直流穩(wěn)壓電源濾波電容、去耦電容、旁路電容作用及其原理
2017-7-3 10:23:21??????點擊：
一、關(guān)于濾波直流穩(wěn)壓電源電容、去耦直流穩(wěn)壓電源電容、旁路直流穩(wěn)壓電源電容作用及其原理
從直流穩(wěn)壓電源電路來說，總是存在驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載直流穩(wěn)壓電源電容比較大，驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源電路要把直流穩(wěn)壓電源電容充電、放電，才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候，電流比較大，這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的直流穩(wěn)壓電源電流，由于直流穩(wěn)壓電源電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作。這就是耦合。
去藕直流穩(wěn)壓電源電容就是起到一個電池的作用，滿足驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。
旁路直流穩(wěn)壓電源電容實際也是去藕合的，只是旁路直流穩(wěn)壓電源電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路直流穩(wěn)壓電源電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合直流穩(wěn)壓電源電容一般比較大，是10u或者更大，依據(jù)直流穩(wěn)壓電源電路中分布參數(shù)，以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。
去耦和旁路都可以看作濾波。去耦直流穩(wěn)壓電源電容相當(dāng)于電池，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波。具體容值可以根據(jù)電流的大小、期望的紋波大小、作用時間的大小來計算。去耦直流穩(wěn)壓電源電容一般都很大，對更高頻率的噪聲，基本無效。旁路直流穩(wěn)壓電源電容就是針對高頻來的，也就是利用了直流穩(wěn)壓電源電容的頻率阻抗特性。直流穩(wěn)壓電源電容一般都可以看成一個RLC串聯(lián)模型。在某個頻率，會發(fā)生諧振，此時直流穩(wěn)壓電源電容的阻抗就等于其ESR。如果看直流穩(wěn)壓電源電容的頻率阻抗曲線圖，就會發(fā)現(xiàn)一般都是一個V形的曲線。具體曲線與直流穩(wěn)壓電源電容的介質(zhì)有關(guān)，所以選擇旁路直流穩(wěn)壓電源電容還要考慮直流穩(wěn)壓電源電容的介質(zhì)，一個比較保險的方法就是多并幾個直流穩(wěn)壓電源電容。
去耦直流穩(wěn)壓電源電容在集成直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源和地之間的有兩個作用：一方面是本集成直流穩(wěn)壓電源電路的蓄能直流穩(wěn)壓電源電容，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字直流穩(wěn)壓電源電路中典型的去耦直流穩(wěn)壓電源電容值是0.1μF。這個直流穩(wěn)壓電源電容的分布電感的典型值是5μH。0.1μF的去耦直流穩(wěn)壓電源電容有5μH的分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對于10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。1μF、10μF的直流穩(wěn)壓電源電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一些。每10片左右集成直流穩(wěn)壓電源電路要加一片充放電直流穩(wěn)壓電源電容，或1個蓄能直流穩(wěn)壓電源電容，可選10μF左右。最好不用電解直流穩(wěn)壓電源電容，電解直流穩(wěn)壓電源電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鉭直流穩(wěn)壓電源電容或聚碳酸酯直流穩(wěn)壓電源電容。去耦直流穩(wěn)壓電源電容的選用并不嚴(yán)格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。
退耦原理： （去耦即退耦）
高手和前輩們總是告訴我們這樣的經(jīng)驗法則：“在直流穩(wěn)壓電源電路板的直流穩(wěn)壓電源接入端放置一個1～10μF的直流穩(wěn)壓電源電容，濾除低頻噪聲；在直流穩(wěn)壓電源電路板上每個器件的直流穩(wěn)壓電源與地線之間放置一個0.01～0.1μF的直流穩(wěn)壓電源電容，濾除高頻噪聲?！痹跁昀锬軌虻玫降拇蠖鄶?shù)的高速PCB設(shè)計、高速數(shù)字直流穩(wěn)壓電源電路設(shè)計的經(jīng)典教程中也不厭其煩的引用該首選法則（老外俗稱Rule of Thumb）。但是為什么要這樣使用呢？
首先就我的理解介紹兩個常用的簡單概念。
什么是旁路？旁路（Bypass），是指給信號中的某些有害部分提供一條低阻抗的通路。直流穩(wěn)壓電源中高頻干擾是典型的無用成分，需要將其在進入目標(biāo)芯片之前提前干掉，一般我們采用直流穩(wěn)壓電源電容到達該目的。用于該目的的直流穩(wěn)壓電源電容就是所謂的旁路直流穩(wěn)壓電源電容（Bypass Capacitor）,它利用了直流穩(wěn)壓電源電容的頻率阻抗特性（理想直流穩(wěn)壓電源電容的頻率特性隨頻率的升高，阻抗降低，這個地球人都知道），可以看出旁路直流穩(wěn)壓電源電容主要針對高頻干擾（高是相對的，一般認(rèn)為20MHz以上為高頻干擾，20MHz以下為低頻紋波）。
