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电容在EMC设计中的应用技巧

   2010-05-20 现代电子技术周胜海 王林 李长庚4430

  但是,一些资料上只是从电容的寄生电感的角度给出了自谐振频率fo的资料。实际上,去耦电容的自谐振频率不仅与电容的寄生电感有关,而且还与过孔的寄生电感[5]、联结去耦电容与芯片电源正负极引脚的印制导线的寄生电感[6.7]等都有关系。如果不注意这一点,查得的资料或自己的估算往往与实际情况相去甚远。


图2 电源滤波器

  实践中,一般是先确定去耦电容的结构(电容的寄生电感与其结构关系密切),再用试验的方法确定容量。

  2.2 电源滤波器的钓自谐振频率

  在交流电源进线与电源变压器之间设置电源滤波器是抗EMI的常用措施之一。常用的电源滤波器如图2所示。人们一般对去耦电容的自谐振频率问题比较注意,实际上电源滤波器也有自谐振频率问题,处理不当,同样达不到预期的目的。

  对图2所示的滤波器,分析可知,当电感的电阻rL很小时,自谐振频率分别为:

 

  设计电源滤波器时,必须使滤波器的自谐振频率远小于噪声频率。处理不当.不仅不能衰减噪声,反而会放大噪声。

  例如[8]图2(a)所示的滤波器,如果取L=1 mH,rL=1欧姆,C=0.47 uF(这也是许多资料上推荐的参数),可算出f0=5.2 kHz。而EMC测试中的快速脉冲群频率为5.0kHz(2kV)或2.5kHz(4kV),5.0kHz刚好谐振,2.5kHz也不会被衰减,如图3所示。这说明滤波器中元件参数选取不当,可能根本起不到提高EMC性能的作用。

 
图3 图2(a) 滤波器的辐射特性

  3. 电容结构的选择

  从理论上讲,电容的容量越大,容抗就越小,滤波效果就越好。一些人也有这种习惯认识。但是,容量大的电容一般寄生电感也大,自谐振频率低(如典型的陶瓷电容,0.1 uF的fo=5MHz,0.01ulF的fo=15MHz,0.001uF的f0=50MHz),对高频噪声的去耦效果差,甚至根本起不到去耦作用。分立元件的滤波器在频率超过10MHz时,将开始失去性能。元件的物理尺寸越大,转折点频率越低。这些问题可以通过选择特殊结构的电容来解决。

  贴片电容的寄生电感几乎为零,总的电感也可以减小到元件本身的电感、通常只是传统电容寄生电感的1/3~1/5,自谐振频率可达同样容量的带引线电容的2倍(也有资料说可达10倍),是射频应用的理想选择。

  传统上,射频应用一般选择瓷片电容。但在实践中,超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜电容也是适用的,因为他们的尺寸与瓷片电容相当。

  三端电容能将小瓷片电容频率范围从50MHz以下拓展到200MHz以上,这对抑制VHF频段的噪声是很有用的。要在VHF或更高的频段获得更好的滤波效果,特别是保护屏蔽体不被穿透,必须使用馈通电容。

 
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