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）

• 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

• 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：

• 电容的大小如何选取？

• 电容的种类如何选取？

• 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）

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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。

• ESR和ESL的

  • ESR（R电阻）：

  • ESL （L电感）：

• 常见电容特性

  • 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）

  • 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：

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。