什么是退耦？退耦（Decouple）， 最早用于多級直流穩(wěn)壓電源電路中，為保證前后級間傳遞信號而不互相影響各級靜態(tài)工作點的而采取的措施。在直流穩(wěn)壓電源中退耦表示，當(dāng)芯片內(nèi)部進行開關(guān)動作或輸出發(fā)生變化時，需 要瞬時從直流穩(wěn)壓電源在線抽取較大電流，該瞬時的大電流可能導(dǎo)致直流穩(wěn)壓電源在線電壓的降低，從而引起對自身和其他器件的干擾。為了減少這種干擾，需要在芯片附近設(shè)置一個 儲電的“小水池”以提供這種瞬時的大電流能力。
在直流穩(wěn)壓電源電路中，旁路和退耦都是為了減少直流穩(wěn)壓電源噪聲。旁路主要是為了減少直流穩(wěn)壓電源上的噪聲對器件本身的干擾（自我保護）；退耦是為了減少器件產(chǎn)生的噪聲對直流穩(wěn)壓電源的干擾（家丑不外揚）。有人說退耦是針對低頻、旁路是針對高頻，我認(rèn)為這樣說是不準(zhǔn)確的，高速芯片內(nèi)部開關(guān)操作可能高達上GHz，由此引起對直流穩(wěn)壓電源線的干擾明顯已經(jīng)不屬于低頻的范圍，為此目的的退耦直流穩(wěn)壓電源電容同樣需要有很好的高頻特性。本文以下討論中并不刻意區(qū)分退耦和旁路，認(rèn)為都是為了濾除噪聲，而不管該噪聲的來源。
簡單說明了旁路和退耦之后，我們來看看芯片工作時是怎樣在直流穩(wěn)壓電源線上產(chǎn)生干擾的。我們建立一個簡單的IO Buffer模型，輸出采用圖騰柱IO驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源電路，由兩個互補MOS管組成的輸出級驅(qū)動一個帶有串聯(lián)源端匹配電阻的傳輸線（傳輸線阻抗為Z0）。
設(shè)直流穩(wěn)壓電源引腳和地引腳的封裝電感和引線電感之和分別為：Lv和Lg。兩個互補的MOS管（接地的NMOS和接直流穩(wěn)壓電源的PMOS）簡單作為開關(guān)使用。假設(shè)初始時刻傳輸在線各點的電壓和電流均為零，在某一時刻器件將驅(qū)動傳輸線為高電平，這時候器件就需要從直流穩(wěn)壓電源管腳吸收電流。在時間T1，使PMOS管導(dǎo)通，電流從PCB板上的VCC流入，流經(jīng)封裝電感Lv，跨越PMOS管，串聯(lián)終端電阻，然后流入傳輸線，輸出電流幅度為VCC/（2×Z0）。電流在傳輸線網(wǎng)絡(luò)上持續(xù)一個完整的返回（Round-Trip）時間，在時間T2結(jié)束。之后整個傳輸線處于電荷充滿狀態(tài)，不需要額外流入電流來維持。當(dāng)電流瞬間涌過封裝電感Lv時，將在芯片內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源提供點產(chǎn)生電壓被拉低的擾動。該擾動在直流穩(wěn)壓電源中被稱之為同步開關(guān)噪聲（SSN，Simultaneous Switching Noise；SSO，Simultaneous Switching Output Noise）或Delta I噪聲。
在時間T3，關(guān)閉PMOS管，這一動作不會導(dǎo)致脈沖噪聲的產(chǎn)生，因為在此之前PMOS管一直處于打開狀態(tài)且沒有電流流過的。同時打開NMOS管，這時傳輸線、地平面、封裝電感Lg以及NMOS管形成一回路，有瞬間電流流過開關(guān)B，這樣在芯片內(nèi)部的地結(jié)點處產(chǎn)生參考電平點被抬高的擾動。該擾動在直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中被稱之為地彈噪聲（Ground Bounce，我個人讀著地tan）。
實際直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中存在芯片引腳、PCB走線、直流穩(wěn)壓電源層、底層等任何互聯(lián)機都存在一定電感值，因此上面就IC級分析的SSN和地彈噪聲在進行Board Level分析時，以同樣的方式存在，而不僅僅局限于芯片內(nèi)部。就整個直流穩(wěn)壓電源分布系統(tǒng)來說（Power Distribute System）來說，這就是所謂的直流穩(wěn)壓電源電壓塌陷噪聲。因為芯片輸出的開關(guān)操作以及芯片內(nèi)部的操作，需要瞬時的從直流穩(wěn)壓電源抽取較大的電流，而直流穩(wěn)壓電源特性來說不能快速響應(yīng)該電流變化，高速開關(guān)直流穩(wěn)壓電源開關(guān)頻率也僅有MHz量級。為了保證芯片附近直流穩(wěn)壓電源在線的電壓不至于因為SSN和地彈噪聲降低超過器件手冊規(guī)定的容限，這就需要在芯片附近為高速電流需求提供一個儲能直流穩(wěn)壓電源電容，這就是我們所要的退耦直流穩(wěn)壓電源電容。
所以直流穩(wěn)壓電源電容重要分布參數(shù)的有三個：等效串聯(lián)電阻ESR 等效串聯(lián)電感ESL 、等效并聯(lián)電阻EPR Rp 。其中最重要的是ESR、 ESL，實際在分析直流穩(wěn)壓電源電容模型的時候一般只用RLC簡化模型，即分析直流穩(wěn)壓電源電容的C、ESR、ESL。因為寄生參數(shù)的影響，尤其是ESL的影響，實際直流穩(wěn)壓電源電容的頻率特性表現(xiàn)出阻抗和頻率成“V”字形的曲線，低頻時隨頻率的升高，直流穩(wěn)壓電源電容阻抗降低；當(dāng)?shù)阶畹忘c時，直流穩(wěn)壓電源電容阻抗等于ESR；之后隨頻率的升高，阻抗增加，表現(xiàn)出電感特性（歸功于ESL）。因此對直流穩(wěn)壓電源電容的選擇需要考慮的不僅僅是容值，還需要綜合考慮其他因素。
