關於寄生電容 一定要仔細讀一讀
發布時間:2019-05-05 責任編輯:wenwei
【導讀】電源紋波和瞬態規格會決定所需電容器的大小,同時也會限製電容器的寄生組成設置。圖1顯示一個電容器的基本寄生組成,其由等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)組成,並且以曲線圖呈現出三種電容器(陶瓷電容器、鋁質電解電容器和鋁聚合物電容器)的阻抗與頻率之間的關係。表1顯示了用於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。
表1:三種電容器比較情況,各有優點。

dipinxia,suoyousanzhongdianrongqijunweibiaoxianchujishengfenliang,yinweizukangmingxianzhiyudianrongxiangguan。danshi,lvdianjiedianrongqizukangtingzhijianxiao,bingzaixiangduidipinshikaishibiaoxianchudianzutexing。zhezhongdianzutexingbuduanzengjia,zhidaodadaomougexiangduigaopinweizhi(電容器出現電感)。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,並且ESL很明顯。陶瓷電容器也有低ESR,但由於其外殼尺寸更小,它的ESL小於鋁聚合物和鋁電解電容器。

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下的連續同步調節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。因此,紋波電壓與電感紋波電流直接相關。藍色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓,其擁有小ESL和ESR.這zhe種zhong情qing況kuang的de紋wen波bo電dian壓ya為wei輸shu出chu電dian感gan紋wen波bo電dian流liu的de組zu成cheng部bu分fen。由you於yu紋wen波bo電dian流liu為wei線xian性xing,因yin此ci這zhe導dao致zhi一yi係xi列lie時shi間jian平ping方fang部bu分fen,並bing且qie外wai形xing看kan似si正zheng弦xian曲qu線xian。
最後,綠色線條代表紋波電壓,其電容器阻抗由其ESL主導,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計的一樣。ESL主導時,紋波電壓引導輸出濾波器電感電流。ESR主zhu導dao時shi,紋wen波bo與yu電dian流liu同tong相xiang,而er電dian容rong主zhu導dao時shi,其qi延yan遲chi。現xian實shi情qing況kuang下xia,輸shu出chu紋wen波bo電dian壓ya並bing非fei僅jin包bao含han來lai自zi這zhe些xie元yuan件jian中zhong之zhi一yi的de電dian壓ya。相xiang反fan,它ta是shi所suo有you三san個ge元yuan件jian電dian壓ya之zhi和he。因yin此ci,在zai紋wen波bo電dian壓ya波bo形xing中zhong都dou能neng看kan到dao其qi某mou些xie部bu分fen。

圖2:電容器及其寄生要素在連續同步降壓調節器中形成不同的紋波電壓
圖3顯xian示shi了le一yi個ge深shen度du連lian續xu反fan激ji或huo者zhe降jiang壓ya調tiao節jie器qi的de波bo形xing,其qi輸shu出chu電dian容rong器qi電dian流liu可ke以yi為wei正zheng和he負fu,而er具ju體ti狀zhuang態tai會hui不bu斷duan快kuai速su變bian化hua。紅hong色se線xian條tiao清qing楚chu表biao明ming了le這zhe種zhong情qing況kuang,其qi電dian壓ya由you這zhe種zhong電dian流liu乘cheng以yiESRdechu,jieguozeweiyizhongfangbo。dianrongqiyuanjiandedianyaweifangbodezuchengbufen。tadaozhixianxingchongdianhefangdian,rulansesanjiaoboxingsuoshi。zuihou,jindangdianliuzaiguoduqijianbianhuashi,dianrongqiESL的電壓才明顯。這種電壓會非常高,取決於輸出電流升時間。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常出現雙級濾波器的眾多原因之一。

圖3:波形隨連續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於提高紋波和瞬態性能。隨著電源頻率升高,寄生問題的影響更大、更不應忽視。在20kHz附近,鋁電解電容器的ESR大到足以主導電容阻抗。在100kHz時,一些鋁聚合物電容表現出電感。電源進入兆赫茲開關頻率時,請注意所有三種電容器的ESL.
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