電源紋波和瞬態(tài)規(guī)格會(huì)決定所需電容器的大小,,同時(shí)也會(huì)限制電容器的寄生組成設(shè)置,。圖 1 顯示一個(gè)電容器的基本寄生組成,,其由等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)組成,并且以曲線圖呈現(xiàn)出三種電容器(陶瓷電容器,、鋁質(zhì)電解電容器和鋁聚合物電容器)的阻抗與頻率之間的關(guān)系,。表1顯示了用于生成這些曲線的各個(gè)值。這些值為低壓(1V – 2.5V),、中等強(qiáng)度電流()同步降壓電源的典型值,。
低頻下,所有三種電容器均未表現(xiàn)出寄生分量,,因?yàn)樽杩姑黠@只與電容相關(guān),。但是,鋁電解電容器阻抗停止減小,,并在相對(duì)低頻時(shí)開始表現(xiàn)出電阻特性,。這種電阻特性不斷增加,直到達(dá)到某個(gè)相對(duì)高頻為止(電容器出現(xiàn)電感),。鋁聚合物電容器為與理想狀況不符的另一種電容器,。有趣的是,它擁有低ESR,,并且ESL很明顯,。陶瓷電容器也有低ESR,但由于其外殼尺寸更小,,它的ESL小于鋁聚合物和鋁電解電容器,。
圖 2 顯示運(yùn)作在500kHz下的連續(xù)同步調(diào)節(jié)器模擬的電源輸出電容器波形。它使用圖 1 所示三種電容器的主要阻抗:陶瓷電容,;鋁ESR,;鋁聚合物ESL。
紅色線條為鋁電解電容器,,其由ESR主導(dǎo),。因此,紋波電壓與電感紋波電流直接相關(guān),。藍(lán)色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓,,其擁有小ESL和ESR,。這種情況的紋波電壓為輸出電感紋波電流的組成部分。由于紋波電流為線性,,因此這導(dǎo)致一系列時(shí)間平方部分,,并且外形看似正弦曲線。zui后,,綠色線條代表紋波電壓,,其電容器阻抗由其ESL主導(dǎo),例如:鋁聚合物電容器等,。在這種情況下,,輸出濾波器電感和ESL形成一個(gè)分壓器。這些波形的相對(duì)相位與我們預(yù)計(jì)的一樣,。ESL主導(dǎo)時(shí),,紋波電壓引導(dǎo)輸出濾波器電感電流。ESR主導(dǎo)時(shí),,紋波與電流同相,,而電容主導(dǎo)時(shí),其延遲?,F(xiàn)實(shí)情況下,,輸出紋波電壓并非僅包含來自這些元件中之一的電壓。相反,,它是所有三個(gè)元件電壓之和,。因此,在紋波電壓波形中都能看到其某些部分,。
圖 3 顯示了一個(gè)深度連續(xù)反激或者降壓調(diào)節(jié)器的波形,,其輸出電容器電流可以為正和負(fù),而具體狀態(tài)會(huì)不斷快速變化,。紅色線條清楚表明了這種情況,,其電壓由這種電流乘以ESR得出,結(jié)果則為一種方波,。電容器元件的電壓為方波的組成部分,。它導(dǎo)致線性充電和放電,如藍(lán)色三角波形所示,。zui后,,僅當(dāng)電流在過渡期間變化時(shí),電容器ESL的電壓才明顯,。這種電壓會(huì)非常高,取決于輸出電流升時(shí)間,。請(qǐng)注意,,在這種情況下,,綠色線條需除以10(假設(shè)25 nS電流過渡)。這些大電感尖峰就是在反激或降壓電源中經(jīng)常出現(xiàn)雙級(jí)濾波器的眾多原因之一,。
總之,,輸出電容器的阻抗有助于提高紋波和瞬態(tài)性能。隨著電源頻率升高,,寄生問題的影響更大,、更不應(yīng)忽視。在20kHz附近,,鋁電解電容器的ESR大到足以主導(dǎo)電容阻抗,。在100kHz時(shí),一些鋁聚合物電容表現(xiàn)出電感,。電源進(jìn)入兆赫茲開關(guān)頻率時(shí),,請(qǐng)注意所有三種電容器的ESL。
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