所有考慮的出發(fā)點都是為了降低直流穩(wěn)壓電源地之間的感抗（滿足直流穩(wěn)壓電源最大容抗的條件下），在有瞬時大電流流過直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)時，不至于產(chǎn)生大的噪聲干擾芯片的直流穩(wěn)壓電源地引腳。
直流穩(wěn)壓電源電容的頻率特性
當(dāng)頻率很高時，直流穩(wěn)壓電源電容不再被當(dāng)做集總參數(shù)看待，寄生參數(shù)的影響不可忽略。寄生參數(shù)包括Rs，等效串聯(lián)電阻（ESR）和Ls等效串聯(lián)電感（ESL）。直流穩(wěn)壓電源電容器實際等效直流穩(wěn)壓電源電路如圖1所示，其中C為靜直流穩(wěn)壓電源電容，1Rp為泄漏電阻，也稱為絕緣電阻，值越大（通常在GΩ級以上），漏電越小，性能也就越可靠。因為Pp通常很大（GΩ級以上），所以在實際應(yīng)用中可以忽略，Cda和Rda分別為介質(zhì)吸收直流穩(wěn)壓電源電容和介質(zhì)吸收電阻。介質(zhì)吸收是一種有滯后性質(zhì)的內(nèi)部電荷分布，它使快速放電后處于開路狀態(tài)的直流穩(wěn)壓電源電容器恢復(fù)一部分電荷。
ESR和ESL對直流穩(wěn)壓電源電容的高頻特性影響最大，所以常用如圖1（b）所示的串聯(lián)RLC簡化模型，可以計算出諧振頻率和等效阻抗：
圖1 去耦直流穩(wěn)壓電源電容模型圖
直流穩(wěn)壓電源電容器串聯(lián)RLC模型的頻域阻抗圖如圖2所示，直流穩(wěn)壓電源電容器在諧振頻率以下表現(xiàn)為容性；在諧振頻率以上時表現(xiàn)為感性，此時的直流穩(wěn)壓電源電容器的去耦作用逐漸減弱。同時還發(fā)現(xiàn)，直流穩(wěn)壓電源電容器的等效阻抗隨著頻率的增大先減小后增大，等效阻抗最小值為發(fā)生在串聯(lián)諧振頻率處的ESR。
圖2 直流穩(wěn)壓電源電容器串聯(lián)RLC模型的頻域阻抗圖
由諧振頻率式（4－8）可得出，容值大小和ESL值的變化都會影響直流穩(wěn)壓電源電容器的諧振頻率，如圖3所示。由于直流穩(wěn)壓電源電容在諧振點的阻抗最低，所以設(shè)計時盡量選用fR和實際工作頻率相近的直流穩(wěn)壓電源電容。在工作頻率變化范圍很大的環(huán)境中，可以同時考慮一些fR較小的大直流穩(wěn)壓電源電容與fR較大的小直流穩(wěn)壓電源電容混合使用。
二、直流穩(wěn)壓電源電容的工作原理、分類選擇與應(yīng)用
話說直流穩(wěn)壓電源電容之一：直流穩(wěn)壓電源電容的作用
作為無源元件之一的直流穩(wěn)壓電源電容，其作用不外乎以下幾種：
1、應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源電路，實現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲能的作用。下面分類詳述之：
1）旁路
旁路直流穩(wěn)壓電源電容是為本地器件提供能量的儲能器件，它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化，降低負(fù)載需求。 就像小型可充電電池樣，旁路直流穩(wěn)壓電源電容能夠被充電，并向器件進行放電。 為盡量減少阻抗，旁路直流穩(wěn)壓電源電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電直流穩(wěn)壓電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地彈是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
2）去藕
去藕，又稱解藕。 從直流穩(wěn)壓電源電路來說， 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載直流穩(wěn)壓電源電容比較大， 驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源電路要把直流穩(wěn)壓電源電容充電、放電， 才能完成信號的跳變，在上升沿比較陡峭的時候， 電流比較大， 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的直流穩(wěn)壓電源電流，由于直流穩(wěn)壓電源電路中的電感，電阻（特別是芯片管腳上的電感，會產(chǎn)生反彈），這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲，會影響前級的正常工作，這就是所謂的“耦合”。
去藕直流穩(wěn)壓電源電容就是起到一個“電池”的作用，滿足驅(qū)動直流穩(wěn)壓電源電路電流的變化，避免相互間的耦合干擾。將旁路直流穩(wěn)壓電源電容和去藕直流穩(wěn)壓電源電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路直流穩(wěn)壓電源電容實際也是去藕合的，只是旁路直流穩(wěn)壓電源電容一般是指高頻旁路，也就是給高頻的開關(guān)噪聲高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路直流穩(wěn)壓電源電容一般比較小，根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等；而去耦合直流穩(wěn)壓電源電容的容量一般較大，可能是10μF 或者更大，依據(jù)直流穩(wěn)壓電源電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。
旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象，而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象，防止干擾信號返回直流穩(wěn)壓電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
3）濾波
從理論上（即假設(shè)直流穩(wěn)壓電源電容為純直流穩(wěn)壓電源電容）說，直流穩(wěn)壓電源電容越大，阻抗越小，通過的頻率也越高。但實際上超過1μF 的直流穩(wěn)壓電源電容大多為電解直流穩(wěn)壓電源電容，有很大的電感成份，所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個直流穩(wěn)壓電源電容量較大電解直流穩(wěn)壓電源電容并聯(lián)了一個小直流穩(wěn)壓電源電容，這時大直流穩(wěn)壓電源電容通低頻，小直流穩(wěn)壓電源電容通高頻。直流穩(wěn)壓電源電容的作用就是通高阻低，通高頻阻低頻。直流穩(wěn)壓電源電容越小低頻越容易通過，直流穩(wěn)壓電源電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中，大直流穩(wěn)壓電源電容（1000μF）濾低頻，小直流穩(wěn)壓電源電容（20pF）濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波直流穩(wěn)壓電源電容比作“水塘”。由于直流穩(wěn)壓電源電容的兩端電壓不會突變，由此可知，信號頻率越高則衰減越大，可很形象的說直流穩(wěn)壓電源電容像個水塘，不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化，頻率越高，峰值電流就越大，從而緩沖了電壓。濾波就是充電，放電的過程。
4）儲能
儲能型直流穩(wěn)壓電源電容器通過整流器收集電荷，并將存儲的能量通過變換器引線傳送至直流穩(wěn)壓電源的輸出端。 電壓額定值為40～450VDC、直流穩(wěn)壓電源電容值在220～150 000μF 之間的鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容器（如EPCOS 公司的 B43504 或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的直流穩(wěn)壓電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過10KW 的直流穩(wěn)壓電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子直流穩(wěn)壓電源電容器。
2、應(yīng)用于信號直流穩(wěn)壓電源電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用：
1）耦合
舉個例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻，它同時又使信號產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合， 這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個電阻兩端并聯(lián)一個直流穩(wěn)壓電源電容， 由于適當(dāng)容量的直流穩(wěn)壓電源電容器對交流信號 較小的阻抗，這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此直流穩(wěn)壓電源電容為去耦直流穩(wěn)壓電源電容。
2）振蕩/同步
包括RC、LC 振蕩器及晶體的負(fù)載直流穩(wěn)壓電源電容都屬于這一范疇。
3）時間常數(shù)
這就是常見的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分直流穩(wěn)壓電源電路。當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時，直流穩(wěn)壓電源電容（C）上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻（R）、直流穩(wěn)壓電源電容（C）的特性通過下面的公式描述：
i = （V / R）e - （t / CR）
話說直流穩(wěn)壓電源電容之二：直流穩(wěn)壓電源電容的選擇
通常，應(yīng)該如何為我們的直流穩(wěn)壓電源電路選擇一顆合適的直流穩(wěn)壓電源電容呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)基于以 下幾點考慮：
1、靜直流穩(wěn)壓電源電容量；
2、額定耐壓；
3、容值誤差；
4、直流偏壓下的直流穩(wěn)壓電源電容變化量；
5、噪聲等級；
6、直流穩(wěn)壓電源電容的類型；
7、直流穩(wěn)壓電源電容的規(guī)格。
那么，是否有捷徑可尋呢？其實，直流穩(wěn)壓電源電容作為器件的外圍元件，幾乎每個器件的 Datasheet 或者 Solutions，都比較明確地指明了外圍元件的選擇參數(shù)，也就是說，據(jù)此可以獲得基本的器件選擇要求，然后再進一步完善細(xì)化之。其實選用直流穩(wěn)壓電源電容時不僅僅是只看容量和封裝，具體要看產(chǎn)品所使用環(huán)境，特殊的直流穩(wěn)壓電源電路必須用特殊的直流穩(wěn)壓電源電容。
下面是 chip capacitor 根據(jù)電介質(zhì)的介電常數(shù)分類， 介電常數(shù)直接影響電
