在之前的文章中我们解释了电容器,电感器,铁氧体磁珠和电阻器用于差分模式滤波器,用于开关电源的输入级,从这里,我们讨论使用电容器和电感器解决噪声的措施,解释可能被称为噪声对策的基本原理。这里我们使用一个简单的四元素模型。为了表示更高频率的共振,可以使用基于更多元素的模型。
了解电容器的频率特性
使用电容器处理噪声问题时,必须充分了解电容器特性。该图显示了电容器阻抗与频率之间的关系,并且是任何电容器的基本特性。
除了电容器的静电电容C之外,还有电阻元件ESR(等效串联电阻),电感元件ESL(等效串联电感)和EPR(等效并联电阻),它与静电平行存在电容。EPR意味着在电极之间存在绝缘电阻IR,或者在电极之间存在漏电流。可能通常使用术语IR。
C和ELS形成串联谐振电路,电容器的阻抗基本上具有V形频率特性,如图所示。直到谐振频率,表现出电容特性,并且阻抗下降。谐振频率的阻抗取决于ESR。
当超过谐振频率时,阻抗特性变为电感,并且随着频率上升,阻抗增加。电感阻抗特性取决于ESL。
可以使用以下等式计算共振频率:
该等式表明静电电容越小,电容器的ESL越小,谐振频率越高。当应用于消除噪声时,具有较小电容和较小ESL的电容器在较高频率下具有较低阻抗,因此更好地消除高频噪声。
这里的解释顺序是相反的,但采用电容器的噪声对策利用了“通过交流电流,并在更高频率下更容易通过”的基本电容特性。因此,电容器用于将不需要的噪声(AC分量)从信号或电源线分流到GND。
下图显示了具有不同静电电容的电容器阻抗的频率特性。在电容特性区域中,电容越大,阻抗越低。此外,电容越小,谐振频率越高,电感特性区域的阻抗越低。
我们对电容器阻抗的频率特性的解释可总结如下:
1.当电容和ESL较小时,谐振频率较高,并且高频区域中的阻抗较低。
2.电容越大,电容区域的阻抗越低。
3.ESR越小,谐振频率的阻抗越低。
4.ESL越小,电感区域的阻抗越低。
简而言之,阻抗较低的电容可以更好地消除噪声,但阻抗的频率特性取决于电容,因此验证电容特性非常重要,当选择用于处理噪声的电容器时,应根据阻抗的频率特性而不是电容选择器件。
当选择用于噪声对策的电容器时,必须考虑频率特性,同时理解所连接的不仅仅是电容,而是串联LC谐振电路。
开关噪声EMC设计关键点:
1.应根据阻抗的频率特性而不是电容选择用于处理噪声的电容器。
2.当电容和ESL较小时,谐振频率较高,而高频区域的阻抗较低。
3.电容越大,电容区域的阻抗越低。
4.ESR越小,谐振频率的阻抗越低。
5.ESL越小,感应区域的阻抗越低。
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