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如何選取電源設(shè)計(jì)的EMC電容電感器件?

發(fā)布時(shí)間:2014-11-26 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】不管是電源行業(yè)中的菜鳥(niǎo)工程師還是老鳥(niǎo)工程師,都曾經(jīng)或多或少的遇見(jiàn)這樣的一個(gè)困惑:電源電路設(shè)計(jì)中EMC電容電感器件該如何選擇呢?選擇EMC電容電感器件要考慮到哪些必須的環(huán)節(jié)呢?這里小編就將為你一一解答。
 
首先要知道陶瓷電容發(fā)展的最新?tīng)顩r以及與其他電容的關(guān)系。陶瓷電容由于近幾年來(lái)陶瓷的厚度越來(lái)越薄,一層陶瓷介質(zhì)的厚度大概是0.5個(gè)uM,陶瓷電容最大的容量是100,疊的層數(shù)越來(lái)越多。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,陶瓷電容將會(huì)朝著 ESR、ESL發(fā)展;基板彎了,但是電容還是不能裂開(kāi),比如軍工里面很惡劣的條件,陶瓷電容會(huì)以這個(gè)趨勢(shì)方向發(fā)展
。陶瓷電容這個(gè)東西很簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)的時(shí)候、選擇的時(shí)候要考慮它的哪些特性,知道容量,容量只是它的一個(gè)部分,還有ESR值、容量值和頻率的關(guān)系、ESL值、溫升曲線,溫度升高的話,容值變化怎么樣,直流電壓特性,給一定的直流電壓,容值是不斷下降的。
 
設(shè)計(jì)的時(shí)候也必須考慮到這一些參數(shù)、這一些特性。做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比,陶瓷電容由于是內(nèi)部采用并聯(lián)結(jié)構(gòu),ESR值也比較低,鉭電容是這樣,鋁電解是這樣。這樣的話,就可以用一個(gè)測(cè)試,電源從這邊過(guò)來(lái),這邊用一個(gè)濾波的電容。當(dāng)然這說(shuō)明什么問(wèn)題?這是陶瓷的ESR值比較低,濾波效果比較好。當(dāng)然大家說(shuō),是不是說(shuō)有的鋁電解都可以換成陶瓷呢,不能這么說(shuō),電源的部分需要很大的容量,也沒(méi)有辦法換,如果用在濾波來(lái)?yè)Q,就可以用小容量的陶瓷換大容量的鋁電解。
一般的情況下,鋁電解建議換陶瓷是十分之一,鉭電容建議是五分之一的容量來(lái)?yè)Q。還有一個(gè)世紀(jì)案例,大家都知道英特爾公司 CPU的速度是越來(lái)越快,而且制作的工藝也是越來(lái)越精細(xì)化,英特爾正在開(kāi)發(fā)33納米的技術(shù),大家看到英特爾公司從96年晶圓是越來(lái)越小,其實(shí)是想說(shuō)明,由于IC做得越來(lái)越小,精細(xì)化越來(lái)越高,電壓也就是越來(lái)越低,原來(lái)驅(qū)動(dòng)電壓一般是5V,現(xiàn)在看到一般是1V和1.2V,IC穩(wěn)定的電壓,要求在10%以內(nèi),如果是5V的情況下,過(guò)去電壓可以允許大概是500毫V,現(xiàn)在是用了1V,允許穩(wěn)波電壓就是0.9V,最低的電壓。要不然電壓變化太大的話,IC工作就變得不穩(wěn)定,穩(wěn)壓的陶瓷電容器,很容易選個(gè)0.1謬的。為什么呢?高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,瞬間會(huì)有一個(gè)壓降,這個(gè)地方壓降最主要是業(yè)余陶瓷電容的容值和ESR值這個(gè)因素來(lái)決定的。第一個(gè)部分介紹了電容的應(yīng)用,下一個(gè)部分主要是電感方面。
 
電感方面,太陽(yáng)誘電制作工藝相對(duì)于來(lái)講,比其他廠商要豐富一點(diǎn),除了由下往上繞的電感,還有疊層電感、手機(jī)電源、射頻的、高頻的電感。這是詳細(xì)的,不同的尺寸、不同的厚度,有的是0.8的厚度,因?yàn)榇蠹抑老M(fèi)類電子產(chǎn)品要求小型化、超薄、低成本,都是滿足這個(gè)趨勢(shì),所以需要不斷開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品。
 
特別是選擇一些功率電感,比如脈沖電流比較大,濾波起來(lái)可能有些困難,大家選擇功率電感的時(shí)候可能有些困惑,功率電感選擇的時(shí)候我們考慮的參數(shù)和指標(biāo)是什么,首先要考慮感量是多大,第二是考慮到內(nèi)阻,第三要考慮到飽和電流,第四是溫升電流。因?yàn)殡姼性贒CDC 方面起的作用兩個(gè):一個(gè)是作為濾波來(lái)用,第二是作為儲(chǔ)能來(lái)用,一般來(lái)講,飽和電流一般指的是什么呢?
 
