DC-DC稳压电源——实战(基于Ti5450芯片)基础知识篇(1)
一:基础知识-耦合
1)去耦电容
(1)耦合与去耦
耦合:系统内部的各个部分之间存在相互依赖、相互影响、相互制约的情况。用人话说就是不同部分之间的相互影响。
去耦:自然就是消除不同部分之间的影响了。
(2)电路中的耦合和去耦(电源类)
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电源中的耦合
理想电源输出:一条直直的线如下图所示。理想的电源是一条很干净的直线,没有任何噪声。
但是在实际情况中,一块开发板需要不停的实现充放电,因为这个原因,电源的实际输出往往不是一条平滑的直线,而是一条弯弯曲曲的波浪线条,有时候他可能过冲到6V,有些时候也可能突然降低到4V,虽然变化不大但是如果一些元器件对电压敏感,那会有什么后果呢。
举个例子,在设计稳压电源的时候,目标输出电压是5V,但是为了让输出波形稳定一些,经常会加几个滤波电容让波形变得更好看,期望输出电压5V,我就选择了一个耐压为6V的电容进行滤波,结果因为电源输出一个浪涌7V直接把电容干爆了。
在实际电源输出中是在5V的DC上叠加了各种高频率的噪声,这些噪声是由于器件对供电电流的需求导致的电压波动,可以看成是在DC 5V上“耦和”了由于器件工作带来的AC噪声。
这样耦和了AC的DC供电电压不仅会影响本负载区域内的电路的工作,也会影响到其它连接在同一个VCC上的其它负载的工作,有可能导致那些负载的电路工作出现问题
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电源中的去耦
电路中存在多种元器件,解决他的的办法就算加入去耦(旁路)电容,从电源上看,供电电压的波形变得干净了,我们称该电容的作用是去掉了耦和在干净的DC上的噪声,所以该电容被称之为去耦电容,当然也可以被称之为旁路(Bypass)电容,因为该电容将DC上耦和的噪声给旁路到地上去了,只留下干净的DC给后续的电路供电。
一般来说每一个负载都会加入一个去耦电容,电源输出也会加一个去耦电容,弥补负载的滤波指数不足。
(3)去耦电容的选取
选取标准:
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电容的大小如何选取?
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电容的种类如何选取?
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为什么需要多种电容组合呢?
一般来说用的都是陶瓷电容(也有部分会选取钽电容)
去耦电容(不论是哪一种)用于在电源线上的瞬态干扰期间快速提供电流,它们都不只有“电容”一个属性,还有两个阻碍电流流动的部分:电阻(ESR) - 无论频率如何都呈现固定阻抗; 电感(ESL)- 随着频率增加其阻抗增高。而这三部分的值与电容的类型、容值、封装都有很大的关系。
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ESR和ESL的
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ESR(R电阻):
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ESL (L电感):
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常见电容特性
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陶瓷电容:随着频率的增大(到谐振频率之前),阻抗下降,过了谐振频率之后,阻抗又开始上升,整体呈现V字型。(波形如下所示)
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钽电容:由于其较高的电容值,钽电容器的阻抗在开始阶段低于陶瓷的阻抗,但是较高的ESR和ESL的影响导致阻抗在100kHz附近变平,在1MHz-10MHz高于陶瓷电容的阻抗,在10MHz附近高出陶瓷的阻抗10倍。设想一下,如果电路中的噪声频率是在10MHz左右,即使钽具有更高的电容,也不如放置一颗0.1μF的陶瓷电容更有效。(波形如下所示)
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综上所述:不同类型,不同容量,不同封装的电容,去耦的有效频率段也是不同的
陶瓷电容与电解电容,陶瓷电容的最低的等效阻抗的频率点更高
容量越小的电容,最低的等效阻抗的频率点更高
封装越小的电容,最低的等效阻抗的频率点更高
(4)去耦电容的布线
布线原则:
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在电源引脚放置一个(0.1uF)的电容能够有效抑制电源上的噪声,能够对电源去耦。
-
电源VCC-去藕电容-GND三点一线距离越近去耦效果越好。
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相同容量的电容,电容值稍微改变一点去耦的效果并不会有明显的变化。
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相同电容值使用贴片(SMD)封装的电容比直插式电容的效果好。
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使用电源铺铜,GND铺铜一方面可以让三点一线的路径更短,而且两个平面相当于一个大电容,也起到了去耦的作用。
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