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電容器中二極管 電感 電阻電容在電源方案中的設(shè)計思路
發(fā)布時間：2013-03-18   類別：新聞資訊  點擊量：4102

在電源設(shè)計中，像二極管，電感 電阻電容在電路版的合理組合是一個研發(fā)的方向。 首先讓我們來看下圖表中的電容器的ESL等參數(shù)的不同。表1顯示了用于生成這些曲線的各個值。這些值為低壓（1V~2.5V）、中等強度電流（5A）同步降壓電源的典型值。電源紋波和瞬態(tài)規(guī)格會決定所需電容器的大小，同時也會限制電容器的寄生組成設(shè)置。圖1就顯示一個電容器的基本寄生組成，其由等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）組成，并且以曲線圖呈現(xiàn)出三種電容器的阻抗與頻率之間的關(guān)系。
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表1：三種電容器比較情況，各有優(yōu)點。
低頻下，所有三種電容器均未表現(xiàn)出寄生分量，因為阻抗明顯只與電容相關(guān)。但是，鋁電解電容器阻抗停止減小，并在相對低頻時開始表現(xiàn)出電阻特性。這種電阻特性不斷增加，直到達到某個相對高頻為止（電容器出現(xiàn)電感）。鋁聚合物電容器為與理想狀況不符的另一種電容器。有趣的是，它擁有低ESR，并且ESL很明顯。陶瓷電容器也有低ESR，但由于其外殼尺寸更小，它的ESL小于鋁聚合物和鋁電解電容器。
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 圖1：寄生對陶瓷、鋁和鋁聚合物電容器阻抗的改變不同


圖2顯示運作在500kHz下的連續(xù)同步調(diào)節(jié)器模擬的電源輸出電容器波形。它使用圖1所示三種電容器的主要阻抗：陶瓷電容；鋁ESR；鋁聚合物ESL。

      紅色線條為鋁電解電容器，其由ESR主導(dǎo)。因此，紋波電壓與電感紋波電流直接相關(guān)。藍色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓，其擁有小ESL和ESR。這種情況的紋波電壓為輸出電感紋波電流的組成部分。由于紋波電流為線性，因此這導(dǎo)致一系列時間平方部分，并且外形看似正弦曲線。

      最后，綠色線條代表紋波電壓，其電容器阻抗由其ESL主導(dǎo)，例如：鋁聚合物電容器等。在這種情況下，輸出濾波器電感和ESL形成一個分壓器。這些波形的相對相位與我們預(yù)計的一樣。ESL主導(dǎo)時，紋波電壓引導(dǎo)輸出濾波器電感電流。ESR主導(dǎo)時，紋波與電流同相，而電容主導(dǎo)時，其延遲?，F(xiàn)實情況下，輸出紋波電壓并非僅包含來自這些元件中之一的電壓。相反，它是所有三個元件電壓之和。因此，在紋波電壓波形中都能看到其某些部分。
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圖2：電容器及其寄生要素在連續(xù)同步降壓中形成不同的紋波電壓

圖3顯示了一個深度連續(xù)反激或者降壓調(diào)節(jié)器的波形，其輸出電容器電流可以為正和負，而具體狀態(tài)會不斷快速變化。紅色線條清楚表明了這種情況，其電壓由這種電流乘以ESR得出，結(jié)果則為一種方波。電容器元件的電壓為方波的組成部分。它導(dǎo)致線性充電和放電，如藍色三角波形所示。最后，僅當(dāng)電流在過渡期間變化時，電容器ESL的電壓才明顯。這種電壓會非常高，取決于輸出電流升時間。請注意，在這種情況下，綠色線條需除以10（假設(shè)25 nS電流過渡）。這些大電感尖峰就是在反激或降壓電源中經(jīng)常出現(xiàn)雙級濾波器的眾多原因之一。




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圖3：波形隨連續(xù)反激或者降壓輸出電流而變化

總之，輸出電容器的阻抗有助于提高紋波和瞬態(tài)性能。隨著電源頻率升高，寄生問題的影響更大、更不應(yīng)忽視。在20kHz附近，鋁電解電容器的ESR大到足以主導(dǎo)電容阻抗。在100kHz時，一些鋁聚合物電容表現(xiàn)出電感。電源進入兆赫茲開關(guān)頻率時，請注意所有三種電容器的ESL。在電源電路板上的二極管，在DIP還是SMD封裝上的選擇也有一些要講的，另待它文。



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