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電容的(de)作用及使用注意事項

作者:小編    發布時(shí)間:2020-10-31 10:06:37    浏覽量:

作爲(wéi / wèi)無源元件之(zhī)一(yī / yì /yí)的(de)電容,其作用不(bù)外乎以(yǐ)下幾種:

  1、應用于(yú)電源電路,實現旁路、去藕、濾波和(hé / huò)儲能方面電容的(de)作用,下面分類詳述之(zhī):

  1)濾波

  濾波是(shì)電容的(de)作用中很重要(yào / yāo)的(de)一(yī / yì /yí)部分。幾乎所有的(de)電源電路中都會用到(dào)。從理論上(shàng)(即假設電容爲(wéi / wèi)純電容)說(shuō),電容越大(dà),阻抗越小,通過的(de)頻率也(yě)越高。但實際上(shàng)超過1uF的(de)電容大(dà)多爲(wéi / wèi)電解電容,有很大(dà)的(de)電感成份,所以(yǐ)頻率高後反而(ér)阻抗會增大(dà)。有時(shí)會看到(dào)有一(yī / yì /yí)個(gè)電容量較大(dà)電解電容并聯了(le/liǎo)一(yī / yì /yí)個(gè)小電容,這(zhè)時(shí)大(dà)電容通低頻,小電容通高頻。電容的(de)作用就(jiù)是(shì)通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大(dà)低頻越容易通過,電容越大(dà)高頻越容易通過。具體用在(zài)濾波中,大(dà)電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。

  曾有網友将濾波電容比作“水塘”。由于(yú)電容的(de)兩端電壓不(bù)會突變,由此可知,信号頻率越高則衰減越大(dà),可很形象的(de)說(shuō)電容像個(gè)水塘,不(bù)會因幾滴水的(de)加入或蒸發而(ér)引起水量的(de)變化。它把電壓的(de)變動轉化爲(wéi / wèi)電流的(de)變化,頻率越高,峰值電流就(jiù)越大(dà),從而(ér)緩沖了(le/liǎo)電壓。濾波就(jiù)是(shì)充電,放電的(de)過程。

  2)旁路

  旁路電容是(shì)爲(wéi / wèi)本地(dì / de)器件提供能量的(de)儲能器件,它能使穩壓器的(de)輸出(chū)均勻化,降低負載需求。就(jiù)像小型可充電電池一(yī / yì /yí)樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放電。爲(wéi / wèi)盡量減少阻抗,旁路電容要(yào / yāo)盡量靠近負載器件的(de)供電電源管腳和(hé / huò)地(dì / de)管腳。這(zhè)能夠很好地(dì / de)防止輸入值過大(dà)而(ér)導緻的(de)地(dì / de)電位擡高和(hé / huò)噪聲。地(dì / de)彈是(shì)地(dì / de)連接處在(zài)通過大(dà)電流毛刺時(shí)的(de)電壓降。

  3)去藕

  去藕,又稱解藕。從電路來(lái)說(shuō),總是(shì)可以(yǐ)區分爲(wéi / wèi)驅動的(de)源和(hé / huò)被驅動的(de)負載。如果負載電容比較大(dà),驅動電路要(yào / yāo)把電容充電、放電,才能完成信号的(de)跳變,在(zài)上(shàng)升沿比較陡峭的(de)時(shí)候,電流比較大(dà),這(zhè)樣驅動的(de)電流就(jiù)會吸收很大(dà)的(de)電源電流,由于(yú)電路中的(de)電感,電阻(特别是(shì)芯片管腳上(shàng)的(de)電感,會産生反彈),這(zhè)種電流相對于(yú)正常情況來(lái)說(shuō)實際上(shàng)就(jiù)是(shì)一(yī / yì /yí)種噪聲,會影響前級的(de)正常工作。這(zhè)就(jiù)是(shì)耦合。去藕電容就(jiù)是(shì)起到(dào)一(yī / yì /yí)個(gè)電池的(de)作用,滿足驅動電路電流的(de)變化,避免相互間的(de)耦合幹擾。将旁路電容和(hé / huò)去藕電容結合起來(lái)将更容易理解。旁路電容實際也(yě)是(shì)去藕合的(de),隻是(shì)旁路電容一(yī / yì /yí)般是(shì)指高頻旁路,也(yě)就(jiù)是(shì)給高頻的(de)開關噪聲提高一(yī / yì /yí)條低阻抗洩防途徑。高頻旁路電容一(yī / yì /yí)般比較小,根據諧振頻率一(yī / yì /yí)般是(shì)0.1u,0.01u等,而(ér)去耦合電容一(yī / yì /yí)般比較大(dà),是(shì)10uF或者更大(dà),依據電路中分布參數,以(yǐ)及驅動電流的(de)變化大(dà)小來(lái)确定。旁路是(shì)把輸入信号中的(de)幹擾作爲(wéi / wèi)濾除對象,而(ér)去耦是(shì)把輸出(chū)信号的(de)幹擾作爲(wéi / wèi)濾除對象,防止幹擾信号返回電源。這(zhè)應該是(shì)他(tā)們的(de)本質區别。