路的穩(wěn)定性。
NP0 or CH （K 《 150）： 電氣性能最穩(wěn)定，基本上不隨溫度﹑電壓與時間的改變而改變，適用于對穩(wěn)定性要求高的高頻直流穩(wěn)壓電源電路。鑒于K 值較小，所以在0402、0603、0805 封裝下很難有大容量的直流穩(wěn)壓電源電容。如 0603 一般最大的 10nF以下。X7R or YB （2000 《 K 《 4000）： 電氣性能較穩(wěn)定，在溫度﹑電壓與時間改變時性能的變化并不顯著（？C 《 ±10%）。適用于隔直、偶合、旁路與對容量穩(wěn)定性要求不太高的全頻鑒直流穩(wěn)壓電源電路。Y5V or YF（K 》 15000）： 容量穩(wěn)定性較 X7R 差（？C 《 +20% ～ -80%），容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感，但由于其K 值較大，所以適用于一些容值要求較高的場合。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之三：直流穩(wěn)壓電源電容的分類
直流穩(wěn)壓電源電容的分類方式及種類很多，基于直流穩(wěn)壓電源電容的材料特性，其可分為以下幾大類：
1、鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容
直流穩(wěn)壓電源電容容量范圍為0.1μF ～ 22000μF，高脈動電流、長壽命、大容量的不二之選，廣泛應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源濾波、解藕等場合。
2、薄膜直流穩(wěn)壓電源電容
直流穩(wěn)壓電源電容容量范圍為0.1pF ～ 10μF，具有較小公差、較高容量穩(wěn)定性及極低的壓電效應(yīng)，因此是X、Y 安全直流穩(wěn)壓電源電容、EMI/EMC 的首選。
3、鉭直流穩(wěn)壓電源電容
直流穩(wěn)壓電源電容容量范圍為2.2μF ～ 560μF，低等效串聯(lián)電阻（ESR）、低等效串聯(lián) 電感（ESL）。脈動吸收、瞬態(tài)響應(yīng)及噪聲抑制都優(yōu)于鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容，是高穩(wěn)定直流穩(wěn)壓電源的理想選擇。
4、陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容
直流穩(wěn)壓電源電容容量范圍為0.5pF ～ 100μF，獨特的材料和薄膜技術(shù)的結(jié)晶，迎合了當(dāng)今“更輕、更薄、更節(jié)能“的設(shè)計理念。
5、超級直流穩(wěn)壓電源電容
直流穩(wěn)壓電源電容容量范圍為0.022F ～ 70F，極高的容值，因此又稱做“金直流穩(wěn)壓電源電容”或者“法拉直流穩(wěn)壓電源電容”。主要特點是：超高容值、良好的充/放電特性，適合于電能存儲 和直流穩(wěn)壓電源備份。缺點是耐壓較低，工作溫度范圍較窄。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之四：多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容（MLCC）
對于直流穩(wěn)壓電源電容而言，小型化和高容量是永恒不變的發(fā)展趨勢。其中，要數(shù)多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容（MLCC）的發(fā)展最快。
多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容在便攜產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用極為廣泛，但近年來數(shù)字產(chǎn)品的技術(shù)進步對其提出了新要求。例如，手機要求更高的傳輸速率和更高的性能；基帶處理器要求高速度、低電壓；LCD 模塊要求低厚度（0.5mm）、大容量直流穩(wěn)壓電源電容。 而汽車環(huán)境的苛刻性對多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容更有特殊的要求：首先是耐高溫，放置于其中的多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容必須能滿足150℃ 的工作溫度；其次是在電池直流穩(wěn)壓電源電路上需要短路失效保護設(shè)計。
也就是說，小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高可靠性已成為陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容的關(guān)鍵特性。
陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容的容量隨直流偏置電壓的變化而變化。直流偏置電壓降低了介電常數(shù)， 因此需要從材料方面，降低介電常數(shù)對電壓的依賴，優(yōu)化直流偏置電壓特性。
應(yīng)用中較為常見的是 X7R（X5R）類多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容， 它的容量主要集中在1000pF 以上，該類直流穩(wěn)壓電源電容器主要性能指標(biāo)是等效串聯(lián)電阻（ESR），在高波紋電 流的直流穩(wěn)壓電源去耦、濾波及低頻信號耦合直流穩(wěn)壓電源電路的低功耗表現(xiàn)比較突出。
