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电源滤波电容的选择与计算

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GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-2-27 18:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可
以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载
上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来
平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。
电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流
电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。
一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分
为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容
(这里的高频是相对而言)。
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;
而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz 到几万Hz。当我
们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内
阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的
温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。
电源滤波电容的大小,平时做设计,前级用4.7u,用于滤低频,二级用0.1u,用于滤高频,
4.7uF 的电容作用是减小输出脉动和低频干扰,0.1uF 的电容应该是减小由于负载电流瞬时
变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好,两个电容值相差大概100 倍左右。电源滤波,
开关电源,要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大,而高频电容的选择最好在其自谐振
频率上。大电容是防止浪涌,机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰,任
何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路,也就有了自谐振,只有在这个自
谐振频率上,等效电阻最小,所以滤波最好!
电容的等效模型为一电感L,一电阻R和电容C的串联,
电感L为电容引线所至,电阻R代表电容的有功功率损耗,电容C.
因而可等效为串联LC回路求其谐振频率,串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到
此式子f = 1/(2pi* LC).,串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻,所以中心频
率处起到滤波效果.引线电感的大小因其粗细长短而不同,接地电容的电感一般是1MM为
10nH左右,取决于需要接地的频率。
采用电容滤波设计需要考虑参数:
ESR
ESL
耐压值
谐振频率

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GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-2-27 18:31 | 只看该作者
那么如何选取电源滤波电容呢?
电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难
1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应,
这时电容应该看成是一个LC 串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR 参数,这表示频率大于
FSR 值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR 后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地.原因在于小电容,SFR 值大,对高频信号提供了一
个对地通路,
所以在电源滤波电路中我们常常这样理解:大电容滤低频,小电容滤高频,根本的原因在于
SFR(自谐振频率)值不同,想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中
电容对地脚为什么要尽可能靠近地了.
2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR 是多少?就算我知道SFR
值,
我如何选取不同SFR 值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?
电容的SFR 值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式
电容
的SFR 值也不会相同,当然获取SFR 值的途径有两个:1)器件Data sheet,如22pf0402 电容
的SFR
值在2G 左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何测量S21?
知道了电容的SFR 值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工
作频
带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,LNA

电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.
电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好.但由于引线和PCB 布线原
因,实际上电容是电感和电容的并联电路,(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)这就引入
了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2
在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性.因而一般大电容滤低频波,小电容滤
高频波.
这也能解释为什么同样容值的STM 封装的电容滤波频率比DIP 封装更高.
至于到底用多大的电容,这是一个参考电容谐振频率
电容值DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不过仅仅是参考而已,老工程师说主要靠经验.
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,
一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.

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GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-2-27 18:31 | 只看该作者
我看了这篇**,也做个粗略的总结吧:
1.电容对地滤波,需要一个较小的电容并联对地,对高频信号提供了一个对地通路。
2.电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
3.理论上说电源滤波用电容越大越好,一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
4.可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤
波频段.(类似1)
滤波电容的选取原则
经过整流桥以后的是脉动直流,波动范围很大。后面一般用大小两个电容
大电容用来稳定输出,众所周知电容两端电压不能突变,因此可以使输出平滑
小电容是用来滤除高频干扰的,使输出电压纯净
电容越小,谐振频率越高,可滤除的干扰频率越高
容量选择:
(1)大电容,负载越重,吸收电流的能力越强,这个大电容的容量就要越大
(2)小电容,凭经验,一般104 即可
2.别人的经验(来自互联网)
1、电容对地滤波,需要一个较小的电容并联对地,对高频信号提供了一个对地通路。
2、电源滤波中电容对地脚要尽可能靠近地。
3、理论上说电源滤波用电容越大越好,一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
4、可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤
波频段.
具体案例: AC220-9V 再经过全桥整流后,需加的滤波电容是多大的? 再经78LM05 后需加
的电容又是多大?
前者电容耐压应大于15V,电容容量应大于2000 微发以上。后者电容耐压应大于9V,容量
应大于220 微发以上。
2.有一电容滤波的单相桥式整流电路,输出电压为24V,电流为500mA,要求:
(1)选择整流二极管;
(2)选择滤波电容;
(3)另:电容滤波是降压还是增压?
(1)因为桥式是全波,所以每个二极管电流只要达到负载电流的一半就行了,所以二极管
最大电流要大于250mA;电容滤波式桥式整流的输出电压等于输入交流电压有效值的1.2 倍,
所以你的电路输入的交流电压有效值应是20V,而二极管承受的最大反压是这个电压的根号
2 倍,所以,二极管耐压应大于28.2V。
(2)选取滤波电容:1、电压大于28.2V;2、求C 的大小:公式RC≥(3--5)×0.1 秒,
本题中R=24V/0.5A=48 欧
所以可得出C≥(0.00625--0.0104)F,即C 的值应大于6250μF。
(3)电容滤波是升高电压。
滤波电容的选用原则
贴子回复于:2007-3-25 21:24:28
在电源设计中,滤波电容的选取原则是: C≥2.5T/R
其中: C 为滤波电容,单位为UF;
T 为频率, 单位为Hz
R 为负载电阻,单位为Ω
当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R.
3.
滤波电容的大小的选取
PCB 制版电容选择
印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时.操作它们时均会产生较大火花放电,必须采
用RC 吸收电路来吸收放电电流。一般R 取1~2kΩ,C 取2.2~4.7μF
一般的10PF 左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1UF 左右的用来滤除低频的纹波干扰,

可以起到稳压的作用
滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB 上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐

频率,可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件,根据具体的需要
选择。至于个数就不一定了,看你的具体需要了,多加一两个也挺好的,暂时没用的可以
先不贴,根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB 上主要工作频率比较低的话,加两个
电容就可以了,一个虑除纹波,一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流,建议
再加一个比较大的钽电容。
其实滤波应该也包含两个方面,也就是各位所说的大容值和小容值的,就是去耦和旁路。
原理我就不说了,实用点的,一般数字电路去耦0.1uF 即可,用于10M 以下;20M 以上用1

10 个uF,去除高频噪声好些,大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了,一般根据谐振频率
一般为0.1 或0.01uF
说到电容,各种各样的叫法就会让人头晕目眩,旁路电容,去耦电容,滤波电容等等,其
实无论如何称呼,它的原理都是一样的,即利用对交流信号呈现低阻抗的特性,这一点可
以通过电容的等效阻抗公式看出来:Xcap=1/2лfC,工作频率越高,电容值越大则电容的
阻抗越小.。在电路中,如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路,就称为旁
路电容;如果主要是为了增加电源和地的交流耦合,减少交流信号对电源的影响,就可以
称为去耦电容;如果用于滤波电路中,那么又可以称为滤波电容;除此以外,对于直流电
压,电容器还可作为电路储能,利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中,往往电容的
作用是多方面的,我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里,我们统一把这些应
用于高速PCB 设计中的电容都称为旁路电容.
电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好。
但由于引线和PCB 布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,
(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)
这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2
在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性。
因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波。
这也能解释为什么同样容值的STM 封装的电容滤波频率比DIP 封装更高。
至于到底用多大的电容,这是一个参考
电容谐振频率
电容值DIP (MHz) STM (MHz)
1.0μF 2.5 5
0.1μF 8 16
0.01μF 25 50
1000pF 80 160
100 pF 250 500
10 pF 800 1.6(GHz)
不过仅仅是参考而已,用老工程师的话说——主要靠经验。
更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,
一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段。
一般来讲,大电容滤除低频波,小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比

具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )
电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难。
1)理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应
,这时电容应该看成是一个LC 串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR 参数,这表示频率大于
FSR 值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR 后,对干扰的抑制就大打
折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?
原因在于小电容,SFR 值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常
常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然

可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要
尽可能靠近地了.
2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR 是多少?就算我知道SFR

,我如何选取不同SFR 值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?
电容的SFR 值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式

容的SFR 值也不会相同,当然获取SFR 值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402 电
容的
SFR 值在2G 左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?
知道了电容的SFR 值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工

频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,
LNA 的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.
滤波电容的选取与计算
从网上看有两种工程常用的计算方法:(参考,感觉有些道理)
一,当要求不是很精确的话,可以根据负载计算,每mA,2uf.
二,按RC 时间常数近似等于3~5 倍电源半周期估算。给出一例:
负载情况:直流1A,12V。其等效负载电阻12 欧姆。
桥式整流:
RC = 3 (T/2)
C = 3 (T/2) / R = 3 x (0.02 / 2 ) / 12 = 2500 (μF)
工程中可取2200 μF,因为没有2500 μF 这一规格。若希望纹波小些,按5 倍取。这里,
T 是电源的周期,
50HZ 时,T = 0.02 秒。
全波整流结果一样,但半波整流时,时间常数加倍。
根据全波整流波形,可以看出,输出电压的平滑与电容充放电时间和信号的频率有关系,当信
号的频率增大
时,输出电压的波动就分变大,可以改变滤波电容的大小来改变充放电时间,使波动减小.这
也反应了上述滤波
电容的计算关系.理论上滤波电容越大滤波效果越好,输出电压就越平滑,但在电路接通的瞬
间,电路中所产生
的冲击电流因素却不能被忽略,这是因为,几乎所有的电子元器件都有其可以通过的最大电
流值,所以,在
选择电子元器件时,必须考虑冲击电流所带来的流过相关元器件瞬间电流的最大值,冲击电
流越大,对电子
元器件的要求就越高,电路的成本就会提高

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地板
aconepzy| | 2013-2-27 19:03 | 只看该作者
太全面面了,很详细,谢谢分享

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5
必捷_2012| | 2013-3-15 10:39 | 只看该作者
不错,收藏先

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6
514622082| | 2013-3-15 11:36 | 只看该作者
感谢LZ

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7
zhbsniper| | 2013-4-8 20:59 | 只看该作者
好贴子

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8
GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-4-8 22:30 | 只看该作者
zhbsniper 发表于 2013-4-8 20:59
好贴子

谢谢支持啦

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9
sunnywang1983| | 2013-5-8 17:51 | 只看该作者
收藏了,很有用

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10
meifengmo| | 2013-7-10 11:35 | 只看该作者
收藏学习

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11
zzp641540446| | 2013-7-15 20:22 | 只看该作者
很有用

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12
梅花望青竹| | 2013-7-19 00:51 | 只看该作者
这个需要学习一下的。

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13
梅花望青竹| | 2013-7-19 00:51 | 只看该作者
都是根据经验来的。

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梅花望青竹| | 2013-7-19 00:52 | 只看该作者
没有实际的计算数值的。

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15
lycanthia| | 2013-8-28 11:20 | 只看该作者
谢谢,正是我需要的内容!

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16
GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-8-28 23:04 | 只看该作者
lycanthia 发表于 2013-8-28 11:20
谢谢,正是我需要的内容!

欢迎新朋友

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17
GoldSunMonkey|  楼主 | 2013-8-28 23:04 | 只看该作者
lycanthia 发表于 2013-8-28 11:20
谢谢,正是我需要的内容!

希望我的努力能帮到您

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xuehua230 + 4
18
xuehua230| | 2013-8-29 21:34 | 只看该作者
不错啊

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19
weeknono| | 2013-9-2 08:55 | 只看该作者
楼主真心很好啊~

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20
qhuang| | 2013-9-3 09:38 | 只看该作者
收藏,谢谢

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