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電容知識分享:電容的作用解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-05-28 

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電容知識分享:電容的作用解析-KIA MOS管


電容的作用

1)電容的作用之一:電荷緩沖池

器件工作時電源的負載時動態的,即運行器件的電流和功耗時不斷變化的,為了保證器件工作的電壓不隨電流和功耗的劇烈變化而同程度變化,我們希望器件的電壓盡量穩定。


在這種情況下,需要為器件提供一個緩沖池,以便當外界環境劇烈變化時,器件的工作能夠保持相對穩定。


電容的本質是儲存電荷和釋放電荷,根據公式:


Δ U = Δ Q/C

Δ U 表示電容兩端電壓的變化量

Δ Q 表示電容兩端電荷的變化量

C為電容容值


當運行器件電流變化時( Δ Q= Δ Ixt,即電荷Q需求不斷變化),根據上述公式可知: 通過電容電荷變化來減少電壓的變化(電壓變化幅度 Δ U與電容容值有關),從而保持器件工作電壓的穩定。


因此,電容的作用之一就是電荷緩沖池,保持工作電壓的穩定。


2)電容作用之二:高頻噪聲的重要泄放通路


對于高速運行的電路而言,無時無刻不存在狀態的轉變。比如芯片內部開關管狀態切換。這種高速的轉變將在電路上產生大量的噪聲等干擾。從頻譜上看,這些干擾在相當大程度上處于有效的2次/3次等倍頻頻率。


在電源傳輸路徑上,需要將這些干擾泄放到相對穩定的地平面上,以免影響器件的工作。根據 Z=1/(j ω \omega ωC),當頻率較高時,電容表現為低阻抗,因此,可將電容作為高頻噪聲的重要泄放通路。


3)電容的作用之三:實現交流耦合

當兩個器件通過高速信號互連時,信號兩端的器件可能對直流分量有不同的要求。


例如,A和B兩個器件之間通過高速差分對信號互連,但A器件工作于1.8V,B器件工作于3.3V,則A器件驅動的差分對信號將攜帶1.8V直流分量,導致信號到達接收端B器件時無法被識別;


對于這種情況,需要將信號所攜帶的發送端的直流分量在達到接收端前濾除掉,即隔離信號兩邊器件的直流分量。基于電容的通交流,阻直流的天然特性,電容具有這種隔離功能(交流耦合AC couple 和直流隔離 DC Blocking)。


電容等效電路及關鍵參數分析

電容的等效電路如下圖所示:


電容


電容器并不是純粹的電容,而是帶有電阻、電感等成分的小電路。


ESL: Equivalent Series Inductance, 等效串聯電感


由電容器器件的引腳電感和電容器器件兩極間等效電感串聯而成,主要取決于封裝。


隨著封裝的增大,ESL值將隨之增大。


電容


ESR: Equivalent Series Resistance, 等效串聯電阻


由電容器件的引腳電阻和電容器兩極間等效電阻構成。主要取決于電容的工作溫度、工作頻率以及電容體本身的導線電阻等。


Rleak:并聯泄露電阻

取決于電容器件本身特有的泄露特性。


Rated Voltage: 額定電壓,器件最高工作電壓不能超過該值。

Rated Ripple Current: 額定紋波電流,此參數的值越大,表示承受大電流沖擊的能力越好。

Tangent of loss angle:電容損耗角正切值。


理想電容工作時,只會產生的無功功率Q(無功功率),由于電容內部存在ESR及泄露電流,實際應用中會產生一定的損耗功率P,定義 tan δ =P/Q, tan δ 就稱為電容損耗角正切值。這個值越小,電容的功率損耗就越小。


Leakage Current: 電容內部存在Rleak,因此存在泄露通路,該參數用于定義流過電容的泄露電流。



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