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多個(gè)小電容并聯(lián)取代大電解電容作用解析
  • 發(fā)布時(shí)間:2023-07-08 14:29:35
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多個(gè)小電容并聯(lián)取代大電解電容作用解析
多個(gè)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(guān)電源部分,作用是高頻濾波。多個(gè)電容并聯(lián)主要是為了降低電容的等效阻抗,因?yàn)椴⒙?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(shí),而陶瓷電容的壽命有幾十萬小時(shí)。
防止趨附效應(yīng)的原理是增加導(dǎo)線的表面積。多個(gè)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(gè)電感,完全起不到濾波的作用,如果用N個(gè)小電容并聯(lián),由于每個(gè)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(gè)重要參數(shù),對(duì)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(guān)系。當(dāng)電壓固定時(shí)候,容量越大,ESR越低。在板卡設(shè)計(jì)中采用多個(gè)小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認(rèn)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(diǎn)的阻抗,采用多個(gè)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(guān)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(gè)電容并聯(lián)起來,不知道若干個(gè)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(gè)470uF的電解電容的ESR為0.1歐,那兩個(gè)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(jì)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(gè)的電解電容才能達(dá)到要求,如果選擇使用一個(gè)電解電容,然后給它并聯(lián)若干個(gè)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(gè)104并聯(lián)。
1.多只并聯(lián),確實(shí)可以降低ESR  具體計(jì)算方法,跟電阻并聯(lián)的。
2.可以選擇低ESR的電解,不過價(jià)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(guān)的。不是簡(jiǎn)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(duì)減小紋波是有效果的。
濾波電路幾個(gè)電容并聯(lián)和一個(gè)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(shí)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(gè)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(qiáng),所以多個(gè)電容并聯(lián)和一個(gè)容量相等的大電容的主要區(qū)別是,多個(gè)電容并聯(lián)的ESL和ESR要比一個(gè)容量相等大電容要低很多,濾波能力更強(qiáng)。
不妨先認(rèn)為小容量的電容(假設(shè)100u)的ESL和ESR跟大電容(200u)的ESL和ESR相等,然后兩個(gè)小電容并聯(lián)后其等效電容等于200u,但是其ESL和ESR因?yàn)椴⒙?lián)而減半,所以兩個(gè)小電容并聯(lián)的濾波能力更強(qiáng)。假如是此時(shí)四個(gè)并聯(lián),那么ESL和ESR就是大電容的四分之一。
簡(jiǎn)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(bǔ)償?shù)哪芰υ綇?qiáng)。且不說電容容量的增大帶來的體積變大,增加成本的同時(shí)還影響空氣流動(dòng)和散熱。
關(guān)鍵在于電容上存在寄生電感,電容放電回路會(huì)在某個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)生諧振。在諧振點(diǎn),電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小,補(bǔ)充能量的效果也最好。但當(dāng)頻率超過諧振點(diǎn)時(shí),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(bǔ)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(diǎn)是錯(cuò)誤的,一般的電路設(shè)計(jì)中都有一個(gè)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(gè)重要參數(shù),對(duì)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(guān)系。當(dāng)電壓固定時(shí)候,容量越大,ESR越低。
在板卡設(shè)計(jì)中采用多個(gè)小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認(rèn)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(diǎn)的阻抗,采用多個(gè)小電容并聯(lián),效果并不一定突出。
3.ESR越低,效果越好?
相對(duì)容量的要求,對(duì)ESR的要求可以適當(dāng)?shù)慕档汀R驗(yàn)檩斎腚娙葜饕悄蛪?,其次是吸收MOSFET的開關(guān)脈沖。對(duì)于輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)。ESR的要求則高一點(diǎn),因?yàn)檫@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(huì)引起開關(guān)電路振蕩。而消振電路復(fù)雜同時(shí)會(huì)導(dǎo)致成本的增加。板卡設(shè)計(jì)中,這里一般有一個(gè)參考值,此作為元件選用參數(shù),避免消振電路而導(dǎo)致成本的增加。
4.好電容代表著高品質(zhì)?
“唯電容論”曾經(jīng)盛極一時(shí),一些廠商和媒體也刻意的把這個(gè)事情做成一個(gè)賣點(diǎn)。在板卡設(shè)計(jì)中,電路設(shè)計(jì)水平是關(guān)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(jià)電容,不一定能做出好產(chǎn)品。衡量一個(gè)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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