電容的作用及使用注意事項 |
點(diǎn)擊次數:1110 更新時(shí)間:2020-08-13 |
作為無(wú)源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種: 1、應用于電源電路,實(shí)現旁路、去藕、濾波和儲能方面電容的作用,下面分類(lèi)詳述之: 1)濾波 濾波是電容的作用中很重要的一部分。幾乎所有的電源電路中都會(huì )用到。從理論上(即假設電容為純電容)說(shuō),電容越大,阻抗越小,通過(guò)的頻率也越高。但實(shí)際上超過(guò)1uF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會(huì )增大。有時(shí)會(huì )看到有一個(gè)電容量較大電解電容并聯(lián)了一個(gè)小電容,這時(shí)大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過(guò),電容越大高頻越容易通過(guò)。具體用在濾波中,大電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。 曾有網(wǎng)友將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會(huì )突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說(shuō)電容像個(gè)水塘,不會(huì )因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動(dòng)轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過(guò)程。 2)旁路 旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩壓器的輸出均勻化,降低負載需求。就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過(guò)大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過(guò)大電流毛刺時(shí)的電壓降。 3)去藕 去藕,又稱(chēng)解藕。從電路來(lái)說(shuō),總是可以區分為驅動(dòng)的源和被驅動(dòng)的負載。如果負載電容比較大,驅動(dòng)電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時(shí)候,電流比較大,這樣驅動(dòng)的電流就會(huì )吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會(huì )產(chǎn)生反彈),這種電流相對于正常情況來(lái)說(shuō)實(shí)際上就是一種噪聲,會(huì )影響前級的正常工作。這就是耦合。去藕電容就是起到一個(gè)電池的作用,滿(mǎn)足驅動(dòng)電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。將旁路電容和去藕電容結合起來(lái)將更容易理解。旁路電容實(shí)際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開(kāi)關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10uF或者更大,依據電路中分布參數,以及驅動(dòng)電流的變化大小來(lái)確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應該是他們的本質(zhì)區別。 4)儲能 儲能型電容器通過(guò)整流器收集電荷,并將存儲的能量通過(guò)變換器引線(xiàn)傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150000uF之間的鋁電解電容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是較為常用的。根據不同的電源要求,器件有時(shí)會(huì )采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式,對于功率級超過(guò)10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。 2、應用于信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數的作用: 1)耦合 舉個(gè)例子來(lái)講,晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻,它同時(shí)又使信號產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件,如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容,由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應,故稱(chēng)此電容為去耦電容。 2)振蕩/同步 包括RC、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。 3)時(shí)間常數 這就是常見(jiàn)的R、C串聯(lián)構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時(shí),電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著(zhù)電壓的上升而減小。電流通過(guò)電阻(R)、電容(C)的特性通過(guò)下面的公式描述: i=(V/R)e-(t/CR) 我們知道了電容的作用以后下面來(lái)談?wù)勲娙菰谑褂弥械淖⒁馐马?