VC加DC的電流我們稱之為飽和電流,平均的電流我們就把它定義為溫升電流,我們業(yè)界一般的情況是采用感量下降30%的時(shí)候,這個(gè)時(shí)候電流值為多少,這個(gè)就叫飽和電流,溫升電流是電流不斷增大,電感表面溫度上升40度,這個(gè)來(lái)定義溫升電流值,因?yàn)殡姼新郎囟雀咧罂赡軙?huì)會(huì)被壞,所以限定一個(gè)值,在這個(gè)電流以下,電感不會(huì)被燒壞。實(shí)際使用的電流值不會(huì)超過(guò)電感的飽和電流,這樣穩(wěn)波電流會(huì)不斷的增大。如果超過(guò)了溫升電流,這個(gè)電感就會(huì)被燒壞。有不同的電感放在一起的話,實(shí)測(cè)一下,比如不同的電感、不同尺寸的效率,也可以看到在低負(fù)載電流的時(shí)候,這是不同的尺寸,看到電流沒(méi)有多大變化,由于電流值感量下降的幅度比較大,之間的差異有出來(lái)了,感量比較大,溫波電流就比較大,這就是噪聲。所以在感量變化幅度比較小,這個(gè)地方的噪聲就比較小,總之在選擇的時(shí)候,一定要考慮到感量下降到什么樣的程度。在選擇功率電感,實(shí)際電阻里面的最大值就選擇峰值電流,如果平均值電流比較小的情況下,就選擇溫升電流值。
 
還有一點(diǎn),在不同負(fù)載的情況下,在選擇這個(gè)電感要注意什么呢?比如說(shuō)當(dāng)負(fù)載比較低的情況下,一般的情況是交流的成分會(huì)比較多。交流的成分比較多,就選擇交流電阻比較小了電感,它的效率就會(huì)高,那么負(fù)載比較大的情況下,DC直流部分占得比較大的話,那么就要選擇直流電阻比較低的,這樣效率高一點(diǎn)。
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下面交流一下磁珠的選擇方法。
 
EMI噪聲無(wú)處不在,簡(jiǎn)單講把它形容成幾點(diǎn):傳導(dǎo)噪聲、輻射噪聲、射頻、干擾噪聲,對(duì)于不同的噪聲,最主要有爹層磁珠、繞線磁珠,1G以上2G甚至更高的時(shí)候,都有很強(qiáng)的耐磨能力,接下來(lái)是穿芯的磁珠。如果在低頻普通信號(hào)線上濾波的話,可以推薦使用疊層的磁珠,在高頻的,用繞線的磁珠,會(huì)看到它的截止頻率會(huì)比較高。
 
再次就是電感和磁珠有什么區(qū)別,電感在比較低頻的部分效果比較好,磁珠主要是在高頻,我故意選了一個(gè)感量比較接近的,一般電感在幾十歐姆的話,是這樣一個(gè)曲線,所以電感主要是傳導(dǎo)噪音,磁珠主要是輻射噪音。
 
選擇磁珠的時(shí)候,通常認(rèn)為要把這條線使得比較穩(wěn)定,然后從發(fā)生噪聲的地方著手放一些元件,再?gòu)妮椛湓肼曉吹牡胤椒乓恍〦MI器件,選擇電感的話,為了避免共振,所以需要從比較平滑的曲線慢慢朝比較陡曲線的磁珠來(lái)選擇。磁珠,主要是三個(gè):阻抗值、交流和電阻、感抗這三個(gè)部分組成。實(shí)際案例的話如果 10M信號(hào)過(guò)來(lái)的話,發(fā)生信號(hào)是在200多畝的地方信號(hào)比較大,磁珠就選200多M阻值的地方,靠近噪聲頻率的磁珠,如果沒(méi)有使用磁珠的情況下,誰(shuí)這樣一個(gè)電壓波形,當(dāng)發(fā)現(xiàn)用了以后,這個(gè)藍(lán)色的部分,下降了很多,而且電壓波形也比較穩(wěn)定,所以首先搞清楚噪聲頻率是在什么地方,那么選擇阻值稍微大一點(diǎn)的,但是不能選擇太陡,太陡會(huì)產(chǎn)生共振。
 
另外其曲線也會(huì)不一樣,R值和X值,就是交流電阻和感抗,當(dāng)交流電阻大于感抗的時(shí)候,這與信號(hào)有關(guān)系,它的效果要更好一點(diǎn)點(diǎn)。藍(lán)色就是交流電阻更大一點(diǎn)。電感占低頻的濾波效果好一點(diǎn),綠色的是磁珠,高頻磁珠會(huì)好一點(diǎn)。
 
最后是共模電感,剛才也講到了USB、HDMI這些地方用到共模電感, 有一點(diǎn)需要注意的是,現(xiàn)在有其他信號(hào)干擾,比如說(shuō)GSM的900M、TD2.1G,對(duì)USB干擾比較大,它的共模阻抗要注意,這時(shí)要用在這些頻率的話,這些阻值比較大一點(diǎn)的,它的共模效果比較好一點(diǎn),采用繞線工藝做的,所以高頻阻抗會(huì)更好一點(diǎn)。實(shí)際上和薄膜來(lái)對(duì)比的話,1G 以上頻率濾波效果明顯要好一點(diǎn)。
 
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