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  • 多個小電容并聯(lián)取代大電解電容作用解析
    • 發(fā)布時間:2023-07-08 14:29:35
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    多個小電容并聯(lián)取代大電解電容作用解析
    多個小電容并聯(lián)取代大電解電容的作用
    這種用法常見于開關電源部分,作用是高頻濾波。多個電容并聯(lián)主要是為了降低電容的等效阻抗,因為并聯(lián)。用小容量的陶瓷電容代替了電解電容,增加了壽命。電解電容的壽命只有幾千小時,而陶瓷電容的壽命有幾十萬小時。
    防止趨附效應的原理是增加導線的表面積。多個電容只能降低線路可靠性,而不可能增加大電容的高頻性能很差。通常電容越大,其諧振頻率越低。
    一旦超過諧振頻率,電容將表現(xiàn)成一個電感,完全起不到濾波的作用,如果用N個小電容并聯(lián),由于每個小電容的諧振頻率都很高,就沒有這樣的問題了,同樣容量的電容,并聯(lián)越多的小電容越好, 耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數(shù),對于ESR自然是越低越好。
    ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關系。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。在板卡設計中采用多個小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認為,越多的并聯(lián)小電阻,ESR越低,效果越好。理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容并聯(lián),效果并不一定突出。
    電容并聯(lián) 電解電容
    紋波電壓,輸出電容ESR
    開關電源的輸出紋波電壓分兩部分組成,其一是由電容充放電產(chǎn)生的容性紋波電壓,其二為電容ESR產(chǎn)生的阻性紋波電壓。 
    為了得到較小的由ESR產(chǎn)生的阻性紋波電壓,聽說可用多個電容并聯(lián)起來,不知道若干個電容并聯(lián)起來總的ESR具體如何變化,變小了可以理解,但是變成什么值了呢? 
    比如,一個470uF的電解電容的ESR為0.1歐,那兩個電解并聯(lián)起來ESR是不是就是0.05歐了,疑問:不知道用低ESR的陶瓷電容跟電解電容并聯(lián)起來,有沒有同樣的效果呢?
    比如輸出,經(jīng)過計算,紋波要求電容ESR低于0.01歐,那照前面的想法,可能需要好幾個的電解電容才能達到要求,如果選擇使用一個電解電容,然后給它并聯(lián)若干個陶瓷電容103或者104,有沒有效果?
    答:如果要求esr很低,一般是選擇大容量的MLCC(MULTILAYER CERAMIC CHIP CAPACITOR),不必用N個104并聯(lián)。
    1.多只并聯(lián),確實可以降低ESR  具體計算方法,跟電阻并聯(lián)的。
    2.可以選擇低ESR的電解,不過價格比較貴。
    3.也可以選擇薄膜電容代替。
    不同類型的電容并聯(lián)。等效的ESR和電容值都是跟頻率相關的。不是簡單的ESR/n,C×n的。通常小ESR小容量的和大ESR,大容量的電容并聯(lián)。ESR和電容都介于二者之間。電解電容并低ESR的瓷片,對減小紋波是有效果的。
    濾波電路幾個電容并聯(lián)和一個大電容(容量相等)有什么不同嗎?
    答:兩者電容容量是相等的。但是現(xiàn)實中電容是有等效串聯(lián)電感和等效串聯(lián)電阻寄生參數(shù),一個大電容的ESL和ESR是要比小容量的電容大的,而在同容量下ESL和ESR的數(shù)值越小電容的濾波能力就越強,所以多個電容并聯(lián)和一個容量相等的大電容的主要區(qū)別是,多個電容并聯(lián)的ESL和ESR要比一個容量相等大電容要低很多,濾波能力更強。
    不妨先認為小容量的電容(假設100u)的ESL和ESR跟大電容(200u)的ESL和ESR相等,然后兩個小電容并聯(lián)后其等效電容等于200u,但是其ESL和ESR因為并聯(lián)而減半,所以兩個小電容并聯(lián)的濾波能力更強。假如是此時四個并聯(lián),那么ESL和ESR就是大電容的四分之一。
    簡談電容使用的誤區(qū)
    1.電容容量越大越好?
    很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。我們知道雖然電容越大,為IC提供的電流補償?shù)哪芰υ綇姟G也徽f電容容量的增大帶來的體積變大,增加成本的同時還影響空氣流動和散熱。
    關鍵在于電容上存在寄生電感,電容放電回路會在某個頻點上發(fā)生諧振。在諧振點,電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小,補充能量的效果也最好。但當頻率超過諧振點時,放電回路的阻抗開始增加,電容提供電流能力便開始下降。
    電容的容值越大,諧振頻率越低,電容能有效補償電流的頻 率范圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說,電容越大越好的觀點是錯誤的,一般的電路設計中都有一個參考值的。
    2.同樣容量的電容,并聯(lián)越多的小電容越好?
    耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數(shù),對于ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關系。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。
    在板卡設計中采用多個小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認為,越多的并聯(lián)小電阻,ESR越低,效果越好。理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容并聯(lián),效果并不一定突出。
    3.ESR越低,效果越好?
    相對容量的要求,對ESR的要求可以適當?shù)慕档汀R驗檩斎腚娙葜饕悄蛪海浯问俏誐OSFET的開關脈沖。對于輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當?shù)慕档鸵稽c。ESR的要求則高一點,因為這里要保證的是足夠的電流通過量。
    但這里要注意的是ESR并不是越低越好,低ESR電容會引起開關電路振蕩。而消振電路復雜同時會導致成本的增加。板卡設計中,這里一般有一個參考值,此作為元件選用參數(shù),避免消振電路而導致成本的增加。
    4.好電容代表著高品質?
    “唯電容論”曾經(jīng)盛極一時,一些廠商和媒體也刻意的把這個事情做成一個賣點。在板卡設計中,電路設計水平是關鍵。和有的廠商可以用兩相供電做出比一些廠商采用四相供電更穩(wěn)定的產(chǎn)品一樣,一味的采用高價電容,不一定能做出好產(chǎn)品。衡量一個產(chǎn)品,一定要全方位多角度的去考慮,切不可把電容的作用有意無意的夸大。
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