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為什么擺脫不了旁路電容諧振?

發(fā)布時間:2018-11-15 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】在實際應(yīng)用中,每個電容器都會因其實體結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生額外的復(fù)雜性。由介電層(dielectriclayer)隔開的兩個極板(plate)與導(dǎo)線或金屬箔(metalfoil)串聯(lián),即可實現(xiàn)實際的連接;這兩種金屬導(dǎo)體會導(dǎo)入等效串聯(lián)電感(ESL)以及等效串聯(lián)電阻(ESR)。
 
總而言之,實體電容就是一種串聯(lián)諧振電路(series tank circuit),具有串聯(lián)諧振頻率以及受串聯(lián)電阻影響的串聯(lián)諧振因子「Q」。
 
電容器并不僅限于其字面意思,在低于其串聯(lián)諧振的頻率下,電容會對電激勵(electrical excitation)表現(xiàn)出電容性阻抗;而在高于其串聯(lián)諧振的頻率下,它對電激勵表現(xiàn)出電感性阻抗。
 
關(guān)于寬帶軌(broadband rail)電壓旁路,一個傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為應(yīng)該使用不同容量的電容并聯(lián)組合。常見的并聯(lián)組合陣容包括:一個大容量的鋁或鉭電解電容C1;一個大容量的陶瓷電容C2;一個小容量的陶瓷電容C3;電路板的布線電容(artwork capacitance),稱之為C4;以及天知道從哪里來的電容,如線束電容(harness capacitance)和/或半導(dǎo)體組件電容,統(tǒng)稱為C5。
 
請記住,這五種電容每一個都不是單獨的電容器,而是一個串聯(lián)組合,包括電容器、電感器和電阻器。總之,它們由串聯(lián)的RLC電路構(gòu)成,將在串聯(lián)諧振頻率(SRF)處表現(xiàn)出串聯(lián)諧振,其中SRF=1/(2 × π ×√ (L × C))。對于如上所述并聯(lián)連接的五個電容的組合,將會有五個串聯(lián)諧振頻率,并且還會有四個并聯(lián)諧振頻率,如圖1所示。
 
圖1:5個并聯(lián)電容的9個諧振頻率。
 
四個較小的電容C2~C5在4個頻率處進(jìn)入并聯(lián)諧振狀態(tài),這四個頻率略低于它們各自的串聯(lián)諧振頻率。然而,C1并沒有任何并聯(lián)諧振,因為該電容沒有任何感應(yīng)可以產(chǎn)生并聯(lián)諧振效應(yīng)。
 
使用SPICE軟件和一些說明數(shù)字,我們可以深入研究這個問題,如圖2所示。
 
圖2:SPICE中5個電容的并聯(lián)旁路。
 
對于這5個電容,將有5個串聯(lián)自諧振頻率,即SRF1、SRF2、SRF3、SRF4和SRF5,其中每一個電容都在其自身的SRF處阻抗最小。但是,不可避免地,在頻率PRF2、PRF3、PRF4和PRF5處會產(chǎn)生4個總阻抗的并聯(lián)諧振峰值。
 
PRF2源于C2~C5組合的容抗(capacitive impedance)與C1感抗(inductive impedance)之間的并聯(lián)關(guān)系。類似地,PRF3來自C3~C5的組合容抗與C1~C2的組合感抗之間的并聯(lián)關(guān)系,而PRF4來自C4~C5對C1~C3的并聯(lián)關(guān)系,最后,PRF5來自C5對C1~C4的并聯(lián)關(guān)系。
 
5個阻抗零點和4個阻抗峰值都受到電阻值的影響,圖3提供了一個范例。請注意,并聯(lián)諧振頻率本身不能完全消除,將永遠(yuǎn)存在,你必須考慮到這一點。
 
圖3:ESR的阻抗曲線變化。
 
備注:這個議題首先是在一個項目中引起我的注意,其中一個閘控數(shù)組的頻率頻率為16MHz,結(jié)果一些并聯(lián)軌旁路電容的并聯(lián)諧振頻率也是16MHz。很難說這會發(fā)生什么結(jié)果,請讀者朋友們自己想象吧!
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