详解:电源设计中的电容选用规则

发布时间:2023-10-17 发布时间:
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  电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。作为一款优秀的设计,电源设计应当是很重要的,它很大程度影响了整个系统的性能和成本。 电源设计中的电容使用,往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。

  一、电源设计中电容的工作原理

  在电源设计应用中,电容主要用于滤波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。根据观察某一随机过程的结果,对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。滤波一词起源于通信理论,它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。“接收信号”相当于被观测的随机过程,“有用信号”相当于被估计的随机过程。

  滤波主要指滤除外来噪声,而退耦/旁路(一种,以旁路的形式达到退耦效果,以后用“退耦”代替)是减小局部电路对外的噪声干扰。很多人容易把两者搞混。下面我们看一个电路结构:

  图中电源为A和B供电。电流经C1后再经过一段PCB走线分开两路分别供给A和B。当A在某一瞬间需要一个很大的电流时,如果没有C2和C3,那么会因为线路电感的原因A端的电压会变低,而B端电压同样受A端电压影响而降低,于是局部电路A的电流变化引起了局部电路B的电源电压,从而对B电路的信号产生影响。同样,B的电流变化也会对A形成干扰。这就是“共路耦合干扰”。

  增加了C2后,局部电路再需要一个瞬间的大电流的时候,电容C2可以为A暂时提供电流,即使共路部分电感存在,A端电压不会下降太多。对B的影响也会减小很多。于是通过电流旁路起到了退耦的作用。

  一般滤波主要使用大容量电容,对速度要求不是很快,但对电容值要求较大。如果图中的局部电路A是指一个芯片的话,而且电容尽可能靠近芯片的电源引脚。而如果“局部电路A”是指一个功能模块的话,可以使用瓷片电容,如果容量不够也可以使用钽电容或铝电解电容(前提是功能模块中各芯片都有了退耦电容— 瓷片电容)。

  滤波电容的容量往往都可以从电源芯片的数据手册里找到计算公式。如果滤波电路同时使用电解电容、钽电容和瓷片电容的话,把电解电容放的离开关电源最近,这样能保护钽电容。瓷片电容放在钽电容后面。这样可以获得最好的滤波效果。


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