電容器可能是解決電磁兼容性 (EMC) 問題的最佳工具。用最簡單的術(shù)語來說,電容器的功能是阻擋直流信號(hào),同時(shí)為交流信號(hào)提供低阻抗路徑,并為IC提供本地能量來源。但是,這些組件絕非簡單,將它們添加到設(shè)計(jì)中可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的副作用。
到目前為止,“EMC緩解”子系列已經(jīng)探討了如何利用電感器、電阻器和鐵氧體磁珠來提高電子電路設(shè)計(jì)中的EMC性能。但是,在管理系統(tǒng)中不需要的噪音流量時(shí),我一直將最好的組件留到最后。這篇文章將介紹電容器在EMC設(shè)計(jì)中的一些基本影響,以及如何選擇合適的電容器進(jìn)行EMI抑制。
實(shí)際電容器的寄生元件
在理想情況下,電容器將具有奇異的電抗值,因此,隨著頻率的增加,電抗會(huì)降低(Eq1)。
等式 1.電容電抗
不幸的是,完美電容器的概念是一個(gè)理論概念。就像上一篇博客中的鐵氧體磁珠一樣,實(shí)際的電容器遠(yuǎn)非完美,可能會(huì)引入意想不到的不太理想的電阻,例如等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)。ESR和ESL被認(rèn)為是“寄生”元件,因?yàn)樗鼈儗?duì)電容器的性能有不良影響。圖1所示為電容器的等效電路。
圖1.電容器的等效電路
更復(fù)雜的是,ESR和ESL的值不是常數(shù)。它們會(huì)根據(jù)電容器封裝的尺寸、所用電介質(zhì)材料的類型和引線等因素而波動(dòng)。因此,在實(shí)際應(yīng)用中處理電容器時(shí),必須考慮這些寄生元件,以確保整個(gè)電路的高效運(yùn)行。那你怎么能做到這一點(diǎn)呢?
如何選擇合適的電容器
秘密在于電容器的諧振頻率。諧振頻率處的阻抗是電容器的最低阻抗。請(qǐng)記住,目標(biāo)通常是為交流信號(hào)提供低阻抗路徑,這是引導(dǎo)EMI噪聲的簡單路徑。
諧振頻率由電容C和ESL決定。在此頻率下,電容電抗和感抗基本上相互抵消,電容器的阻抗由ESR決定。圖2演示了典型100nF、0603電容的圖<>。
圖2.0603、100nF 電容器的阻抗曲線 (GCJ188R71C104KA01) [1]
在自諧振以下,電容器看起來是電容性的,阻抗隨頻率而降低。在自諧振以上,電容器看起來是感性的,并且阻抗隨頻率增加。通過選擇具有與不需要的噪聲頻率相對(duì)應(yīng)的串聯(lián)自諧振頻率的元件,可以最大限度地提高電容器的性能。確保設(shè)計(jì)中目標(biāo)的最高噪聲頻率等于或小于電容器的諧振頻率。
進(jìn)一步考慮:表面貼裝電容器的電感
在針對(duì)EMC進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),您可以考慮使用表面貼裝電容器來濾除EMI。電容器通常用于EMC緩解,以將能量分流到地并減小電流環(huán)路的尺寸,在這方面,表面貼裝類型與任何其他電容器沒有什么不同。
由于表面貼裝電容器尺寸緊湊且沒有引線,其電感比引線電容器低得多,從而提高了其作為高頻電容器的效率,換句話說,它們具有更高的諧振頻率。通常,電容器的封裝或外殼越小,電感越低。我們知道,RF噪聲通常遵循電感最小的路徑;因此,選擇最佳電容器意味著最小化噪聲頻率下的串聯(lián)電感,并為EMI噪聲離開系統(tǒng)提供“最小電阻路徑”。
審核編輯:郭婷
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