  4)儲能

  儲能型電容器通過整流器收集電荷,并将存儲的(de)能量通過變換器引線傳送至電源的(de)輸出(chū)端。電壓額定值爲(wéi / wèi)40~450VDC、電容值在(zài)220~150000uF之(zhī)間的(de)鋁電解電容器(如EPCOS公司的(de)B43504或B43505)是(shì)較爲(wéi / wèi)常用的(de)。根據不(bù)同的(de)電源要(yào / yāo)求,器件有時(shí)會采用串聯、并聯或其組合的(de)形式,對于(yú)功率級超過10KW的(de)電源,通常采用體積較大(dà)的(de)罐形螺旋端子(zǐ)電容器。

  2、應用于(yú)信号電路,主要(yào / yāo)完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數的(de)作用:

  1)耦合

  舉個(gè)例子(zǐ)來(lái)講,晶體管放大(dà)器發射極有一(yī / yì /yí)個(gè)自給偏壓電阻,它同時(shí)又使信号産生壓降反饋到(dào)輸入端形成了(le/liǎo)輸入輸出(chū)信号耦合,這(zhè)個(gè)電阻就(jiù)是(shì)産生了(le/liǎo)耦合的(de)元件,如果在(zài)這(zhè)個(gè)電阻兩端并聯一(yī / yì /yí)個(gè)電容,由于(yú)适當容量的(de)電容器對交流信号較小的(de)阻抗,這(zhè)樣就(jiù)減小了(le/liǎo)電阻産生的(de)耦合效應,故稱此電容爲(wéi / wèi)去耦電容。

  2)振蕩/同步

  包括RC、LC振蕩器及晶體的(de)負載電容都屬于(yú)這(zhè)一(yī / yì /yí)範疇。

  3)時(shí)間常數

  這(zhè)就(jiù)是(shì)常見的(de)R、C串聯構成的(de)積分電路。當輸入信号電壓加在(zài)輸入端時(shí),電容(C)上(shàng)的(de)電壓逐漸上(shàng)升。而(ér)其充電電流則随着電壓的(de)上(shàng)升而(ér)減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的(de)特性通過下面的(de)公式描述:

  i=(V/R)e-(t/CR)

