电容的作用

电容的作用 1、应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能方面电容的 作用，下面分类详述之： 1）滤波 滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都 会用到。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1uF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(1000uF)滤低频，小电容(20pF)滤高频。 曾有网友将滤波电容 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。 2）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。大约在几十到几百微法就像小型可充 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。 3）去藕 去藕，又称解藕。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。 这就是耦合。去藕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。将旁路电容和去藕电容结 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，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10uF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。 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220～150 000uF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。 2、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) ------------------------------ 我们知道了电容的作用以后下面来谈谈电容在使用中的注意事 项 A. 1. 很多人在电容的替换中往往爱用大容量的电容。我们知道虽 然电容越大，为IC提供的电流补偿的能力越强。且不说电容容 量的增大带来的体积变大，增加成本的同时还影响空气流动和散 热。关键在于电容上存在寄生电感，电容放电回路会在某个频点 上发生谐振。在谐振点，电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最 小，补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时，放电回路 的阻抗开始增加，电容提供电流能力便开始下降。电容的容值越 大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范围也越小。从 保证电容提供高频电流的能力的角度来说，电容越大越好的观点 是错误的，一般的电路中都有一个参考值的。 2. 耐压值、耐温值、容值、ESR(等效电阻)等是电容的几个重要参数，对于ESR自然是越低越好。ESR与电容的容量、频率、电压、温度等都有关系。当电压固定时候，容量越大，ESR越低。 在板卡设计中采用多个小电容并连多是出与PCB空间的限制，这样有的人就认为，越多的并联小电阻，ESR越低，效果越好。理论上是如此，但是要考虑到电容接脚焊点的阻抗，采用多个小 电容并联，效果并不一定突出。 3.ESR 结合我们上面的提高的供电电路来说，对于输入电容来说， 输入电容的容量要大一点。相对容量的要求，对ESR的要求可以适当的降低。因为输入电容主要是耐压，其次是吸收MOSFET的开关脉冲。对于输出电容来说，耐压的要求和容量可以适当 的降低一点。ESR的要求则高一点，因为这里要保证的是足够的 电流通过量。但这里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会导致成本的增 加。板卡设计中，这里一般有一个参考值，此作为元件选用参数， 避免消振电路而导致成本的增加。 4. 唯电容论”曾经盛极一时，一些厂商和媒体也刻意的把这个 事情做成一个卖点。在板卡设计中，电路设计水平是关键。和有 的厂商可以用两相供电做出比一些厂商采用四相供电更稳定的 产品一样，一味的采用高价电容，不一定能做出好产品。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。 B. 电容爆浆之面面谈 分两类，输入电容爆浆和输出电容爆浆。 对于输入电容来说，就是我是说的C1，C1对由电源接收到 的电流进行过滤。输入电容爆浆和电源输入电流的品质有关。过 多的毛刺电压，峰值电压过高，电流不稳定等都使电容过于充放 电过于频繁，长时间处于这类工作环境下的电容，内部温度升高 很快。超过泄爆口的承受极限就会发生爆浆。 对于输出电容来说，就我说的C2，对经电源模块调整后的电流进行滤波。此处电流经过一次过滤，比较平稳，发生爆浆的 可能性相对来说小了不少。但如果环境温度过高，电容同样容易 发生爆浆。爆，报也。采用垃圾东西自然要爆，报应啊。欲知过 去因者，见其现在果；欲知未来果者，见其现在因。 电容爆浆的原因有很多，比如电流大于允许的稳波电流、使 用电压超出工作电压、逆向电压、频繁的充放电等。但是最直接 的原因就是高温。我们知道电容有一个重要的参数就是耐温值， 指的就是电容内部电解液的沸点。当电容的内部温度达到电解液 的沸点时，电解液开始沸腾，电容内部的压力升高，当压力超过 泄爆口的承受极限就发生了爆浆。所以说温度是导致电容爆浆的 直接原因。电容设计使用寿命大约为2万小时，受环境温度的影响也很大。电容的使用寿命随温度的增加而减小，实验证明环境 温度每升高10?，电容的寿命就会减半。主要原因就是温度加 速化学反应而使介质随时间退化失效，这样电容寿命终结。为了 保证电容的稳定性，电容在插板前要经过长时间的高温环境的测 试。即使是在100?，高品质的电容也可以工作几千个小时。同时，我们提到的电容的寿命是指电容在使用过程中，电容容量不 会超过标准范围变化的10%。电容寿命指的是电容容量的问题， 而不是设计寿命到达之后就发生爆浆。只是无法保证电容的设计 的容量标准。 所以，短时期内，正常使用的板卡电容就发生爆浆的情况， 这就是电容品质问题。另外，不正常的使用情况也有可能发生电 容爆浆的情况。比如热插拔电脑配件也会导致板卡局部电路电 流、电压的剧烈变化，从而引发电容使用故障。 电工和电子技术中的扼流圈。利用电感对交变电流的阻碍作 用制成的，有低频扼流圈和高频扼流圈两种（示意实物）。 低频扼流圈匝数为几乎到超过一万，对低频交变电流有较大 的阻碍作用，线圈本身电阻较小，对直流电阻碍作用较小； 高频扼流圈匝数为几百匝，对低频交变电流的阻碍作用较小， 对高频交变电流的阻碍作用很大。在电子技术中，从某一装 置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需 要把交流成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间接入 一个电容器（称为隔直电容器）就可以了。如图2所示，电流通过电容器，只能是交流部分通过电容器到达后一级装置， CC直流电隔在前一级装置。电容和称为隔直电容或耦合电容b1b2（一般在几微法到几十微法的范围内），它们的作用是“传送交 流，隔离直流”。