另一類多層陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容是 C0G 類，它的容量多在 1000pF 以下， 該類直流穩(wěn)壓電源電容器主要性能指標(biāo)是損耗角正切值 tgδ（DF）。傳統(tǒng)的貴金屬電極（NME）的 C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍是 （2.0 ～ 8.0） × 10-4，而技術(shù)創(chuàng)新型賤金屬電極（BME）的C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍為 （1.0 ～ 2.5） × 10-4， 約是前者的 31 ～ 50%。 該 類產(chǎn)品在載有 T/R 模塊直流穩(wěn)壓電源電路的 GSM、CDMA、無繩電話、藍(lán)牙、GPS 系統(tǒng)中低功耗特性較為顯著。較多用于各種高頻直流穩(wěn)壓電源電路，如振蕩/同步器、定時器直流穩(wěn)壓電源電路等。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之五：鉭直流穩(wěn)壓電源電容
替代電解直流穩(wěn)壓電源電容的誤區(qū)通常的看法是鉭直流穩(wěn)壓電源電容性能比鋁直流穩(wěn)壓電源電容好，因為鉭直流穩(wěn)壓電源電容的介質(zhì)為陽極氧化后生成 的五氧化二鉭，它的介電能力（通常用ε 表示）比鋁直流穩(wěn)壓電源電容的三氧化二鋁介質(zhì)要高。
因此在同樣容量的情況下，鉭直流穩(wěn)壓電源電容的體積能比鋁直流穩(wěn)壓電源電容做得更小。（電解直流穩(wěn)壓電源電容的電 容量取決于介質(zhì)的介電能力和體積，在容量一定的情況下，介電能力越高，體積 就可以做得越小，反之，體積就需要做得越大）再加上鉭的性質(zhì)比較穩(wěn)定，所以 通常認(rèn)為鉭直流穩(wěn)壓電源電容性能比鋁直流穩(wěn)壓電源電容好。
但這種憑陽極判斷直流穩(wěn)壓電源電容性能的方法已經(jīng)過時了，目前決定電解直流穩(wěn)壓電源電容性能的關(guān) 鍵并不在于陽極，而在于電解質(zhì)，也就是陰極。因為不同的陰極和不同的陽極可 以組合成不同種類的電解直流穩(wěn)壓電源電容，其性能也大不相同。采用同一種陽極的直流穩(wěn)壓電源電容由于 電解質(zhì)的不同，性能可以差距很大，總之陽極對于直流穩(wěn)壓電源電容性能的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陰極。 還有一種看法是認(rèn)為鉭直流穩(wěn)壓電源電容比鋁直流穩(wěn)壓電源電容性能好，主要是由于鉭加上二氧化錳陰 極助威后才有明顯好于鋁電解液直流穩(wěn)壓電源電容的表現(xiàn)。如果把鋁電解液直流穩(wěn)壓電源電容的陰極更換為 二氧化錳， 那么它的性能其實也能提升不少。
可以肯定，ESR 是衡量一個直流穩(wěn)壓電源電容特性的主要參數(shù)之一。 但是，選擇直流穩(wěn)壓電源電容，應(yīng)避免 ESR 越低越好，品質(zhì)越高越好等誤區(qū)。衡量一個產(chǎn)品，一定要全方位、 多角度的去考慮，切不可把直流穩(wěn)壓電源電容的作用有意無意的夸大。
---以上引用了部分網(wǎng)友的經(jīng)驗總結(jié)。
普通電解直流穩(wěn)壓電源電容的結(jié)構(gòu)是陽極和陰極和電解質(zhì)，陽極是鈍化鋁，陰極是純鋁， 所以關(guān)鍵是在陽極和電解質(zhì)。陽極的好壞關(guān)系著耐壓電介系數(shù)等問題。
一般來說，鉭電解直流穩(wěn)壓電源電容的ESR 要比同等容量同等耐壓的鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容小很多， 高頻性能更好。如果那個直流穩(wěn)壓電源電容是用在濾波器直流穩(wěn)壓電源電路（比如中心為50Hz 的帶通濾波益。然而，這需要你在PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之六：電解直流穩(wěn)壓電源電容的電參數(shù)
這里的電解直流穩(wěn)壓電源電容器主要指鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容器，其基本的電參數(shù)包括下列五點：
1、直流穩(wěn)壓電源電容值
電解直流穩(wěn)壓電源電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時所呈現(xiàn)的阻抗。因此容值， 也就是交流直流穩(wěn)壓電源電容值，隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn) JISC 5102 規(guī)定：鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容的直流穩(wěn)壓電源電容量的測量條件是在頻率為 120Hz，最大交 流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進行?？梢詳嘌?， 鋁電解直流穩(wěn)壓電源電容器的容量隨頻率的增加而減小。
2、損耗角正切值 Tan δ
在直流穩(wěn)壓電源電容器的等效直流穩(wěn)壓電源電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是在 120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測量頻率 的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。
3、阻抗 Z
