开关电源PCB排版中电容高频滤波特性

wang7812 · 发表于 2019-3-2 11:30:30

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[paragraph]一、电容高频滤波特性

图1是电容器基本结构和高频等效模型

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图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感

电容的基本公式是式（1）显示，减小电容器极板之间的距离（d）和增加极板的截面积（A）将增加电容器的电容量。

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电容通常存在等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）二个寄生参数。图2是电容器在不同工作频率下的阻抗（Zc）。

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图2 电容阻抗（Zc）曲线

一个电容器的谐振频率（fo）可以从它自身电容量（C）和等效串联电感量（LESL）得到，即
　　

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当一个电容器工作频率在fo以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即
　　

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当电容器工作频率在fo以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即
　　

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当电容器工作频率接近fo时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻（RESR）。

电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。由于小电容量瓷片电容器的谐振频率会比大电容量瓷片电容器的谐振频率要高，因此，在选择旁路电容时不能光选用电容值过高的瓷片电容器。为了改善电容的高频特性，多个不同特性的电容器可以并联起来使用。图3是多个不同特性的电容器并联后阻抗改善的效果。

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图3 多个电容器并联可改善阻抗特性

电源排版基本要点1 ：
旁路瓷片电容器的电容不能太大，而它的寄生串联电感应尽量小，多个电容器并联能改善电容的高频阻抗特性。

图4显示了在一个PCB上输入电源（Vin）至负载（RL）的不同走线方式。为了降低滤波电容器（C）的ESL，其引线长度应尽量减短；而Vin。正极至RL和Vin负极至R1的走线应尽量靠近。

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图4 滤波电路PCB走线方式