  我們知道(dào)了(le/liǎo)電容的(de)作用以(yǐ)後下面來(lái)談談電容在(zài)使用中的(de)注意事項

  A.什麽是(shì)好電容。

  1.電容容量越大(dà)越好。

  牐牶芏嗳嗽诘缛莸奶婊恢型往愛用大(dà)容量的(de)電容。我們知道(dào)雖然電容越大(dà),爲(wéi / wèi)IC提供的(de)電流補償的(de)能力越強。且不(bù)說(shuō)電容容量的(de)增大(dà)帶來(lái)的(de)體積變大(dà),增加成本的(de)同時(shí)還影響空氣流動和(hé / huò)散熱。關鍵在(zài)于(yú)電容上(shàng)存在(zài)寄生電感,電容放電回路會在(zài)某個(gè)頻點上(shàng)發生諧振。在(zài)諧振點,電容的(de)阻抗小。因此放電回路的(de)阻抗最小,補充能量的(de)效果也(yě)最好。但當頻率超過諧振點時(shí),放電回路的(de)阻抗開始增加,電容提供電流能力便開始下降。電容的(de)容值越大(dà),諧振頻率越低,電容能有效補償電流的(de)頻率範圍也(yě)越小。從保證電容提供高頻電流的(de)能力的(de)角度來(lái)說(shuō),電容越大(dà)越好的(de)觀點是(shì)錯誤的(de),一(yī / yì /yí)般的(de)電路設計中都有一(yī / yì /yí)個(gè)參考值的(de)。

  2.同樣容量的(de)電容,并聯越多的(de)小電容越好

  牐犇脫怪怠⒛臀輪怠⑷葜怠ESR(等效電阻)等是(shì)電容的(de)幾個(gè)重要(yào / yāo)參數,對于(yú)ESR自然是(shì)越低越好。ESR與電容的(de)容量、頻率、電壓、溫度等都有關系。當電壓固定時(shí)候,容量越大(dà),ESR越低。在(zài)闆卡設計中采用多個(gè)小電容并連多是(shì)出(chū)與PCB空間的(de)限制,這(zhè)樣有的(de)人(rén)就(jiù)認爲(wéi / wèi),越多的(de)并聯小電阻,ESR越低,效果越好。理論上(shàng)是(shì)如此,但是(shì)要(yào / yāo)考慮到(dào)電容接腳焊點的(de)阻抗,采用多個(gè)小電容并聯,效果并不(bù)一(yī / yì /yí)定突出(chū)。

  3.ESR越低,效果越好。

  牐牻岷銜頤巧廈娴奶岣叩墓┑绲缏防此擔對于(yú)輸入電容來(lái)說(shuō),輸入電容的(de)容量要(yào / yāo)大(dà)一(yī / yì /yí)點。相對容量的(de)要(yào / yāo)求,對ESR的(de)要(yào / yāo)求可以(yǐ)适當的(de)降低。因爲(wéi / wèi)輸入電容主要(yào / yāo)是(shì)耐壓,其次是(shì)吸收MOSFET的(de)開關脈沖。對于(yú)輸出(chū)電容來(lái)說(shuō),耐壓的(de)要(yào / yāo)求和(hé / huò)容量可以(yǐ)适當的(de)降低一(yī / yì /yí)點。ESR的(de)要(yào / yāo)求則高一(yī / yì /yí)點,因爲(wéi / wèi)這(zhè)裏要(yào / yāo)保證的(de)是(shì)足夠的(de)電流通過量。但這(zhè)裏要(yào / yāo)注意的(de)是(shì)ESR并不(bù)是(shì)越低越好,低ESR電容會引起開關電路振蕩。而(ér)消振電路複雜同時(shí)會導緻成本的(de)增加。闆卡設計中,這(zhè)裏一(yī / yì /yí)般有一(yī / yì /yí)個(gè)參考值,此作爲(wéi / wèi)元件選用參數,避免消振電路而(ér)導緻成本的(de)增加。

  4.好電容代表着高品質。

  牐牎拔ǖ缛萋邸痹經盛極一(yī / yì /yí)時(shí),一(yī / yì /yí)些廠商和(hé / huò)媒體也(yě)刻意的(de)把這(zhè)個(gè)事情做成一(yī / yì /yí)個(gè)賣點。在(zài)闆卡設計中,電路設計水平是(shì)關鍵。和(hé / huò)有的(de)廠商可以(yǐ)用兩相供電做出(chū)比一(yī / yì /yí)些廠商采用四相供電更穩定的(de)産品一(yī / yì /yí)樣,一(yī / yì /yí)味的(de)采用高價電容,不(bù)一(yī / yì /yí)定能做出(chū)好産品。衡量一(yī / yì /yí)個(gè)産品,一(yī / yì /yí)定要(yào / yāo)全方位多角度的(de)去考慮,切不(bù)可把電容的(de)作用有意無意的(de)誇大(dà)。

