电容应用的本质-充放电

最近看了《电容应用分析精粹》,收获颇多,里面对电容理解的角度比较新颖,我结合自己对电容的应用体会以及对该书籍的心得,分享以下内容。

谈到电容作用,大家说的较多的是储能,滤波,旁路和滤波,依次如下图所示:

储能:正常电容值较大,需靠近负载,为负载快速提供能量。

滤波:滤除交流信号,保证输出电压的稳定。

旁路:由于电容本身存在寄生电感,寄生电阻,超过其谐振频率,电容特性会减弱,呈电感性,因而旁路电容出现了,滤波高频频率信号,若没有电容的寄生特性,大容量电容可以起到无差别滤除一定频率以上的信号。

去耦:当负载发生变化时,去耦电容起到电池的作用,可以满足负载电流的快速变化的需求。

当然电容也有作为隔直通交,只是一个隔的直流,一个隔的交流,本质都是一样的。

不论是储能,滤波,旁路还是去耦,其本质都是电容的充放电特性。

我们看电容充电公式:

其中τ(tao)=RC为时间常数,正常满足3-4τ(tao)可以完成95%的充电,从该公式也可以看出,当C越大时,τ数值变大,所需要的充电时间越长,所以对于频率越高的信号,其周期越小,也就是说在信号很短的周期内,无法满足电容充电到信号有效电平的95%的数值,周期越小,充电时间越短,电容端的充电有效电平越小;而当频率越小时,周期越长,可以对电容充电时间越长,电容端的充电电平数值越高,当电容端电压越高后,能够对电容后端的电平才会越高,当电容端电压越低时,对电容后端的电平越低,即可完成信号的滤波,同时由于电容端充电速度慢,将会电源端到电容端形成电压差,即在传输阻抗端形成较高电压差,产生能量损耗。基于能量损耗,电容充电速度慢(电容充满电压需要更长的时间),从而对信号完成滤波

当然以上的分析都是基于理想电容,对于理想电容可以看出,当电容容值越大时,即可完成对所需频率信号的滤波,但是在实际应用中,由于存在了寄生参数,当目标频率信号超过谐振频率时,电容特性会失效,因而需要匹配对应频率下低阻抗的电容,不同数值电容并联,又会存在反谐振效应,通常可以按照10倍/100倍的容值进行并联。

对于纹波要求比较高的IC,我们需要进行电源完整性分析,谈到电源完整性分析,有需要重点讨论目标阻抗,对于目标阻抗的设计,衍生出了很多的算法,这部分内容可以在下一篇文章中讨论。

总结:

1.理想电容的充放电特性是其所有应用的基础;

2.由于电容存在寄生参数,特定频率场景可以选用电容的串联谐振效应;

3.去耦电容的应用需要考虑电源完整性。

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  • dy-pX7k9UsY 2星期前
    有收获。
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  • dy-1PrwrsNZ 2星期前
    不错
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  • dy-1PrwrsNZ 2星期前
    不错
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  • dy-Bu9Vxudd 01-13 19:44
    有价值,谢谢
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  • dy-PZCvUC1L 2022-12-04 12:31
    赞👍
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  • dy-lyd1vZ59 2022-12-04 12:30
    不错😄
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  • dy-dTmIj8Qr 2022-12-03 17:11
    写的不错。期待老师的每一篇文章。深得启发~
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