- 您現(xiàn)在的位置：首頁 > 認(rèn)證名稱 > 電磁兼容整改 > 電容EMC設(shè)計(jì)
- 電容EMC設(shè)計(jì)
在EMC設(shè)計(jì)中，電容是應(yīng)用廣泛的元件之一，主要用于構(gòu)成各種低通濾波器或用作去耦電容和旁路電容。大量實(shí)踐表明：在EMC設(shè)計(jì)中，恰當(dāng)選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價(jià)格低廉、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。若電容的選擇或使用當(dāng)，則可能根本達(dá)不到預(yù)期的目的，甚至?xí)铀MT程度。
本文根據(jù)EMC設(shè)計(jì)原理和不同結(jié)構(gòu)電容的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)研究的新進(jìn)展，針對(duì)電容在EMC設(shè)計(jì)中的一些不恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)與做法，討論了電容在EMC設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技巧，對(duì)EIC設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。
1、濾波器結(jié)構(gòu)的選擇
EMC設(shè)計(jì)中的濾波器通常指由1，C構(gòu)成的低通泌波器。不同結(jié)構(gòu)的濾波器的主要區(qū)別之一，是其中的電容與電感的聯(lián)接方式不同。濾波器的有效性不僅與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還與連接的網(wǎng)絡(luò)的阻抗有關(guān)。如單個(gè)電容的濾波器在高阻抗電路中效果很好，而在低阻抗電路中效果很差。
傳統(tǒng)上，在濾波器兩端的端接阻抗為50歐姆的條件下描述濾波器的特性（這一點(diǎn)往往未被注意），因?yàn)檫@樣測(cè)試方便，并且是符合射頻標(biāo)準(zhǔn)的。
但是，實(shí)踐中源阻抗Zs和負(fù)載阻抗Zi很復(fù)雜，并且在要抑制的頻率點(diǎn)上可能是未知的。如果濾波器的一端或兩端與電抗性元件相聯(lián)結(jié)，則可能會(huì)產(chǎn)生諧振，使某些頻率點(diǎn)的插入損耗變?yōu)椴迦朐鲆妗?
可見，正確選擇濾波器的鉆構(gòu)至關(guān)重要。究竟是選擇電容、電感還是兩者的組合，是由所謂的”大不匹配原則“決定的。簡(jiǎn)言之，在任何濾波器中，電容兩端存在高阻抗，電感兩端存在低阻抗。圖1是利用大不匹配原則得到的濾波器的結(jié)構(gòu)與Z5和ZL.的配合關(guān)系。每種情形給出了2種結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的衰減斜率（n表示濾波器中電容元件和電感元件的總數(shù)）。
濾波器的結(jié)構(gòu)與Zs和Z.的配合關(guān)系
但是，如何判定2，和乙的值是高或低，一些資料上并未作具體說明[1，2]，實(shí)踐中也往往不清楚。
Zs和1.的所謂的高值或低值的臨界選取有一定的隨機(jī)性，選取50n作為邊界值是比較合適的。順便指出，在電子電路中，因信號(hào)一般較弱，而RC低通濾波器對(duì)信號(hào)有一定的衰減，故很少使用。
2、自諧振頻率與載止須率
2.1去相電容的自諧振頻率
實(shí)際的電容都有寄生電感Ls，Ls的大小基本上取決于引線的長(zhǎng)度，對(duì)圓形、導(dǎo)線類型的引線，上’的典型值為10mH/cm[3]。典型的陶瓷電容的引線約有6mm長(zhǎng)，會(huì)引入約15mll的電感””，引線電感也可由下式估算[4]：
其中：/和r分別為引線的長(zhǎng)度和半徑。
寄生電感會(huì)與電容產(chǎn)生串聯(lián)諧振，即自諧振，在自諧振頻率fo處，去耦電容呈現(xiàn)的阻抗小，去耦效果好。
但對(duì)須率f高于f/o的噪聲成份，去耦電容呈電感性，阻抗隨頻率的升高而變大，使去耦或旁路作用大大下降。實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)噪聲的高頻率faax 來選擇去根電容的自諧振頻率f0，佳取值為fo=fmmx。
但是，一些資料上只是從電容的寄生電感的角度給出了自諾舔頻率fo的資料。實(shí)際上，去根電容的自諧振頻率不僅與電容的寄生電感有關(guān)，而且還與過孔的寄生電感[5]、聯(lián)結(jié)去耦電容與芯片電源正負(fù)極引腳的印制導(dǎo)線的寄生電感[6.7]等都有關(guān)系。如果不注意這一點(diǎn)，查得的資料或自己的估算往往與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。