在特定的頻率下，阻礙交流電流通過的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電 容等效直流穩(wěn)壓電源電路中的直流穩(wěn)壓電源電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR 也有關(guān)系。
Z = √ ［ESR2 + （XL - XC）2 ］
式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
直流穩(wěn)壓電源電容的容抗（XC）在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加 達到中頻范圍時電抗（XL）降至 ESR 的值。當(dāng)頻率達到高頻范圍時感抗（XL） 變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。
4、漏電流
直流穩(wěn)壓電源電容器的介質(zhì)對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上 浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時候會產(chǎn)生一種很小 的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。
5、紋波電流和紋波電壓
在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為直流穩(wěn)壓電源電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關(guān)系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Vrms 表示紋波電壓
Irms 表示紋波電流
R 表示直流穩(wěn)壓電源電容的 ESR
由上可見，當(dāng)紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求直流穩(wěn)壓電源電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于直流穩(wěn)壓電源電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到直流穩(wěn)壓電源電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與 頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之七：直流穩(wěn)壓電源電容器參數(shù)的基本公式
1、容量（法拉）
英制： C = （ 0.224 × K · A） / TD
公制： C = （ 0.0884 × K · A） / TD
2、直流穩(wěn)壓電源電容器中存儲的能量
E = 1/2 CV2
3、直流穩(wěn)壓電源電容器的線性充電量
I = C （dV/dt）
4、直流穩(wěn)壓電源電容的總阻抗（歐姆）
Z = √ ［ RS
2 + （XC – XL）2 ］
5、容性電抗（歐姆）
XC = 1/（2πfC）
6、相位角 Ф
理想直流穩(wěn)壓電源電容器：超前當(dāng)前電壓 90o
理想電感器：滯后當(dāng)前電壓 90o
理想電阻器：與當(dāng)前電壓的相位相同
7、耗散系數(shù) （%）
D.F. = tan δ （損耗角）
= ESR / XC
= （2πfC）（ESR）
8、品質(zhì)因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9、等效串聯(lián)電阻ESR（歐姆）
ESR = （DF） XC = DF/ 2πfC
10、功率消耗
Power Loss = （2πfCV2） （DF）
11、功率因數(shù)
PF = sin δ （loss angle） – cos Ф （相位角）
12、均方根
rms = 0.707 × Vp
13、千伏安KVA （千瓦）
KVA = 2πfCV2 × 10-3
14、直流穩(wěn)壓電源電容器的溫度系數(shù)
T.C. = ［ （Ct – C25） / C25 （Tt – 25） ］ × 106
15、容量損耗（%）
CD = ［ （C1 – C2） / C1 ］ × 100
16、陶瓷直流穩(wěn)壓電源電容的可靠性
L0 / Lt = （Vt / V0） X （Tt / T0）Y
17、串聯(lián)時的容值
n 個直流穩(wěn)壓電源電容串聯(lián)：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ，，。 + 1/Cn
兩個直流穩(wěn)壓電源電容串聯(lián)：CT = C1 · C2 / （C1 + C2）
18、并聯(lián)時的容值
CT = C1 + C2 + ，，。 + Cn
19、重復(fù)次數(shù)（Againg Rate）
A.R. = % △C / decade of time
上述公式中的符號說明如下：
K = 介電常數(shù)
A = 面積
TD = 絕緣層厚度
V = 電壓
t = 時間
RS = 串聯(lián)電阻
f = 頻率
L = 電感感性系數(shù)
δ = 損耗角
Ф = 相位角
L0 = 使用壽命
Lt = 試驗壽命
Vt = 測試電壓
V0 = 工作電壓
Tt = 測試溫度
T0 = 工作溫度
X ， Y = 電壓與溫度的效應(yīng)指數(shù)。
話說直流穩(wěn)壓電源電容之八：直流穩(wěn)壓電源輸入端的X，Y 安全直流穩(wěn)壓電源電容
