旁路电容

电子产品开发期间经常需要用到旁路电容。图1所示为一个开关稳压器,可以从高电压产生低电压。在这种类型的电路中,旁路电容(CBYP)尤为重要。它必须支持输入路径上的开关电流,使得电源电压足够稳定,能够支持设备运行。

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图1. ADP2441 开关稳压器,输入端具有旁路电容CBYP。

因为降压转换器中的输入电容是这种拓扑结构的关键路径(热回路)的一部分,所以CBYP 的连接必须保证尽可能少的寄生电感。因此,这个元件的安装位置至关重要。图2左侧显示的是不太好的布局。连接到旁路电容的走线细。流入电压转换器的电流也不是直接从旁路电容流入。旁路电容只是微微接触主电路。这会增加电容产生的寄生电感,并降低此元件的作用。建议采用图2右侧所示布局,旁路电容的效率非常高。连接本身只会产生非常少量的寄生电感。从图中还可以看出,变换器(例如开关稳压器)的引脚分配会对电路板的布局产生影响。从图2右侧可以看到,VIN和GND引脚之间的距离很近,比左侧不太好的布局的距离更近。如此,旁路电容和集成电路之间的回路区域会更小。

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图2. 以不利方式连接的旁路电容(左侧)和以有利方式连接的旁路电容(右侧)。

因为旁路电容的连接应该保证尽可能少地产生寄生电感,所以建议将旁路电容和开关稳压器放在电路板的同一侧。但是,在某些应用中,正面的开关稳压器只能在电路板底部与旁路电容解耦。在没有足够空间容纳较大的解耦电容时即是如此。在这种情况下,会采用通孔来连接电容。遗憾的是,通孔会产生几个纳亨的寄生电感。为了让这种连接的阻抗达到最低,人们提出了多种连接建议,具体如图3所示。

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图3. 当旁路电容与通孔连接时,有多种连接选项。

  • 版本A并不是非常有利。在这个选项中,通孔和旁路电容之间采用细线路连接。根据电路板另一侧支持路径运行的位置,这种布局安排也可能导致寄生电感增加。

  • 版本B中,通孔的位置更靠近旁路电容,所以这个连接比较有利。此外,两个通孔是并行使用。这可以降低整个连接的总电感。

  • 版本C更加有利,其中连接的回路区域非常小,所以只会产生极少量的寄生电感。但是,因为旁路电容非常小,且制造工艺的成本很低,所以无法或不能在组件下方做出通孔。

  • 版本D提供了一个非常有趣的连接。根据特定的陶瓷旁路电容的设计方式,横向连接至电路板产生的寄生电感可能最少。

这些元件要实现高效率,旁路电容位于电路板上的位置就至关重要。也就是,采用寄生电感可能最低的连接,这点非常重要。合适的连接应该使用电路所在的电路板同一侧,具体如图2所示。在某些特殊情况下,可能需要将旁路电容连接在电路板背面,在这种情况下,应该选择图3的B、C和D版本所示的寄生电感可能最低的连接。

来源:亚德诺半导体

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围观 15

作为无源元件之一的电容,其作用不外乎以下几种:

一、应用于电源电路,实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。

下面分类详述之:

1、旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件,它能使稳压器的输出均匀化,降低负载需求。就像小型可充电电池一样,旁路电容能够被充电,并向器件进行放电。为尽量减少阻抗,旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。

2、去耦

去耦,又称解耦。从电路来说,总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大,驱动电路要把电容充电、放电,才能完成信号的跳变,在上升沿比较陡峭的时候,电流比较大,这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流,由于电路中的电感,电阻(特别是芯片管脚上的电感,会产生反弹),这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声,会影响前级的正常工作,这就是所谓的“耦合”。

去耦电容就是起到一个“电池”的作用,满足驱动电路电流的变化,避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。

旁路电容实际也是去藕合的,只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF等;而去耦合电容的容量一般较大,可能是10μF或者更大,依据电路中分布参数、以及驱动电流的变化大小来确定。

旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。

3、滤波

从理论上(即假设电容为纯电容)说,电容越大,阻抗越小,通过的频率也越高。但实际上超过1μF的电容大多为电解电容,有很大的电感成份,所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容,这时大电容通低频,小电容通高频。电容的作用就是通高阻低,通高频阻低频。电容越大低频越容易通过,电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中,大电容(1000μF)滤低频,小电容(20pF)滤高频。

曾有网友形象地将滤波电容比作“水塘”。由于电容的两端电压不会突变,由此可知,信号频率越高则衰减越大,可很形象的说电容像个水塘,不会因几滴水的加入或蒸发而引起水量的变化。它把电压的变动转化为电流的变化,频率越高,峰值电流就越大,从而缓冲了电压。滤波就是充电,放电的过程。

4、储能

储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150000μF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是较为常用的。根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

二、应用于信号电路,主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用:

1、耦合

举个例子来讲,晶体管放大器发射极有一个自给偏压电阻,它同时又使信号产生压降反馈到输入端形成了输入输出信号耦合,这个电阻就是产生了耦合的元件,如果在这个电阻两端并联一个电容,由于适当容量的电容器对交流信号较小的阻抗,这样就减小了电阻产生的耦合效应,故称此电容为去耦电容。

2、振荡/同步

包括RC、LC振荡器及晶体的负载电容都属于这一范畴。

3、时间常数

这就是常见的R、C串联构成的积分电路。当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性通过下面的公式描述:

i=(V/R)e-(t/CR)

此外,再附上常用电容的一大误区:

钽电容替代电解电容的误区

通常的看法是钽电容性能比铝电容好,因为钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽,它的介电能力(通常用ε表示)比铝电容的三氧化二铝介质要高。

因此在同样容量的情况下,钽电容的体积能比铝电容做得更小。(电解电容的电容量取决于介质的介电能力和体积,在容量一定的情况下,介电能力越高,体积就可以做得越小,反之,体积就需要做得越大)再加上钽的性质比较稳定,所以通常认为钽电容性能比铝电容好。

但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了,目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极,而在于电解质,也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可以组合成不同种类的电解电容,其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于电解质的不同,性能可以差距很大,总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。

还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好,主要是由于钽加上二氧化锰阴极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为二氧化锰,那么它的性能其实也能提升不少。

可以肯定,ESR是衡量一个电容特性的主要参数之一。但是,选择电容,应避免ESR越低越好,品质越高越好等误区。衡量一个产品,一定要全方位、多角度的去考虑,切不可把电容的作用有意无意的夸大。

---以上引用了部分网友的经验总结。

普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质,阳极是钝化铝,阴极是纯铝,所以关键是在阳极和电解质。阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题。

一般来说,钽电解电容的ESR要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多,高频性能更好。如果那个电容是用在滤波器电路(比如中心为50Hz的带通滤波器)的话,要注意容量变化后对滤波器性能(通带...)的影响。

本文转自:可靠性技术交流,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 64

1.滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。

2.去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。

3.旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

一、关于去耦电容蓄能作用的理解

(1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,等水过来,我们已经渴的不行了。 实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。而去耦电容可以弥补此不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一 。(在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)

2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

二、旁路电容和去耦电容的区别

去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件提供局部化的DC电压源,它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。

旁路:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。

我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。

滤波电容、去耦电容、旁路电容作用

补充:电容器选用及使用注意事项:

1,一般在低频耦合或旁路,电气特性要求较低时,可选用纸介、涤纶电容器;在高频高压电路中,应选用云母电容器或瓷介电容器;在电源滤波和退耦电路中,可选用电解电容器。

2,在振荡电路、延时电路、音调电路中,电容器容量应尽可能与计算值一致。在各种滤波及网(选频网络),电容器容量要求精确;在退耦电路、低频耦合电路中,对同两级精度的要求不太严格。

3,电容器额定电压应高于实际工作电压,并要有足够的余地,一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的电容器。

4,优先选用绝缘电阻高,损耗小的电容器,还要注意使用环境。

高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。

数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容,并行共振频率在 20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz取 0.1μF,100MHz取0.01μF。

转自:博客园 _安德鲁

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