本文作者为陈永真教授,感谢陈教授提供优质稿件。
作者简介:陈永真,辽宁工业大学教授,长期从事电力电子技术的教学、科研工作。他所研制的“铁路客车荧光灯逆变器”唯一通过铁道部标准“TB/T2219-81”的全部测试,参加过“十五”期间的国家“863”计划电动汽车重大专项“解放牌混合动力城市客车用超级电容器”项目,并出版电容和通用集成电路等相关领域的专著。
很多参考文献说“大电容滤低频,小电容滤高频”。网络上有很多帖子也这样说。但是这种说法一定是对的吗?
如果在40年前,这肯定是对的,因为那个年代,大电容体积做不小,寄生电感随电容器长度增加。而且那个年代的电容器尺寸相对很大。
电容器滤波效果受什么影响?
电容器的等效电路可以认为是LCR串联。
其中:
L是电容器的寄生电感,也就是等效串联电感,即ESL;
C是电容器的静电电容量;
R是电容器的等效串联电阻,也就是ESR。
电容器的滤波是利用电容器的低阻抗来降低电容器并联端的直流电源总阻抗,因为直流电源的交流阻抗很大,自身无法滤除来自负载的交流分量电流,这样就会在直流电源端产生不可容忍的交流分量叠加电压。为了不让这个交流电流流入直流电源,主要一个低阻抗器件,同时又没有直流电流的器件,这就是电容器。在电子线路中,除了50Hz整流和低频功率放大除外,1μF,顶多10μF就可以很好地满足电源旁路功能,无需并接电容量比较大的电解电容器。
只要并联的电容器阻抗满足要求就可以完成滤波要求。在很多情况下,大电容不能满足高频滤波要求的根本原因是,由于传统的大电容的寄生电感比较大,在较高的频段,其阻抗特性呈现电感特性,也就是ESL的感抗大于电容器的容抗。对于电源旁路电容器来说,ESL越小越好,认为电容器的ESL手电容器尺寸制约,特别是电极长度的制约。
MLCC可以大大地减小电容器的ESL
MLCC的进步使得电源旁路电容器的ESL大大地减小。例如1206贴片型电容器的ESL仅仅5nH。在低耐压的MLCC,这个封装可以将电容量做到10μF/25V,当然这个封装也可以做成0.01μF/40V。如果是相同的封装,在选择电源旁路电容器时就没有必要用一个0.01μF电容或0.1μF电容与10μF电容并联,完全没有必要!
原因是什么?ESL相同,滤高频特性是一样的
从图中可以看到,在10MHz以下,10μF电容器的阻抗具有绝对的优势,而在10MHz以上10μF与0.001~0.1μF阻抗特性一样。这就是说,如果选择一个与小电容相同ESL低的大电容,就不再需要小电容滤波了,大电容本身就可以完成。
再加小电容就是画蛇添足!
时代变了,大电容也可以具有低ESL也可以滤高频了,“大电容滤低频,小电容滤高频”的时代一去不复返了!
现在的电容器是怎样的?
对于薄膜电容器来说,还是大电容体积大,电极长度相对长,寄生电容相对大。小电容体积较小,电极长度相对短,寄生电感也跟着减小。