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固态电容的应用优势分析

 

1. 固态电容的滤除纹波能力分析

对于开关电源,电路的小型化是未来发展方向,应当尽可能减少电路中使用电容器的数量和体积。

下面比较高频电路中不同环境温度下电容器的滤除纹波能力,实验采用的电路如图1。使用一般的降压型开关电源,在环境温度分别为25℃和-25℃时,输出平滑电容器C分别使用固态电容、Low ESR型液态铝电容器、Low ESR型钽电容器,比较这三种情况的输出纹波电压,以便评价这三种电容器的滤除纹波能力。


1 实验电路图

()实验方法:

(1) 1中的被测电容器使用固态电容6.3V220μF(Φ6.3mm×7mm),测试各环境温度时的纹波电压;

(2) 在对应的环境温度下,选择Low ESR型液态铝电容器和Low ESR钽电容器,使得输出的纹波电压达到上述使用固态电容时的测试值。

()实验结果:

1 在环境温度为25℃、-25℃和75℃时各电容器的滤除纹波能力比较

环境温度=25℃

电容器类别

固态电容

Low ESR
液态电容

Low ESR
钽电容

电容器规格

6.3V220μF

6.3V820μF

10V220μF

电容器尺寸(mm)

Φ6.3×7

Φ10×10

7.3×4.3

纹波电压值

21.6mV

22.1mV

22.8mV

电容器在电路
上的贴装面积比

1

7.16

1.45

电容器数量

1

3

2

环境温度=-25℃

电容器类别

固态电容

Low ESR
液态电容

Low ESR
钽电容

电容器规格

6.3V220μF

6.3V820μF

10V220μF

电容器尺寸(mm)

Φ6.3×7

Φ10×10

7.3×4.3

纹波电压值

21.9mV

22.5mV

23.2mV

电容器在电路
上的贴装面积比

1

7.16

1.45

电容器数量

1

7

2

环境温度=75℃

电容器类别

固态电容

Low ESR
液态电容

Low ESR
钽电容

电容器规格

6.3V220μF

6.3V820μF

10V220μF

电容器尺寸(mm)

Φ6.3×7

Φ10×10

7.3×4.3

纹波电压值

22.3mV

21.8mV

23.0mV

电容器在电路
上的贴装面积比

1

4.75

1.45

电容器数量

1

2

2

由以上实验结果可见:1pcs固态电容的滤除纹波能力大约相当于2pcs钽电容器和2~7pcs大容量液态铝电容器,说明固态电容可以显著地使得电路小型化,并可保证电路在不同温度下保持稳定运行。

2. 固态电容在低通滤波电路中的应用

数字电路中的电源容易产生噪声,因此在数字电路中需要进行低通滤波,以防止高频噪声进入模拟电路。低通滤波有LC滤波和RC滤波,以下对其进行比较。

图2 LC滤波 图3 RC滤波

低通滤波电路中的电容器的ESR在很大程度上影响着衰减效果,电容器的ESR越低,越接近理想的衰减率。由于固态电容的ESR非常小,因此固态电容在低通滤波电路中的应用具有明显的优势。

4 实际衰减率

用相同规格的两种电容器比较低通滤波效果:(a固态电容16V100μFESR实测值12mΩ;(b)液态铝电容器16V100μFESR实测值689mΩ。结果如图5所示:

1LC滤波(L=10uH

固态电容 液态铝电容器

2RC滤波(R=5.6Ω)

固态电容 液态铝电容器

5 两种电容器的低通滤波效果比较

上图可见,在高频区域,固态电容的衰减效果远优于液态铝电容器。

| 发布时间:2014.01.23    来源:    查看次数:2415
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