濾波電容用在電源整流電路中,用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。而且對于精密電路而言,往往這個時候會采用并聯電容電路的組合方式來提高濾波電容的工作效果。
低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波,其工作頻率與市電一致為50Hz;而高頻濾波電容主要工作在開關電源整流后的濾波,其工作頻率為幾千Hz到幾萬Hz。濾波電容在開關電源中起著非常重要的作用,如何正確選擇濾波電容,尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個工程技術人員十分關心的問題。
50赫茲工頻電路中使用的普通電解電容器,其脈動電壓頻率僅為100赫茲,充放電時間是毫秒數量級。為獲得更小的脈動系數,所需的電容量高達數十萬微法,因此普通低頻鋁電解電容器的目標是以提高電容量為主,電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優劣的主要參數。而開關電源中的輸出濾波電解電容器,其鋸齒波電壓頻率高達數萬赫茲,甚至是數十兆赫茲。這時電容量并不是其主要指標,衡量高頻鋁電解電容優劣的標準是“阻抗- 頻率”特性。要求在開關電源的工作頻率內要有較低的等效阻抗,同時對于半導體器件工作時產生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。
普通的低頻電解電容器在萬赫茲左右便開始呈現感性,無法滿足開關電源的使用要求。而開關電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子,正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極,負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。電流從四端電容的一個正端流入,經過電容內部,再從另一個正端流向負載;從負載返回的電流也從電容的一個負端流入,再從另一個負端流向電源負端。
濾波電容的使用心得
簡單的電感電路在低阻抗電路中使用時效果很好,衰減超過40dB,但在高阻抗電路中可能一點效果沒有。
單個電容器的電路在高阻抗電路中效果很好,但在低阻抗電路中效果很差。
多元件構成的濾波器會有很好的效果,但前提是必須構造正確,應使電容器面對高阻抗,電感器面對低阻抗。
由于電容器引線具有寄生電感,電阻,實際電容器模型是電容,電感(等效串聯電感ESL),電阻(等效串聯電阻ESR)串聯的結構,具有自諧振頻率,電容器應該工作在其自諧振頻率之下才能發揮作用。
表一: 引線長1.6mm的陶瓷電容器
由此可見,一般電容器的諧振頻率很低,不能應用在高頻,微波頻段。為了提高諧振頻率,可以采用表面貼裝電容器,三端口電容器和穿心電容等。
三端電容器:
三端電容的安裝:
接地端盡量短,減少接地端的引線電感。
三端電容器的不足:
穿心電容:
由于其接地端與地可以緊密接觸,引線電感更小,因此性能更優越,以穿心電容為基礎的饋通濾波器廣泛應用于RF濾波。
穿心電容輸入輸出端連線穿過上下兩塊接地板(故名穿心電容),相當于上下兩個電容并聯成一個總電容。由于其接地部分與電路中的地360°連接,所以接地電感很小。
另外溫度和電壓對電容值也有很大的影響。