電容在EMC設計中的應用技巧

電容在EMC設計中的應用技巧

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在EMC設計中，電容是應用最廣泛的元件之一，主要用于構成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實踐表明：在EMC設計中，恰當選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現效果良好、價格低廉、使用方便的優點。若電容的選擇或使用不當，則可能根本達不到預期的目的，甚至會加劇EMI程度。

本文根據EMC設計原理和不同結構電容的特點，結合相關研究的新進展，針對電容在EMC設計中的一些不恰當的認識與做法，討論了電容在EMC設計中的應用技巧。對EMC設計具有指導作用。

濾波器結構的選擇

EMC設計中的濾波器通常指由L，C構成的低通濾波器。不同結構的濾波器的主要區別之一，是其中的電容與電感的聯接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結構有關，而且還與連接的網絡的阻抗有關。如單個電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。傳統上，在濾波器兩端的端接阻抗為50歐姆的條件下描述濾波器的特性(這一點往往未被注意)，因為這樣測試方便，并且是符合射頻標準的。
但是，實踐中源阻抗Zs和負載阻抗Zi很復雜，并且在要抑制的頻率點上可能是未知的。如果濾波器的一端或兩端與電抗性元件相聯結，則可能會產生諧振，使某些頻率點的插入損耗變為插入增益。

可見，正確選擇濾波器的結構至關重要。究竟是選擇電容、電感還是兩者的組合，是由所謂的"最大不匹配原則"決定的。簡言之，在任何濾波器中，電容兩端存在高阻抗，電感兩端存在低阻抗。圖1是利用最大不匹配原則得到的濾波器的結構與ZS和ZL的配合關系，每種情形給出了2種結構及相應的衰減斜率(n表示濾波器中電容元件和電感元件的總數)。
　

但是，如何判定Z，和乙的值是高或低，一些資料上并未作具體說明[1,2]，實踐中也往往不清楚。

Zs和ZL的所謂的高值或低值的臨界選取有一定的隨機性，選取50n作為邊界值是比較合適的。

順便指出，在電子電路中，因信號一般較弱，而RC低通濾波器對信號有一定的衰減，故很少使用。

2 自諧振頻率與截止頻率

2．1 去耦電容的自諧振頻率

實際的電容都有寄生電感Ls。Ls的大小基本上取決于引線的長度，對圓形、導線類型的引線，上'的典型值為10nH／cm[3]。典型的陶瓷電容的引線約有6 mm長，會引入約15nH的電感'"。引線電感也可由下式估算[4]:
　

其中：／和r分別為引線的長度和半徑。

寄生電感會與電容產生串聯諧振，即自諧振，在自諧振頻率fo處，去耦電容呈現的阻抗最小，去耦效果最好。但對頻率f高于f／o的噪聲成份，去耦電容呈電感性，阻抗隨頻率的升高而變大，使去耦或旁路作用大大下降。實踐中，應根據噪聲的最高頻率fmax來選擇去耦電容的自諧振頻率f0，最佳取值為fo=fmax。

但是，一些資料上只是從電容的寄生電感的角度給出了自諧振頻率fo的資料。實際上，去耦電容的自諧振頻率不僅與電容的寄生電感有關，而且還與過孔的寄生電感[5]、聯結去耦電容與芯片電源正負極引腳的印制導線的寄生電感[6.7]等都有關系。如果不注意這一點，查得的資料或自己的估算往往與實際情況相去甚遠。

實踐中，一般是先確定去耦電容的結構(電容的寄生電感與其結構關系密切)，再用試驗的方法確定容量。

2．2 電源濾波器的釣自諧振頻率

在交流電源進線與電源變壓器之間設置電源濾波器是抗EMI的常用措施之一。常用的電源濾波器如圖2所示。人們一般對去耦電容的自諧振頻率問題比較注意，實際上電源濾波器也有自諧振頻率問題，處理不當，同樣達不到預期的目的。

對圖2所示的濾波器，分析可知，當電感的電阻rL很小時，自諧振頻率分別為：
　

設計電源濾波器時，必須使濾波器的自諧振頻率遠小于噪聲頻率。處理不當．不僅不能衰減噪聲，反而會放大噪聲。

例如[8]圖2(a)所示的濾波器，如果取L＝1 mH，rL＝1歐姆，C＝0．47 uF(這也是許多資料上推薦的參數)，可算出f0＝5．2 kHz。而EMC測試中的快速脈沖群頻率為5．0kHz(2kV)或2．5kHz(4kV)，5．0kHz剛好諧振，2．5kHz也不會被衰減，如圖3所示。這說明濾波器中元件參數選取不當，可能根本起不到提高EMC性能的作用。
　

