EMC与电容(3)

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文 | 刘为霞   一博科技高速先生团队队员,来源:高速先生微信公众号

对于电容,从理想的角度来讲,应该是电容的容值越大,容抗越低,对交流的滤波效果越好,然而实际上一般容值越大的电容,寄生电感也越大,其实际的阻抗值为: 阻抗值,电容的特性阻抗曲线如下图所示:

电容的特性阻抗曲线

在自谐振点前,电容呈现电容的特性,在自谐振点之后,呈现电感的特性,并且随着感抗值和频率的增加,对于高频信号的退耦和旁路作用也随之减弱。因此对于电容的选择,不仅仅要考虑其容值,还有需要考虑ESR和ESL等方面。

ESL对于电容选择是非常大的一个影响因素,ESL越大,谐振点右边的阻抗越高;同时,谐振点也会随着ESL的增大,往左边偏移,导致低阻抗的区域变小,需要更多的电容并联才能有相同的效果。所以对于选取电容而言,ESL越小越好。

那么ESR是不是也是越小越好呢?一般我们认为比较大的ESR会增加板子的功耗,会影响电容滤波旁路的效果,在PDN设计时,ESR更是让我们苦恼。然而,有些情况是需要ESR比较高的,例如LDO电路,ESR产生的电压波动能及时反馈负载的电流波动,以便LDO电源及时调整,因此需要ESR比较大。还有ESR越小,Q值越大,在一些需要小Q值电容的场合,ESR也不是越小越好的。

下面再来看看不同作用的电容选值时有什么侧重点。

旁路电容,主要是减弱来自高频分量或者电源线的射频能量,因此要考虑到射频分量所在频率的低阻抗通道,以增加其削弱效果,还要考虑寄生电感对其自谐振频率的影响,此时,就要考虑电容结构的问题了,一般的馈通和插装电容都有比较长的引脚,寄生电感比较大,对于高频的滤波效果不佳,因此贴片电容一般是旁路电容的最佳选择。

去耦电容,容值的选择一般按照公式的公式来计算,C是电容值,I是瞬变电流,∆t是开关时间,∆V是允许的压降。实际上去耦电容应用时一般都是两个电容并联退耦的方法,一般电容之间有两个数量值的差别(例如0.1uF和10uF),这样可以在一个比较宽的频率范围内都有一个比较好的电容特性。另外小的ESR也是退耦电容选择的重点。

储能电容,需要确保能够足够稳定的电压和电流,所以一般需要选择容值比较大的电容,一般都是在uF级别,同时需要防止电压波动损坏电容器,所以储能电容的选择一般还要考虑其额定电压,一般为工作电压的两倍以上。

电容的选择需要考虑到各个方面,介质材料,可靠性等都会对电容的选择有一定的影响。下图是关于电容器种类性能介绍的一个总结。

电容器种类性能介绍

电容的选择对于EMC的影响是比较大,正确的选择可以有效的减小板上的EMI干扰,但是错误的选择反而会使情况恶化。

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