Dans le processus de construction d'une alimentation à découpage, comment le condensateur de filtrage doit-il être correctement sélectionné ?
Le condensateur de filtrage joue un rôle très important dans l'alimentation à découpage. Comment sélectionner correctement le condensateur de filtrage, en particulier la sélection du condensateur de filtrage de sortie, est un problème qui préoccupe beaucoup chaque ingénieur et technicien. Nous pouvons voir différents condensateurs sur le circuit du filtre de puissance, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF avec différentes valeurs de capacité, alors comment ces paramètres sont-ils déterminés ? Ne me dites pas que j'ai copié le schéma de principe de quelqu'un d'autre, hein, hein.
Pour les condensateurs électrolytiques courants utilisés dans les circuits à fréquence de puissance de 50 Hz, la fréquence de tension pulsée n'est que de 100 Hz et le temps de charge et de décharge est de l'ordre de quelques millisecondes. Afin d'obtenir un coefficient de pulsation plus petit, la capacité requise est aussi élevée que des centaines de milliers de μF. Par conséquent, l'objectif des condensateurs électrolytiques en aluminium basse fréquence ordinaires est d'augmenter la capacité. Les principaux paramètres du pour et du contre. Cependant, le condensateur électrolytique du filtre de sortie dans l'alimentation à découpage a une fréquence de tension en dents de scie aussi élevée que des dizaines de kHz, voire des dizaines de MHz. À ce moment, la capacité n'est pas l'indicateur principal. La norme pour mesurer la qualité des condensateurs électrolytiques en aluminium haute fréquence est les caractéristiques "impédance-" fréquence ", il est nécessaire d'avoir une impédance équivalente inférieure dans la fréquence de fonctionnement de l'alimentation à découpage, et en même temps d'avoir un bon filtrage effet sur les pics haute fréquence générés lorsque le dispositif à semi-conducteur fonctionne.
Les condensateurs électrolytiques basse fréquence ordinaires commencent à montrer une inductance à environ 10 kHz, ce qui ne peut pas répondre aux exigences des alimentations à découpage. Le condensateur électrolytique aluminium haute fréquence dédié à l'alimentation à découpage comporte quatre bornes. Les deux extrémités de la feuille d'aluminium positive sont respectivement étirées en tant qu'électrode positive du condensateur, et les deux extrémités de la feuille d'aluminium négative sont également respectivement étirées en tant qu'électrode négative. Le courant circule à partir d'une borne positive du condensateur à quatre bornes, traverse l'intérieur du condensateur, puis circule de l'autre borne positive à la charge ; le courant revenant de la charge circule également à partir d'une borne négative du condensateur, puis circule de l'autre borne négative à la borne négative de l'alimentation.
Étant donné que le condensateur à quatre bornes a de bonnes caractéristiques haute fréquence, il fournit un moyen extrêmement favorable pour réduire la composante pulsatoire de la tension et supprimer le bruit de pointe de commutation. Les condensateurs électrolytiques en aluminium haute fréquence ont également une forme multicœur, c'est-à-dire que la feuille d'aluminium est divisée en plusieurs sections plus courtes et que plusieurs conducteurs sont connectés en parallèle pour réduire la composante d'impédance dans la réactance capacitive. Et l'utilisation de matériaux à faible résistivité comme bornes de sortie améliore la capacité du condensateur à résister à des courants importants.
Pour que les circuits numériques fonctionnent de manière stable et fiable, l'alimentation doit être "propre" et la reconstitution de l'énergie doit être opportune, c'est-à-dire que le filtrage et le découplage doivent être bons. Ce qu'est le filtrage et le découplage, en termes simples, c'est pour stocker de l'énergie lorsque la puce n'a pas besoin de courant, et je peux reconstituer l'énergie à temps lorsque vous avez besoin de courant. Ne me dites pas que cette responsabilité n'incombe pas à DCDC et LDO ? Oui, à basses fréquences, ils peuvent le gérer, mais les systèmes numériques à haute vitesse sont différents.
Voyons d'abord le condensateur. La fonction du condensateur est simplement de stocker la charge. Nous savons tous que le filtrage par condensateur doit être ajouté à l'alimentation, et un condensateur {{0}}.1uF doit être placé sur la broche d'alimentation de chaque puce pour le découplage, etc. Pourquoi vois-je que le condensateur à côté de la broche d'alimentation de certaines puces de carte se trouve 0.1uF ou 0.01uF Oui, à quoi ça sert ? Pour comprendre cette vérité, nous devons comprendre les caractéristiques réelles des condensateurs. Un condensateur idéal n'est qu'un stockage de charge, à savoir C. Cependant, le condensateur fabriqué n'est pas si simple. Lors de l'analyse de l'intégrité de l'alimentation, le modèle de condensateur couramment utilisé est illustré dans la figure ci-dessous.
Dans la figure, ESR est la résistance équivalente en série du condensateur, ESL est l'inductance équivalente en série du condensateur et C est le véritable condensateur idéal. L'ESR et l'ESL sont déterminées par le processus de fabrication et les matériaux du condensateur et ne peuvent pas être éliminées. Quel effet ces deux choses ont-elles sur le circuit. L'ESR affecte l'ondulation de l'alimentation et l'ESL affecte les caractéristiques de fréquence du filtre du condensateur.
Nous savons que la réactance capacitive Zc=1/ωC du condensateur, la réactance inductive Zl=ωL de l'inducteur, (ω=2πf) et l'impédance complexe du condensateur réel est Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf c. On peut voir que lorsque la fréquence est très basse, la capacité joue un rôle, et lorsque la fréquence est élevée à un certain niveau, le rôle de l'inductance ne peut être ignoré, et lorsque la fréquence est plus élevée, l'inductance jouera un rôle principal. Le condensateur perd son effet de filtrage. Alors rappelez-vous, lorsque la fréquence est élevée, le condensateur n'est pas simplement un condensateur.
Comme mentionné ci-dessus, l'inductance série équivalente du condensateur est déterminée par le processus de fabrication et le matériau du condensateur. L'ESL du condensateur céramique à puce réel varie de quelques dixièmes de nH à plusieurs nH, et plus le boîtier est petit, plus l'ESL est petite.
D'après la courbe de filtre du condensateur ci-dessus, nous pouvons également voir qu'il n'est pas plat, c'est comme un 'V', c'est-à-dire qu'il a des caractéristiques sélectives en fréquence, et nous espérons qu'il est aussi plat que possible ( filtrage au niveau de la carte avant l'étape), et parfois vous voulez qu'il soit aussi net que possible (filtrage ou encoche). Ce qui affecte cette caractéristique est le facteur de qualité Q du condensateur, Q=1/ωCESR, plus l'ESR est grand, plus le Q est petit et plus la courbe est plate. Au contraire, plus l'ESR est petit, plus le Q est grand et plus la courbe est nette. Habituellement, les condensateurs au tantale et les électrolytes en aluminium ont une ESL relativement petite, mais l'ESR est grande, de sorte que les condensateurs au tantale et les électrolytiques en aluminium ont une large plage de fréquences effectives, ce qui convient très bien au filtre de niveau de carte frontale. C'est-à-dire qu'un condensateur au tantale de grande capacité est souvent utilisé pour le filtrage à l'étage d'entrée du DCDC ou du LDO. Et placez des condensateurs de 10uF et 0,1uF près de la puce pour le découplage, les condensateurs en céramique ont une ESR très faible.