  B.電容爆漿之(zhī)面面談

  爆漿的(de)種類:

  牐牱至嚼啵輸入電容爆漿和(hé / huò)輸出(chū)電容爆漿。

  牐牰雜谑淙氲缛堇此擔就(jiù)是(shì)我是(shì)說(shuō)的(de)C1,C1對由電源接收到(dào)的(de)電流進行過濾。輸入電容爆漿和(hé / huò)電源輸入電流的(de)品質有關。過多的(de)毛刺電壓,峰值電壓過高,電流不(bù)穩定等都使電容過于(yú)充放電過于(yú)頻繁,長時(shí)間處于(yú)這(zhè)類工作環境下的(de)電容,内部溫度升高很快。超過洩爆口的(de)承受極限就(jiù)會發生爆漿。

  牐牰雜谑涑龅缛堇此擔就(jiù)我說(shuō)的(de)C2,對經電源模塊調整後的(de)電流進行濾波。此處電流經過一(yī / yì /yí)次過濾,比較平穩,發生爆漿的(de)可能性相對來(lái)說(shuō)小了(le/liǎo)不(bù)少。但如果環境溫度過高,電容同樣容易發生爆漿。爆,報也(yě)。采用垃圾東西自然要(yào / yāo)爆,報應啊。欲知過去因者,見其現在(zài)果;欲知未來(lái)果者,見其現在(zài)因。

  牐電解電容爆漿的(de)原因:

  牐牭缛荼漿的(de)原因有很多,比如電流大(dà)于(yú)允許的(de)穩波電流、使用電壓超出(chū)工作電壓、逆向電壓、頻繁的(de)充放電等。但是(shì)最直接的(de)原因就(jiù)是(shì)高溫。我們知道(dào)電容有一(yī / yì /yí)個(gè)重要(yào / yāo)的(de)參數就(jiù)是(shì)耐溫值,指的(de)就(jiù)是(shì)電容内部電解液的(de)沸點。當電容的(de)内部溫度達到(dào)電解液的(de)沸點時(shí),電解液開始沸騰,電容内部的(de)壓力升高,當壓力超過洩爆口的(de)承受極限就(jiù)發生了(le/liǎo)爆漿。所以(yǐ)說(shuō)溫度是(shì)導緻電容爆漿的(de)直接原因。電容設計使用壽命大(dà)約爲(wéi / wèi)2萬小時(shí),受環境溫度的(de)影響也(yě)很大(dà)。電容的(de)使用壽命随溫度的(de)增加而(ér)減小,實驗證明環境溫度每升高10℃,電容的(de)壽命就(jiù)會減半。主要(yào / yāo)原因就(jiù)是(shì)溫度加速化學反應而(ér)使介質随時(shí)間退化失效,這(zhè)樣電容壽命終結。爲(wéi / wèi)了(le/liǎo)保證電容的(de)穩定性,電容在(zài)插闆前要(yào / yāo)經過長時(shí)間的(de)高溫環境的(de)測試。即使是(shì)在(zài)100℃,高品質的(de)電容也(yě)可以(yǐ)工作幾千個(gè)小時(shí)。同時(shí),我們提到(dào)的(de)電容的(de)壽命是(shì)指電容在(zài)使用過程中,電容容量不(bù)會超過标準範圍變化的(de)10%。電容壽命指的(de)是(shì)電容容量的(de)問題,而(ér)不(bù)是(shì)設計壽命到(dào)達之(zhī)後就(jiù)發生爆漿。隻是(shì)無法保證電容的(de)設計的(de)容量标準。

  牐犓以(yǐ),短時(shí)期内,正常使用的(de)闆卡電容就(jiù)發生爆漿的(de)情況,這(zhè)就(jiù)是(shì)電容品質問題。另外,不(bù)正常的(de)使用情況也(yě)有可能發生電容爆漿的(de)情況。比如熱插拔電腦配件也(yě)會導緻闆卡局部電路電流、電壓的(de)劇烈變化,從而(ér)引發電容使用故障。


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