實(shí)踐中，一般是先確定去耦電容的鉆構(gòu)（電容的寄生電感與其鉆構(gòu)關(guān)系密切），再用試驗(yàn)的方法確定容量。
2.2電源濾波器的釣自諧振頻率
在交流電源進(jìn)線與電源變壓器之間設(shè)置電測(cè)濾波器是抗EMI的常用措施之一。常用的電源濾波器如圖2所示。人們一般對(duì)去耦電容的自諧振須率問題比較注意，實(shí)際上電源濾波器也有自諧振頻率問題，處理不當(dāng)，同樣達(dá)不到預(yù)期的目的。
對(duì)圖2所示的濾波器，分析可知，當(dāng)電感的電阻rL很小時(shí)，自諧振頻率分別為：
自諧振頻率（圖）
設(shè)計(jì)電源濾波器時(shí)，必須使濾波器的自諧振頻率遠(yuǎn)小于噪聲頻率。處理不當(dāng)，不僅不能衰減噪聲，反而會(huì)放大確聲。
例如[8]圖2（a）所示的濾波器，如果取1=lalH，rl.=l歌婷，C=0.47uF（這也是許多資料上推薦的參數(shù)），可算出f0=5.2kHz。而EMC測(cè)試中的快速脈沖群頻率為5.0klHz（2kV）或2.5kHz（4kY），5.0kHz剛好諧據(jù)，2.5kHz也不會(huì)被衰誠，如圖3所示。這說明濾波器中元件參數(shù)選取不當(dāng)，可能根本起不到提高EWC性能的作用。
圖2：電源濾波器
3、電容結(jié)構(gòu)的選擇
從理論上講.電容的容量越大，容抗就越小，濾波效果就越好。一些人也有這種習(xí)慣認(rèn)識(shí)。但是，容量大的電容一般寄生電感也大，自諧振須率低（如典型的陶瓷電容，0.1uF的fo=5MHz，0.0lulF的fo=15Mlz，0.00luF的fO=50MHz），對(duì)高頻噪聲的去耦效果差，甚至根本起不到去耦作用。分立元件的濾波器在頻辛超過10MHz時(shí)，將開始失去性能。元件的物理尺寸越大，轉(zhuǎn)折點(diǎn)頻幸越低。這些問恩可以過選擇特殊結(jié)構(gòu)的電容來解決。
貼片電容的寄生電惑幾乎為零，總的電夠也可以減小到元件本身的電感、通常只是傳統(tǒng)電容寄生電感的1/3～1/5，自諧振須率可達(dá)同樣容量的帶引線電容的2倍（也有資料說可達(dá)l0倍），是射頻應(yīng)用的理想選擇。傳統(tǒng)上，射頻應(yīng)用一般選擇瓷片電容。但在實(shí)踐中，超小型聚脂或聚苯乙烯薄膜電容也是適用的，因?yàn)樗麄兊某叽缗c瓷片電容相當(dāng)。
三端電容能將小瓷片電容頻率范圍從50Hz以下拓展到200Mlz以上，這對(duì)抑制VHF頻段的噪聲是很有用的。要在VMIF或更高的頻段獲得更好的濾波效果，特別是保護(hù)屏蔽體不被穿透，必須使用饋通電容。
4、電容容量的選擇
在數(shù)字系統(tǒng)中，去耦電容的容量通常按下式估算：
其中：/x1為瞬變電流；AN為邏輯器件允許的電源電壓變
此外。當(dāng)電源引線比較長(zhǎng)時(shí)，瞬變電流會(huì)引起較大的壓降，此時(shí)就要加容納電容以維持器件要求的電壓值。
5、去根電容的安裝方式與PCB設(shè)計(jì)
安裝去耦電容時(shí)，一般都知道使電容的引線盡可能短。但是，實(shí)踐中往往受到安裝條件的限劍，電容的引線不可能取得很短。況且，電容引線的寄生電感只是影響目諧振須率的因素之一，自諾振頻率還與過孔的寄生電感、相關(guān)印制導(dǎo)線的寄生電感等因素有關(guān)。一味地追求引線短，不僅困難。而且根本達(dá)不到目的。
這說明要保證去耦效果，在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮相關(guān)問題。設(shè)計(jì)印制導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)使去耦電容距離芯片電源正負(fù)樓引廁盡可能近（當(dāng)然電容引線要盡可能短）。設(shè)計(jì)過孔時(shí)應(yīng)盡量減小過孔的寄生電感。
6、結(jié)語
人們不斷糾正或放棄電容在EWC設(shè)計(jì)中的一些傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)與做法。電容在EC設(shè)計(jì)中的作用大小與多種因素有關(guān)，已其中的很多因素一直在不斷的研究與變化中。所以，要充分發(fā)揮電容在EC設(shè)計(jì)中的作用，及時(shí)了解相關(guān)研究的新進(jìn)展，及時(shí)采用新技術(shù)，是非常重要的。
環(huán)測(cè)威檢測(cè)是一家從事電磁兼容emc測(cè)試、FCC認(rèn)證、無線產(chǎn)品認(rèn)證的第三方檢測(cè)公司，相關(guān)產(chǎn)品測(cè)試問題可在線咨詢工程師！
免費(fèi)電話：4008-707-283
閱讀本文的人還閱讀了：
1、電磁兼容測(cè)試項(xiàng)目有哪些？
2、emc設(shè)計(jì)的技巧：避免電磁兼容測(cè)試失敗的有效方法