/p> A.什么是好電容。 1.電容容量越大越好。 牐牶芏噯嗽詰縟蕕奶恢型往愛(ài)用大容量的電容。我們知道雖然電容越大,為IC提供的電流補償的能力越強。且不說(shuō)電容容量的增大帶來(lái)的體積變大,增加成本的同時(shí)還影響空氣流動(dòng)和散熱。關(guān)鍵在于電容上存在寄生電感,電容放電回路會(huì )在某個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)生諧振。在諧振點(diǎn),電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗小,補充能量的效果也好。但當頻率超過(guò)諧振點(diǎn)時(shí),放電回路的阻抗開(kāi)始增加,電容提供電流能力便開(kāi)始下降。電容的容值越大,諧振頻率越低,電容能有效補償電流的頻率范圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來(lái)說(shuō),電容越大越好的觀(guān)點(diǎn)是錯誤的,一般的電路設計中都有一個(gè)參考值的。 2.同樣容量的電容,并聯(lián)越多的小電容越好 牐犇脫怪?、耐屋喌、容值SR(等效電阻)等是電容的幾個(gè)重要參數,對于ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關(guān)系。當電壓固定時(shí)候,容量越大,ESR越低。在板卡設計中采用多個(gè)小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認為,越多的并聯(lián)小電阻,ESR越低,效果越好。理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點(diǎn)的阻抗,采用多個(gè)小電容并聯(lián),效果并不一定突出。 3.ESR越低,效果越好。 牐牻岷銜頤巧廈嫻奶岣叩墓┑緄緶防此擔對于輸入電容來(lái)說(shuō),輸入電容的容量要大一點(diǎn)。相對容量的要求,對ESR的要求可以適當的降低。因為輸入電容主要是耐壓,其次是吸收MOSFET的開(kāi)關(guān)脈沖。對于輸出電容來(lái)說(shuō),耐壓的要求和容量可以適當的降低一點(diǎn)。ESR的要求則高一點(diǎn),因為這里要保證的是足夠的電流通過(guò)量。但這里要注意的是ESR并不是越低越好,低ESR電容會(huì )引起開(kāi)關(guān)電路振蕩。而消振電路復雜同時(shí)會(huì )導致成本的增加。板卡設計中,這里一般有一個(gè)參考值,此作為元件選用參數,避免消振電路而導致成本的增加。 4.好電容代表著(zhù)高品質(zhì)。 牐牎拔ǖ縟萋邸痹經(jīng)盛極一時(shí),一些廠(chǎng)商和媒體也刻意的把這個(gè)事情做成一個(gè)賣(mài)點(diǎn)。在板卡設計中,電路設計水平是關(guān)鍵。和有的廠(chǎng)商可以用兩相供電做出比一些廠(chǎng)商采用四相供電更穩定的產(chǎn)品一樣,一味的采用高價(jià)電容,不一定能做出好產(chǎn)品。衡量一個(gè)產(chǎn)品,一定要多角度的去考慮,切不可把電容的作用有意無(wú)意的夸大。 B.電容爆漿之面面談 爆漿的種類(lèi): 牐牱至嚼啵輸入電容爆漿和輸出電容爆漿。 牐牰雜謔淙氳縟堇此擔就是我是說(shuō)的C1,C1對由電源接收到的電流進(jìn)行過(guò)濾。輸入電容爆漿和電源輸入電流的品質(zhì)有關(guān)。過(guò)多的毛刺電壓,峰值電壓過(guò)高,電流不穩定等都使電容過(guò)于充放電過(guò)于頻繁,長(cháng)時(shí)間處于這類(lèi)工作環(huán)境下的電容,內部溫度升高很快。超過(guò)泄爆口的承受極限就會(huì )發(fā)生爆漿。 牐牰雜謔涑齙縟堇此擔就我說(shuō)的C2,對經(jīng)電源模塊調整后的電流進(jìn)行濾波。此處電流經(jīng)過(guò)一次過(guò)濾,比較平穩,發(fā)生爆漿的可能性相對來(lái)說(shuō)小了不少。但如果環(huán)境溫度過(guò)高,電容同樣容易發(fā)生爆漿。爆,報也。采用垃圾東西自然要爆,報應啊。欲知過(guò)去因者,見(jiàn)其現在果;欲知未來(lái)果者,見(jiàn)其現在因。 牐電解電容爆漿的原因: 牐牭縟荼漿的原因有很多,比如電流大于允許的穩波電流、使用電壓超出工作電壓、逆向電壓、頻繁的充放電等。但是直接的原因就是高溫。我們知道電容有一個(gè)重要的參數就是耐溫值,指的就是電容內部電解液的沸點(diǎn)。當電容的內部溫度達到電解液的沸點(diǎn)時(shí),電解液開(kāi)始沸騰,電容內部的壓力升高,當壓力超過(guò)泄爆口的承受極限就發(fā)生了爆漿。所以說(shuō)溫度是導致電容爆漿的直接原因。電容設計使用壽命大約為2萬(wàn)小時(shí),受環(huán)境溫度的影響也很大。電容的使用壽命隨溫度的增加而減小,實(shí)驗證明環(huán)境溫度每升高10℃,電容的壽命就會(huì )減半。主要原因就是溫度加速化學(xué)反應而使介質(zhì)隨時(shí)間退化失效,這樣電容壽命終結。為了保證電容的穩定性,電容在插板前要經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的高溫環(huán)境的測試。即使是在100℃,高品質(zhì)的電容也可以工作幾千個(gè)小時(shí)。同時(shí),我們提到的電容的壽命是指電容在使用過(guò)程中,電容容量不會(huì )超過(guò)標準范圍變化的10%。電容壽命指的是電容容量的問(wèn)題,而不是設計壽命到達之后就發(fā)生爆漿。只是無(wú)法保證電容的設計的容量標準。 上一篇:你知道力士樂(lè )REXROTH溢流閥的工作原理嗎 下一篇:IFM易福門(mén)電容式傳感器如何選擇 |