Wybór najlepszych kondensatorów do filtrowania zasilania

Każde regulowane zasilanie musi być zaprojektowane tak, aby miało niski poziom szumów na wejściu i wyjściu do sekcji regulatora. Osiągnięcie niskiego poziomu szumów zależy od wyboru odpowiedniego kondensatora filtrującego dla Twojego zasilania. W zależności od prądu, te kondensatory mogą być dość duże, lub może być konieczne umieszczenie dużej liczby kondensatorów równolegle. Z odpowiednim kondensatorem (lub bankiem kondensatorów) będziesz w stanie tłumić wahania napięcia z prostownika, zapewniając jednocześnie długą żywotność.

Chociaż większość tematów dotyczących „kondensatorów filtrujących” po prostu odnosi się do kondensatora wyjściowego na prostowniku, może to również odnosić się do kondensatora na wyjściu regulatora napięcia. Kondensator filtrujący może również odnosić się do komponentów używanych w filtrze EMI na wejściu do zasilacza. Na szczęście, niektóre z tych samych zasad mają zastosowanie przy wyborze najlepszych kondensatorów do filtrowania zasilania. Zapoznaj się z naszym przewodnikiem, aby zobaczyć, jak wybrać kondensator zasilający, którego potrzebujesz.

Jakie są najlepsze kondensatory do filtrowania zasilania?

Chcielibyśmy po prostu wejść na DigiKey i wywołać stronę dla kondensatorów filtrujących, ale taka droga nie istnieje. Prawda jest taka, że różne kondensatory są przydatne do różnych celów, a specyfikacje w różnych kondensatorach określają ich odpowiednie zastosowanie. Oczywiście, musisz dobrać kondensator do odpowiedniej wartości, aby zapewnić tłumienie tętnień (większy jest lepszy), ale to wykracza poza proste obliczanie pojemności.

Aby zacząć wybierać najlepsze kondensatory do filtrowania zasilania, musisz zagłębić się w karty katalogowe kondensatorów i przeanalizować niektóre specyfikacje. Niektóre z ważnych specyfikacji to:

• Materiał kondensatora: Twój kondensator może być ceramiczny, elektrolityczny, tantalowy, poliestrowy lub wykonany z innego materiału. Określa to użyteczny zakres pojemności, jak również inne specyfikacje, takie jak napięcie znamionowe i parametry pasożytnicze.

• Napięcie robocze: To po prostu informuje o maksymalnym napięciu stałym lub przemiennym RMS, które może być przyłożone do kondensatora. Określone napięcie robocze jest ważne w określonym zakresie temperatur pracy, co może być przedstawione na wykresie.

• Parametry pasożytnicze lub częstotliwość rezonansowa: Te specyfikacje są podawane na różne sposoby, w zależności od producenta. Producent może podać tylko wartości ESR i ESL, lub wartości ESL i współczynnika Q, które mogą być użyte do obliczenia częstotliwości rezonansowej i pasma przenoszenia. Alternatywnie, widmo impedancji może być pokazane na wykresie, co może być użyte do obliczenia wartości ESR i ESL.

• Współczynnik temperaturowy: Większość projektantów nie martwi się tym, ale staje się to ważne, ponieważ pojemność rzeczywistego kondensatora zmienia się wraz z temperaturą. Dlatego powinieneś wybrać kondensator z najmniejszym współczynnikiem temperaturowym, jeśli twój produkt będzie działał w szerokim zakresie temperatur.

• Polaryzacja: Kondensatory filtrujące dla obwodów stałoprądowych mają określoną polaryzację, która określa kierunek, w którym powinno być zwrócone pole elektryczne przez kondensator. Nadmiernie duże napięcie przemienne na spolaryzowanym kondensatorze może przedwcześnie zniszczyć komponent.

Ten zakres specyfikacji pokryje wszystkie istotne aplikacje filtrujące, z którymi będziesz pracować. Sztuczka w wyborze kondensatora wyjściowego prostownika, kondensatora filtru EMI lub kondensatora wyjściowego regulatora mocy polega na zrównoważeniu wymaganej wartości pojemności z innymi ważnymi specyfikacjami. Schemat blokowy pokazuje niektóre miejsca, w których będziesz musiał wybrać różne typy kondensatorów do swojego projektu.

Trzy typowe miejsca na umieszczenie kondensatora filtrującego i ważny parametr w każdym przypadku są pokazane powyżej.

Filtrowanie wyjścia prostownika

Tutaj ważne jest, aby rozważyć wartość pojemności i wartość ESR. Te wartości są ważne z dwóch powodów. Po pierwsze, kondensator musi być dobrane tak, aby minimalizować napięcie tętnień podczas półokresu oscylacji sieci. Aby dobrać potrzebny kondensator, wystarczy użyć poniższego wzoru:

Wartość kondensatora wymagana do utrzymania wartości szczytowej tętnień na określonym poziomie.