3.電容結構的選擇

從理論上講，電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習慣認識。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振頻率低(如典型的陶瓷電容，0．1 uF的fo=5MHz，0．01ulF的fo=15MHz，0．001uF的f0=50MHz)，對高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻率超過10MHz時，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉折點頻率越低。這些問題可以通過選擇特殊結構的電容來解決。

貼片電容的寄生電感幾乎為零，總的電感也可以減小到元件本身的電感、通常只是傳統電容寄生電感的1／3～1／5，自諧振頻率可達同樣容量的帶引線電容的2倍(也有資料說可達10倍)，是射頻應用的理想選擇。
傳統上，射頻應用一般選擇瓷片電容。但在實踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因為他們的尺寸與瓷片電容相當。

三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50MHz以下拓展到200MHz以上，這對抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VHF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。

4電容容量的選擇

在數字系統中，去耦電容的容量通常按下式估算：
　

其中：／xl為瞬變電流；AV為邏輯器件允許的電源電壓變
　

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電容在EMC設計中的重要性

2012-08-31 10:44:13

電容濾波在EMC設計中的重要性

電容在EMC設計中非常重要，也是我們常用的濾波元件!大家對電容的使用并不是很明確!這里把電容濾波的兩個要點介紹一下：

2012-11-13 15:48:54

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00035 濾波電容在EMC中的功能！ #unicon固態電容 #牛角電容

電容

學習電子知識發布于 2023-07-16 23:42:00

電容電感及EMC有關基本知識

電容電感及EMC有關基本知識，及在選用時的注意事項

2016-06-24 17:01:54

消滅EMC的三大利器：電容器/電感/磁珠

2016-10-20 10:05:56

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薄膜電容器在EMC中的選擇與應用（1）

emc薄膜電容器

上海雷卯電子發布于 2024-03-16 14:45:52

薄膜電容器在EMC中的選擇與應用（2）

emc薄膜電容器

上海雷卯電子發布于 2024-03-17 20:03:55

薄膜電容器在EMC中的選擇與應用（3）

emc薄膜電容器

上海雷卯電子發布于 2024-03-17 20:23:36

關于電容濾波的兩個要點當心把地上干擾引到器件上

電容在EMC設計中非常重要，也是我們常用的濾波元件！但在我培訓的過程中發現，大家對電容的使用并不是很明確。

2018-10-07 11:46:00

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電容在EMC設計中的作用介紹

1、電容濾波是有頻段的，很多人以為電容是越大越好，其實不然，每個電容有一定的濾波頻段，大電容濾低頻，小電容濾高頻，主要是根據電容的諧振頻點來決定，電容在諧振頻率點處有最佳的濾波效果！在以諧振點為中心的一段頻段之內有較好的濾波效果，其他部分濾波效果不佳！

2019-03-06 14:29:58

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詳解消滅EMC的三大利器：電容器/電感/磁珠

濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設計電路中是常見的身影，也是消滅電磁干擾的三大利器。

2019-05-05 08:57:57

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不同的電容在整板EMC有什么作用

一般我們的pcb板的器件有很多種類，但是值得特別關注的，很多人都會說是BGA、接口、IC、晶振之類，因為這些都是layout功能模塊以及設計難點。然而數量上占絕對優勢的器件卻是阻容器件，之前圍毆阻抗時，對于電阻已經說了很多了，這次我們從EMC的角度來說說電容.

2019-11-02 09:04:00

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電容電感對EMC的影響

　EMC范圍很廣，由于篇幅很大，這里主要先介紹下電容電感對EMC的影響。

2020-06-18 09:48:15

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EMC設計的電感和電容與磁珠詳細資料和原理說明

濾波電容器、共模電感、磁珠在EMC設計電路中是常見的身影，也是消滅電磁干擾的三大利器。對于這這三者在電路中的作用，相信還有很多工程師搞不清楚。本文從設計設計中，詳細分析了消滅EMC三大利器的原理。三大利器之濾波電容器盡管從濾除高頻噪聲的角度看，電容的諧振是不希望的，但是電容的諧振并不是總是有害的。

2020-11-05 10:38:00