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開關雜訊-EMC

使用電容降低雜訊

電容的頻率特性

上一篇文章中,介紹了開關電源輸入用共模濾波器中包括電容、電感、鐵氧體磁珠和電阻等零件。接下來將對其中使用電容和電感降噪的對策進行介紹,這也可以稱為“雜訊對策的基礎”。在這裡使用簡單的四元件模型。如果要進一步表達高頻諧振時,可能需要更多的元件模型。

電容的頻率特性

探討利用電容來降低雜訊時,充分瞭解電容的特性是非常重要的。右下圖為電容的電阻和頻率之間的關係示意圖,是電容最基礎的特性之一。

電容中不僅存在電容量C,還存在電阻分量ESR(等效串聯電阻)、電感分量ESL(等效串聯電感)、與電容並聯存在的EPR(等效並聯電阻)。EPR與電極間的絕緣電阻IR或電極間有漏電流的具有相同的意義。可能一般多使用“IR”。

C和ESL形成串聯諧振電路,電容的電阻原則上呈上圖所示的V字型頻率特性。到諧振頻率之前呈容性特性,電阻下降。諧振頻率的電阻取決於ESR。過了諧振頻率之後,電阻特性變為感性,電阻隨著頻率升高而升高。感性電阻特性取決於ESL。

諧振頻率可通過以下公式計算。

從該公式可以看出,容值越小、ESL越低的電容,諧振頻率越高。如果將其應用於雜訊消除,則容值越小、ESL越低的電容,頻率越高,電阻越低,因此可以很好地消除高頻雜訊。

雖然這裡說明的順序有些前後顛倒,不過使用電容降低雜訊的對策,是利用了電容“交流通過時頻率越高越容易通過”這個基本特性,將不需要的雜訊(交流分量)經由訊號、電源線旁路到GND等。

下圖為不同容值的電容的電阻頻率特性。在容性區域,容值越大,電阻越低。另外,容值越小,諧振頻率越高,在感性區域電阻越低。

下面總結一下電容電阻的頻率特性。

  • ・容值和ESL越小,諧振頻率越高,高頻區域的電阻越低。
  • ・容值越大,容性區域的電阻越低。
  • ・ESR越小,諧振頻率的電阻越低。
  • ・ESL越小,感性區域的電阻越低。

簡單來說,電阻低的電容具有出色的雜訊消除能力,不同的電容其電阻的頻率特性也不同,所以這一特性是非常重要的確認要點。選擇降噪用電容時,請根據電阻的頻率特性來選型(而非容值)。

選擇降噪用電容時,確認頻率特性需要意識到連接的是LC的串聯諧振電路(而非電容)。

重點:

・降噪用電容器的選型需要根據電阻的頻率特性進行(而非容值)。

・容值和ESL越小,諧振頻率越高,高頻區域的電阻越低。

・容值越大,容性區域的電阻越低。

・ESR越小,諧振頻率的電阻越低。

・ESL越小,感性區域的電阻越低。


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