Filtarski kondenzatori imaju vrlo važnu ulogu u sklopnim izvorima napajanja. Kako pravilno odabrati kondenzatore filtera, a posebno izbor kondenzatora izlaznog filtera, problem je koji svakog inženjera i tehničara jako zanima. Možemo vidjeti razne kondenzatore u strujnom krugu filtera snage, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF različite vrijednosti kapacitivnosti, pa kako se ti parametri određuju? Nemoj mi reći da sam kopirao tuđu shemu, ha.
Uobičajeni elektrolitički kondenzator koji se koristi u strujnom krugu 50 Hz ima frekvenciju pulsirajućeg napona od samo 100 Hz, a vrijeme punjenja i pražnjenja je reda veličine milisekundi. Da bi se dobio manji koeficijent pulsiranja potreban je kapacitet od čak stotina tisuća μF, pa je cilj običnih niskofrekventnih aluminijskih elektrolitskih kondenzatora povećanje kapaciteta. Glavni parametri za i protiv. Elektrolitski kondenzator izlaznog filtera u sklopnom napajanju ima frekvenciju napona pilastog vala do desetina kHz ili čak desetaka MHz. U ovom trenutku kapacitet nije njegov glavni pokazatelj. Standard za mjerenje kvalitete visokofrekventnih aluminijskih elektrolitskih kondenzatora je "impedancija-frekvencija" karakteristika, zahtijeva nižu ekvivalentnu impedanciju unutar radne frekvencije prekidačkog napajanja, a istovremeno ima dobar učinak filtriranja na visoko- signal skoka frekvencije koji se stvara kada poluvodički uređaj radi.
Obični niskofrekventni elektrolitski kondenzatori počinju pokazivati induktivitet oko 10kHz, što ne može zadovoljiti zahtjeve prekidačkih izvora napajanja. Visokofrekventni aluminijski elektrolitički kondenzatori namijenjeni sklopnim izvorima napajanja imaju četiri terminala. Struja teče s jednog pozitivnog kraja kondenzatora s četiri priključka, prolazi kroz unutrašnjost kondenzatora, a zatim teče s drugog pozitivnog kraja do opterećenja; struja koja se vraća iz opterećenja također teče s jednog negativnog kraja kondenzatora, a zatim teče s drugog negativnog kraja na negativni kraj napajanja.
Budući da kondenzator s četiri priključka ima dobre visokofrekventne karakteristike, on pruža iznimno povoljno sredstvo za smanjenje pulsirajuće komponente napona i potiskivanje vršnog šuma prekidanja. Visokofrekventni aluminijski elektrolitički kondenzatori također imaju višejezgreni oblik, to jest, aluminijska folija je podijeljena u nekoliko kraćih dijelova, a više odvodnih ploča je spojeno paralelno kako bi se smanjila komponenta impedancije u kapacitivnoj reaktanciji. Materijal s niskim otporom koristi se kao izlazni terminal, što poboljšava sposobnost kondenzatora da izdrži velike struje.
Digitalni sklop mora raditi stabilno i pouzdano, napajanje mora biti "čisto", a napajanje energijom mora biti pravovremeno, odnosno filtriranje i odvajanje mora biti dobro. Što je odvajanje filtra, jednostavno rečeno, ono pohranjuje energiju kada čip ne treba struju, a ja mogu nadoknaditi energiju na vrijeme kada vam je potrebna struja. Nemojte mi reći da ova odgovornost nije odgovornost DCDC-a i LDO-a? Da, mogu se nositi s niskim frekvencijama, ali digitalni sustavi velike brzine su drugačiji.
Pogledajmo prvo kondenzator. Funkcija kondenzatora je jednostavno pohraniti naboj. Svi znamo da bi kondenzatorsko filtriranje trebalo dodati naponu napajanja, a kondenzator {{0}}.1uF bi trebao biti postavljen na pin napajanja svakog čipa za odvajanje, itd. Zašto vidim da kondenzator pored pina za napajanje nekih čipova ploče je 0.1uF ili 0.01uF Da, je li to važno? Da bismo to razumjeli, potrebno je razumjeti stvarne karakteristike kondenzatora. Idealan kondenzator je samo skladište naboja, C. Međutim, stvarno proizvedeni kondenzator nije tako jednostavan. Kada analiziramo integritet napajanja, obično koristimo model kondenzatora.
Kako pravilno odabrati kondenzatore filtera u dizajnu prekidačkog napajanja?
ESR je serijski ekvivalentni otpor kondenzatora, ESL je serijski ekvivalentni induktivitet kondenzatora, a C je pravi idealni kondenzator. ESR i ESL određeni su procesom proizvodnje i materijalom kondenzatora i ne mogu se eliminirati. Kakav učinak ove dvije stvari imaju na strujni krug? ESR utječe na valovitost napajanja, a ESL utječe na frekvencijske karakteristike filtera kondenzatora.
Znamo da je kapacitivna reaktancija kondenzatora Zc=1/ωC, induktivna reaktancija induktora Zl=ωL, (ω=2πf), kompleksna impedancija stvarnog kondenzatora Z=ESR plus jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. Može se vidjeti da kada je frekvencija vrlo niska, kapacitivnost igra ulogu, a kada frekvencija dosegne određenu razinu, uloga induktiviteta se ne može zanemariti, a kada je frekvencija visoka, induktivitet igra vodeću ulogu. Kondenzatori gube učinak filtriranja. Zato zapamtite, kondenzatori nisu samo kondenzatori na visokim frekvencijama.
Kao što je gore spomenuto, ekvivalentni serijski induktivitet kondenzatora određen je procesom proizvodnje i materijalom kondenzatora. ESL stvarnog čip keramičkog kondenzatora kreće se od nekoliko desetinki nH do nekoliko nH. Što je manji paket, to je manji ESL.
Na krivulji filtera kondenzatora također možemo vidjeti da nije ravna, već je poput "V", što znači da ima karakteristike odabira frekvencije. Ponekad želite da bude što oštriji (filtriran ili urezan). Ono što utječe na ovu karakteristiku je faktor kvalitete Q kondenzatora, Q{{0}}/ωCESR. Što je ESR veći, Q je manji i krivulja je ravnija. Naprotiv, što je ESR manji, Q je veći i krivulja je oštrija. Općenito, tantalski kondenzatori i aluminijska elektroliza imaju relativno mali ESL i veliki ESR, tako da tantalni kondenzatori i aluminijska elektroliza imaju širok efektivni frekvencijski raspon, što je vrlo prikladno za filtriranje na razini ploče prije stupnja. To jest, ulazni stupanj DCDC ili LDO često se filtrira pomoću tantalskog kondenzatora većeg kapaciteta. I stavite kondenzatore od 10uF i 0,1uF blizu čipa radi odvajanja, keramički kondenzatori imaju vrlo nizak ESR.
