输出电容器的阻抗有助于提高纹波和瞬态性能
0 2022-01-27

图1显示了组成一个电容器的基本寄生,由等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)组成,并且以曲线图呈现出三种电容器(陶瓷电容器、铝质电解电容器和铝聚合物电容器)的阻抗与频率之间的关系。

图1:寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容器阻抗的影响不同

图1:寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容器阻抗的影响不同

表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这些值为低压(1V~2.5V)、中等强度电流(5A)同步降压源的典型值。

表1:三种电容器的比较情况,各有优点。

表1:三种电容器的比较情况,各有优点。

低频下,所有三种电容器均未表现出寄生分量,因为阻抗明显只与电容相关。但是,铝电解电容器阻抗停止减小,并在相对低频时开始表现出电阻特性,并且不断增加,直到达到某个相对高频为止(电容器出现电感)。铝聚合物电容器为与理想状况不符的另一种电容器。有趣的是,它拥有低ESR,并且ESL很明显。陶瓷电容器也有低ESR,但由于其外壳尺寸更小,它的ESL小于铝聚合物和铝电解电容器。

图2显示运作在500kHz下的连续同步调节器模拟的电源输出电容器波形,使用了图1所示陶瓷、铝和铝聚合物电容器的主要阻抗(依次为电容、ESR和ESL)。

图2:电容器及其寄生要素在连续同步降压调节器中形成不同的纹波电压

图2:电容器及其寄生要素在连续同步降压调节器中形成不同的纹波电压

红色线条为铝电解电容器,其由ESR主导。因此,纹波电压与电感纹波电流直接相关。

蓝色线条代表陶瓷电容器的纹波电压,其拥有小ESL和ESR。这种情况的纹波电压为输出电感纹波电流的组成部分。由于纹波电流为线性,因此纹波电压就与时间形成了平方关系,并且外形看似正弦曲线。

最后,绿色线条代表了阻抗由其ESL主导的铝聚合物等电容器的纹波电压。在这种情况下,输出滤波器电感和ESL形成一个分压器。

这些波形的相对相位与我们预计的一样。ESL主导时,纹波电压引导输出滤波器电感电流。ESR主导时,纹波与电流同相,而电容主导时,则有延迟。现实情况下,输出纹波电压并非仅包含某个元件的电压。相反,它是所有三个元件电压之和。因此,在纹波电压波形中都能看到其某些部分。

图3显示了一个深度连续反激或者降压调节器的波形,其输出电容器电流可以为正或负,而具体状态会不断快速变化。红色线条清楚地说明了这种情况,其电压由电流乘以ESR得出,结果为一种方波,其中包含电容器电压。

这种情况将导致线性充电和放电,如蓝色三角波形所示。最后,仅当电流在过渡期间变化时,电容器ESL的电压才会发生明显变化。这种电压会非常高,取决于输出电流上升时间。请注意,在这种情况下,绿色线条需除以10(假设电流过渡时间为25 nS)。这些大电感尖峰就是在反激或降压电源中经常出现双级滤波器的众多原因之一。

图3:波形随连续反激或者降压输出电流而变化

图3:波形随连续反激或者降压输出电流而变化

总之,输出电容器的阻抗有助于提高纹波和瞬态性能。随着电源频率升高,寄生问题的影响也就越大、越不可忽视。在20kHz附近,铝电解电容器的ESR大到足以主导电容阻抗。在100kHz时,一些铝聚合物电容表现出电感,电源进入兆赫兹开关频率时,应注意所有三种电容器的ESL。 

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 硬件
  • 原理图
  • 信号完整性
  • EMI
  • 电镀知识复合镀的基本原理解析

    复合镀按沉积方式的不同可分为以下3种。(1)以微粒子为弥散相,使之悬浮于镀液中进行电沉积或化学沉积,这种方法称为弥散沉积法。(2)粒子大或重时,让粒子先沉积于基

    10小时前
  • 单片机最小系统原理图

    [导读]单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图所示。 图 最小系统电路图

    05-13
  • FPGA的电路设计中的一些特殊的技巧

    PGA的硬件设计不同于DSP和ARM系统,比较灵活和自由。只要设计好专用管脚的电路,通用I/O的连接可以自己定义。因此,FPGA的电路设计中会有一些特殊的技巧可

    05-13
  • Linux系统中,僵死进程 vs 孤儿进程

    class="markdown_viewsprism-tomorrow-night">一:基础概念僵死进程:进程的PCB结构存在,进程主体释放,这种进程称

    05-13
  • 综合家用健康监测

    VidushiKshatriADI公司市场经理医疗健康健康行业面临三大挑战:人口老龄化,慢性病例数量急剧增加,医疗健康费用爆炸式增长。预计未来20年,老年人口将

    05-11
  • 集成电路的功能安全有哪些

    集成电路(IC)是所有现代安全系统的根本。集成电路提供逻辑并控制传感器,或者越来越多的是传感器。集成电路驱动最终元素以实现安全状态,并且它们是软件运行的平台。半

    05-11
  • 家庭健康监测有那几种

    医疗保健行业面临三大挑战:人口越来越老,慢性病病例大幅增加,医疗保健费用也在爆炸式增长。预计未来20年,老年人口将呈指数增长。到2030年,欧洲人将超过65人,

    05-11
  • 全厂自动化中的以太网/IP

    在本系列第一部分中,我们探讨了以太网在自动化行业中的重要性,谈到了其相对于传统现场总线的优势。对于初创企业来说,以太网解决方案具有卓越的优势、能效比和设备选择自

    05-11
  • 以太网在工业自动化和控制领域相比现场总线的各种优势。

    在本系列第一部分中,我们考察了以太网在工业自动化和控制领域相比现场总线的各种优势。以太网解决方案具有卓越的带宽优势和设备成本优势,还能轻松延伸到整个工厂,用单个

    05-11
  • 能量收集应用无处不在

    作者:TonyArmstrong,电源产品部产品市场总监,凌力尔特公司系统设计师和系统规划师必须从一开始就优先满足电源管理需求,以确保高效率的设计和成功的长期部

    05-11
  • 通过集成和功耗调节应对超声设计挑战

    作者:RobReeder,ADI公司应用工程师在1990年代早期,尺寸与现代笔记本电脑接近的“便携式”电话(有时也称为“背包电话”)广为使用。此后,不出二十年,

    05-11
  • 手动选择频段以缩短PLL锁定时间

    作者:BenZhang简介ADRF6820是一款高度集成的解调器和频率合成器,非常适合用于高级通信系统。它内置一个宽带I/Q解调器、一个小数N/整数N分频锁相环

    05-11
下载排行榜
更多
广告