | Tiny210驱动之虚拟网卡驱动

virt_net.c驱动：// 参考 drivers\net\cs89x0.c #include "linux/module.h"#include "linux/errno.h"#include "linux/netdevice.h"#include "linux/etherdevice.h"#include "linux/kernel.h"#include "linux/types.h"#include "linux/fcntl.h"#include "linux/interrupt.h"#include "linux/ioport.h"#include "linux/in.h"#include "linux/sk...

2019年10月12日 | 基于protues arm2124仿真贪吃蛇程序

mdk keil写的直接导入hex文件就可以运行单片机源程序如下:/*********************************************************************************************File Name : snake.cContent : snake management module**********************************************************************************************/#include "snake.h"/...

2020年10月12日 | Ouster推首款全固态激光雷达传感器

据外媒报道，高分辨率激光雷达传感器公司Ouster宣布推出一款真正的高性能固态激光雷达传感器——ES2，而且该款激光雷达传感器基于其数字激光雷达架构打造，通过应用一块VCSEL激光器芯片和一块SPAD探测器芯片，ES2在分辨率、探测距离和可靠性上都实现了大幅提升。（图片来源：Ouster）Ouster表示，ES2激光雷达传感器将是首款真正的固态、高分辨率、长距数字...

2021年10月12日 | 国内手术台被美国统治15年，国产手术机器人终结垄断局面

近年来,随着科技的不断发展与进步,机器人已经不再是一个新鲜的事物。扫地机器人、厨房机器人等已经进入千家万户。当然,从整个机器人领域的发展情况来看,虽然在家用机器人领域取得了不错的成绩,但是在高端机器人,如手术机器人领域还具备相当大的发展空间。作为机器人的一种,手术机器人相较于普通机器人需要更精准的技术。在复杂的外科手术中,手术机器人能够...

史海拾趣

ERNI公司的发展小趣事

20世纪70年代，ERNI开始实施全球化战略。他们意识到，只有不断扩大市场份额，才能确保公司的长期稳定发展。因此，ERNI开始在欧洲、北美和亚洲等地设立销售处和生产基地，为全球客户提供创新且高品质的产品。这一战略的实施，不仅使ERNI的销售额大幅增长，还进一步巩固了其在全球连接器市场的领先地位。

上海晶岳(AFSEMI)公司的发展小趣事

为了保持技术领先和市场竞争力，晶岳电子一直注重研发团队的建设。目前，公司在上海、深圳及台湾均建有成熟的产品研发团队，核心功率器件及集成电路设计人员均拥有15年以上的设计研发经验。这些优秀的研发人员不仅为公司带来了源源不断的技术创新，也确保了公司在激烈的市场竞争中始终保持领先地位。此外，晶岳电子还积极与高校和研究机构合作，共同开展前沿技术的研发和应用。

AverLogic公司的发展小趣事

AverLogic公司深知人才是企业发展的核心竞争力。因此，公司一直致力于人才培养和团队建设。通过定期的培训和学习，公司不断提升员工的技能和素质，打造了一支高效、专业的团队。这支团队在产品研发、市场拓展等方面都发挥了重要作用，为公司的持续发展提供了有力的保障。

CalRamic Technologies Llc公司的发展小趣事

在21世纪初，随着电子行业的蓬勃发展，对于微型化、高性能电子元器件的需求日益增加。在这样的时代背景下，CalRamic Technologies Llc公司应运而生。公司由几位在电子行业有着丰富经验的工程师创立，他们看到了陶瓷电容器等元器件的巨大市场潜力。初创时期，公司面临着资金紧张和技术瓶颈等挑战，但团队凭借对市场的深刻理解和技术的不断创新，逐渐在电子元器件市场上占据了一席之地。

Aavid Niagra公司的发展小趣事

为了拓展市场份额，Aavid Niagra公司开始实施全球化战略布局。公司先后在多个国家和地区设立了生产基地和研发中心，以便更好地服务当地客户。同时，公司还积极参与国际电子行业的交流与合作，不断提升自身的国际影响力。全球化战略的实施为公司带来了更多的发展机遇，也使其在全球电子散热市场上占据了重要地位。

ELECTRONIC ASSEMBLY公司的发展小趣事

在电子产业的浪潮中，一家名为“智汇电子组装”的初创公司凭借其独特的技术优势迅速崛起。公司创始人是一位资深的电子工程师，他带领着一支由多名技术精英组成的团队，专注于研发高效、精确的电子组装技术。通过不断创新和优化，智汇电子组装成功开发出一套自动化组装设备，大大提高了生产效率，降低了成本。凭借这一技术优势，公司逐渐在电子组装市场上崭露头角，赢得了众多客户的青睐。