Tutaj, obecny termin odnosi się do prądu, który musi być dostarczony przez kondensator, gdy prąd prostownika i spadek napięcia podczas prostowania. Dla danego prądu, wystarczy wybrać pożądane napięcie tętnień (jako zmianę wielkości), aby obliczyć wymaganą wartość kondensatora. Teoretycznie, nieskończona pojemność wytworzy zerowe tętnienia.

Wartość ESR to pasożyt, który określa, jak szybko przewodniki w kondensatorze będą się nagrzewać, gdy komponent się ładuje i rozładowuje. ESR definiuje również najmniejszą ilość czasu, w jakim kondensator może się rozładować. Dla systemu podłączonego do sieci energetycznej, będziesz pracować przy 50 lub 60 Hz, więc nie musisz martwić się o czas rozładowania. Kondensator filtrujący powinien być wybrany z niską wartością ESR, zapewniając jednocześnie wysoką pojemność; ceramiki są tutaj dobrym wyborem, ponieważ mają tendencję do bardzo niskiego ESR.

Filtrowanie EMI

Projektując filtr EMI, ważny jest układ topologiczny obwodu i dokładna wartość pojemności. Samorezonans jest również ważny, ponieważ jeśli system działa poza częstotliwością samorezonansu kondensatora, kondensator będzie „działał” jakby miał inną wartość. Ponadto, inne komponenty reaktywne (np. dławiki, cewki, czy ferryty) będą oddziaływać z kondensatorem, tworząc skomplikowane sprzężone oscylacje. Upewnij się, że zweryfikowałeś swój projekt za pomocą symulacji, aby określić odpowiednią pojemność potrzebną do filtrowania.

Głównym celem filtrowania EMI w linii zasilania jest anulowanie szumów wspólnych i różnicowych. Zawsze używam niepolaryzowanych kondensatorów do filtrów EMI, które są podłączone do linii AC i polecam, aby inni projektanci robili to samo. Dopóki częstotliwości samorezonansu wszystkich kondensatorów są wystarczająco duże dla pasma szumów, które Cię interesują, nie musisz się zbytnio martwić.

Wyjście regulatora

Umieszczony na wyjściu regulatora (np. regulatora impulsowego lub LDO), kondensator pełni podwójną rolę. Po pierwsze, jego rola polega na ładowaniu i rozładowywaniu podczas przełączania, aby utrzymać stabilne wyjście DC. Po drugie, jego rola polega na odprowadzaniu wysokoczęstotliwościowego EMI przewodzonego do ziemi. Do tej aplikacji można użyć kondensatorów polaryzowanych lub niepolaryzowanych, pod warunkiem, że częstotliwość samorezonansu jest wystarczająco wysoka.

W przypadku regulatora impulsowego, sygnał PWM w regulatorze wygeneruje harmoniczne, które rozciągają się do setek MHz, co następnie pojawi się jako EMI promieniowane i przewodzone na wyjściu. EMI to można zredukować, dodając niewielką ilość tłumienia w obwodzie, na przykład za pomocą ferrytu na wyjściu przełączającego MOSFET w regulatorze. Wyzwaniem tutaj jest użycie kondensatora o wystarczająco wysokiej częstotliwości samorezonansu, możliwie z wyższym ESR, jeśli prąd jest wystarczająco niski. Jeśli prąd wyjściowy jest duży, wtedy lepiej użyć ferrytu lub dławika, aby wprowadzić więcej tłumienia do samorezonansu.

Jak tłumienie wpływa na rezonans własny. Po lewej stronie, zwiększanie tłumienia w systemie zwiększa impedancję kondensatora przy rezonansie. Efekty na promieniowane EMI w przetwornicy impulsowej (rezonans własny kondensatora wyjściowego = 146 MHz) pokazano po prawej.

Kolejnym ważnym zastosowaniem kondensatorów, poza projektowaniem zasilaczy, jest stosowanie ich w sieciach dopasowania impedancji w obwodach wysokiej częstotliwości/wysokiej prędkości. Jednak używanie komponentu reaktywnego, jakim jest kondensator, do dopasowania impedancji jest bardziej powszechne dla anten niż dla par nadawczo-odbiorczych wysokiej prędkości. Ten aspekt użycia kondensatorów jest nieco bardziej specjalistyczny i prawdopodobnie zostanie omówiony w przyszłym artykule.

Gdy szukasz najlepszych kondensatorów do filtrowania zasilania, spróbuj użyć zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart. Korzystając z wyszukiwarki Octopart, otrzymasz kompleksowe rozwiązanie do pozyskiwania elektroniki i zarządzania łańcuchem dostaw. Zobacz naszą stronę z pasywnymi komponentami, aby znaleźć potrzebne kondensatory.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.