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談談電容器的作用

時間:2011-12-20 10:55:50,點擊:0

電容器作為無源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:

1、應用於電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能方麵電容的作用,下麵分類詳述之:
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用到。從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1uF的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高後反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容並聯了一個小電容,這時大電容通低頻,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,電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。
曾有網友將濾波電容 比作“水塘”。由於電容的兩端電壓不會突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會因幾滴水的加入或蒸發而引起水量的變化。 它把電壓的變動轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩衝了電壓。濾波就是充電,放電的過程。

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,並向器件進行放 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大而導致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大 電流毛刺時的電壓降。


3)去藕
去藕,又稱解藕。從電路來說,總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上 升沿比較陡峭的時候,電流比較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對 於正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作。這就是耦合。去藕電容就是起到一個電池的作用,滿足驅動電路電流的變化,避免相互間的耦合幹擾。將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的,隻是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關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 電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的幹擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的幹擾作為濾除對象,防止幹擾信號返回電源。這應該是他們的本質區別。


4)儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,並將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150 000uF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,器件有時會采用串聯、並聯或其組合的形式, 對於功率級超過10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

2、應用於信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用:

1)耦合
舉個例子來講,晶體管放大器發射極有一個自給偏壓電阻,它同時又使信號產生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個電阻就是產生了耦合的元件,如果在這個電阻兩端並聯一個電容,由於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生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容。

2)振蕩/同步
包括RC、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬於這一範疇。

3)時間常數
這就是常見的R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時,電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的特性通過下麵的公式描述:
    i = (V/R)e-(t/CR)
------------------------------
AG亚游官网知道了電容的作用以後下麵來談談電容在使用中的注意事項

A. 什麽是好電容。
1.電容容量越大越好。
  很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。AG亚游官网知道雖然電容越大,為IC提供的電流補償的能力越強。且不說電容容量的增大帶來的體積變大,增加成本的同時還影響空氣流動和散熱。關鍵在於電容上存在寄生電感,電容放電回路會在某個頻點上發生諧振。在諧振點,電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小,補充能量的效果也最好。但當頻率超過諧振點時,放電回路的阻抗開始增加,電容提供電流能力便開始下降。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範圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說,電容越大越好的觀點是錯誤的,一般的電路設計中都有一個參考值的。

2.同樣容量的電容,並聯越多的小電容越好
  耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數,對於ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關係。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。在板卡設計中采用多個小電容並連多是出與PCB空間的限製,這樣有的人就認為,越多的並聯小電阻,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的阻抗,采用多個小電容並聯,效果並不一定突出。

3.ESR越低,效果越好。
  結合AG亚游官网上麵的提高的供電電路來說,對於輸入電容來說,輸入電容的容量要大一點。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的開關脈衝。對於輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當的降低一點。ESR的要求則高一點,因為這裏要保證的是足夠的電流通過量。但這裏要注意的是ESR並不是越低越好,低ESR電容會引起開關電路振蕩。而消振電路複雜同時會導致成本的增加。板卡設計中,這裏一般有一個參考值,此作為元件選用參數,避免消振電路而導致成本的增加。

4.好電容代表著高品質。
  “唯電容論”曾經盛極一時,一些廠商和媒體也刻意的把這個事情做成一個賣點。在板卡設計中,電路設計水平是關鍵。和有的廠商可以用兩相供電做出比一些廠商采用四相供電更穩定的產品一樣,一味的采用高價電容,不一定能做出好產品。衡量一個產品,一定要全方位多角度的去考慮,切不可把電容的作用有意無意的誇大。

B. 電容爆漿之麵麵談
爆漿的種類:
  分兩類,輸入電容爆漿和輸出電容爆漿。
  對於輸入電容來說,就是我是說的C1,C1對由電源接收到的電流進行過濾。輸入電容爆漿和電源輸入電流的品質有關。過多的毛刺電壓,峰值電壓過高,電流不穩定等都使電容過於充放電過於頻繁,長時間處於這類工作環境下的電容,內部溫度升高很快。超過泄爆口的承受極限就會發生爆漿。
  對於輸出電容來說,就我說的C2,對經電源模塊調整後的電流進行濾波。此處電流經過一次過濾,比較平穩,發生爆漿的可能性相對來說小了不少。但如果環境溫度過高,電容同樣容易發生爆漿。爆,報也。采用垃圾東西自然要爆,報應啊。欲知過去因者,見其現在果;欲知未來果者,見其現在因。

  電解電容爆漿的原因:
  電容爆漿的原因有很多,比如電流大於允許的穩波電流、使用電壓超出工作電壓、逆向電壓、頻繁的充放電等。但是最直接的原因就是高溫。AG亚游官网知道電容有一個重要的參數就是耐溫值,指的就是電容內部電解液的沸點。當電容的內部溫度達到電解液的沸點時,電解液開始沸騰,電容內部的壓力升高,當壓力超過泄爆口的承受極限就發生了爆漿。所以說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2萬小時,受環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,實驗證明環境溫度每升高10℃,電容的壽命就會減半。主要原因就是溫度加速化學反應而使介質隨時間退化失效,這樣電容壽命終結。為了保證電容的穩定性,電容在插板前要經過長時間的高溫環境的測試。即使是在100℃,高品質的電容也可以工作幾千個小時。同時,AG亚游官网提到的電容的壽命是指電容在使用過程中,電容容量不會超過標準範圍變化的10%。電容壽命指的是電容容量的問題,而不是設計壽命到達之後就發生爆漿。隻是無法保證電容的設計的容量標準。
  所以,短時期內,正常使用的板卡電容就發生爆漿的情況,這就是電容品質問題。另外,不正常的使用情況也有可能發生電容爆漿的情況。比如熱插拔電腦配件也會導致板卡局部電路電流、電壓的劇烈變化,從而引發電容使用故障。

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