在交流直流穩(wěn)壓電源輸入端，一般需要增加三個直流穩(wěn)壓電源電容來抑制EMI 傳導(dǎo)干擾。交流直流穩(wěn)壓電源的輸入一般可分為三根線：火線（L）/零線（N）/地線（G）。在火線和地線之間及在零線和地線之間并接的直流穩(wěn)壓電源電容，一般稱之為Y 直流穩(wěn)壓電源電容。這兩個Y直流穩(wěn)壓電源電容連接的位置比較關(guān)鍵，必須需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，以防引起電子設(shè)備漏電或機殼帶電，容易危及人身安全及生命，所以它們都屬于安全直流穩(wěn)壓電源電容，要求直流穩(wěn)壓電源電容值不能偏大，而耐壓必須較高。一般地，工作在亞熱帶的機器，要求對地漏電電流不能超0.7mA；工作在溫帶機器，要求對地漏電電流不能超過0.35mA。因此，Y 直流穩(wěn)壓電源電容的總?cè)萘恳话愣疾荒艹^4700pF。
特別提示：Y 直流穩(wěn)壓電源電容為安全直流穩(wěn)壓電源電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。Y 直流穩(wěn)壓電源電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達5000V 以上。因此，Y 直流穩(wěn)壓電源電容不能隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V，或DC400V之類的普通直流穩(wěn)壓電源電容來代用。
在火線和零線抑制之間并聯(lián)的直流穩(wěn)壓電源電容，一般稱之為X 直流穩(wěn)壓電源電容。由于這個直流穩(wěn)壓電源電容連接的位置也比較關(guān)鍵，同樣需要符合安全標(biāo)準(zhǔn)。因此，X 直流穩(wěn)壓電源電容同樣也屬于安全直流穩(wěn)壓電源電容之一。X 直流穩(wěn)壓電源電容的容值允許比Y 直流穩(wěn)壓電源電容大，但必須在X 直流穩(wěn)壓電源電容的兩端并聯(lián)一個安全電阻，用于防止直流穩(wěn)壓電源線拔插時，由于該直流穩(wěn)壓電源電容的充放電過程而致直流穩(wěn)壓電源線插頭長時間帶電。安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)正在工作之中的機器直流穩(wěn)壓電源線被拔掉時，在兩秒鐘內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源線插頭兩端帶電的電壓（或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠瓉眍~定工作電壓的30%。同理，X 直流穩(wěn)壓電源電容也是安全直流穩(wěn)壓電源電容，必須取得安全檢測機構(gòu)的認(rèn)證。X 直流穩(wěn)壓電源電容的耐壓一般都標(biāo)有安全認(rèn)證標(biāo)志和AC250V 或AC275V 字樣，但其真正的直流耐壓高達2000V 以上，使用的時候不要隨意使用標(biāo)稱耐壓AC250V，或DC400V 之類的普通直流穩(wěn)壓電源電容來代用。
X 直流穩(wěn)壓電源電容一般都選用紋波電流比較大的聚脂薄膜類直流穩(wěn)壓電源電容，這種直流穩(wěn)壓電源電容體積一般都很大，但其允許瞬間充放電的電流也很大，而其內(nèi)阻相應(yīng)較小。普通直流穩(wěn)壓電源電容紋波電流的指標(biāo)都很低，動態(tài)內(nèi)阻較高。用普通直流穩(wěn)壓電源電容代替X 直流穩(wěn)壓電源電容，除了耐壓條件不能 滿足以外，一般紋波電流指標(biāo)也是難以滿足要求的。
實際上，僅僅依賴于Y 直流穩(wěn)壓電源電容和X 直流穩(wěn)壓電源電容來完全濾除掉傳導(dǎo)干擾信號是不太可能的。因為干擾信號的頻譜非常寬，基本覆蓋了幾十KHz 到幾百MHz，甚至上千MHz 的頻率范圍。通常，對低端干擾信號的濾除需要很大容量的濾波直流穩(wěn)壓電源電容，但受到安全條件的限制，Y 直流穩(wěn)壓電源電容和X 直流穩(wěn)壓電源電容的容量都不能用大；對高端干擾信號的濾除，大容量直流穩(wěn)壓電源電容的濾波性能又極差，特別是聚脂薄膜直流穩(wěn)壓電源電容的高頻性能一般都比較差，因為它是用卷繞工藝生產(chǎn)的，并且聚脂薄膜介質(zhì)高頻響應(yīng)特性與陶瓷或云母相比相差很遠(yuǎn)，一般聚脂薄膜介質(zhì)都具有吸附效應(yīng)，它會降低直流穩(wěn)壓電源電容器的工作頻率，聚脂薄膜直流穩(wěn)壓電源電容工作頻率范圍大約都在1MHz 左右，超過1MHz 其阻抗將顯著增加。 因此，為抑制電子設(shè)備產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，除了選用Y 直流穩(wěn)壓電源電容和X 直流穩(wěn)壓電源電容之外，還要同時選用多個類型的電感濾波器，組合起來一起濾除干擾。電感濾波器多屬于低通濾波器，但電感濾波器也有很多規(guī)格類型，例如有：差模、共模，以及高頻、低頻等。每種電感主要都是針對某一小段頻率的干擾信號濾除而起作用，對其它頻率的干擾信號的濾除效果不大。通常，電感量很大的電感，其線圈匝數(shù)較多，那么電感的分布直流穩(wěn)壓電源電容也很大。高頻干擾信號將通過分布直流穩(wěn)壓電源電容旁路掉。而且，導(dǎo)磁率很高的磁芯，其工作頻率則較低。目前，大量使用的電感濾波器磁芯的工作頻率大多數(shù)都在75MHz 以下。對于工作頻率要求比較高的場合，必須選用高頻環(huán)形磁芯，高頻環(huán)形磁芯導(dǎo)磁率一般都不高，但漏感特別小，比如，非晶合金磁芯，坡莫合金等。
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