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电容去耦原理透彻分析与设计参考

电容退耦原理采用电容退耦是解决电源噪声问题的主要方法。这种方法对提高瞬态电流的响应速度，降低电源分配系统的阻抗都非常有效。对于电容退耦，很多资料中都有涉及，但是阐述的角度不同。作为输入滤波和平滑作用的铝电解电容器，它的质量和可靠性直接影响到开关电源的可靠性。有些是从局部电荷存储（即储能）的角度来说明，有些是从电源分配系统的阻抗的角度来说明，还有些资料的说明更为混乱，一会提储能，一会提阻抗，因此很多人在看资料的时候感到有些迷惑。其实，这两种提法，本质上是相同的，只不过看待问题的视角不同而已。为了让大家有个清楚的认识，本文分别介绍一下这两种解释。从储能的角度来说明电容退耦原理。在制作电路板时，通常会在负载芯片周围放置很多电容，这些电容就起到电源退耦作用。

      电解电容器的内部有储存电荷的电解质材料，分正、负极性，类似于电池，不可接反。正极为粘有氧化膜的金属基板，负极通过金属极板与电解质（固体和非固体）相连接。

　　1、电路设计

　　（1）在确认使用及安装环境时，作为按产品样本设计说明书上所规定的额定性能范围内使用的电容器，应当避免在下述情况下使用：

　　a）高温

　　b）过流

　　c）过压

　　d）施加反向电压或交流电压。

　　e）使用于反复多次急剧充放电的电路中。

　　另：在电路设计时，请选用与机器寿命相当的电容器。

　　（2）电容器外壳、辅助引出端子与正、负极 以及电路板间必须完全隔离；

　　（3）当电容器套管的绝缘不能保证时，在有绝缘性能特定要求的地方请不要使用；

　　（4）请不要在下述环境下使用电容器：

　　a）直接与水、盐水及油类相接触、或结露的环境；

　　b）充满有害气体的环境（硫化物、h2so3、hno2、cl2、氨水等）；

　　c）置于日照、o3、紫外线及有性物质的环境；

　　d）振动及冲击条件超过了样本及说明书的规定范围的恶劣环境；

　　（5）在设计电容器的安装时，必须确认下述内容：

　　a）电容器正、负极间距必须与线路板孔距相吻合；

　　b）保证电容器防爆阀上方留有一定的空间；

　　c）电容器防爆阀上方尽量避免配线及安装其他元件；

　　d）电路板上，电容器的安装位置，请不要有其他配线；

　　e）电容器四周及电路板上尽量避免设计、安装发热元件；

　　（6）另外，在设计电路时，必须确认以下内容：

　　a）温度及频率的变化不至于引起电性能变化；

　　b）双面印刷板上安装电容器时，电容器的安装位置避免多余的基板孔和过孔；

　　c）两只以上电容器并联连接时的电流均衡；

　　d）两只以上电容器串联连接时的电压均衡。

电机起动器

在单相鼠笼式电动机中，电动机壳体内的初级绕组不能在转子上起动旋转运动，而是可以维持转子运动。为了起动电动机，次级“起动”绕组具有串联的非极化起动电容器，以在正弦电流中引入引线。b）双面印刷板上安装电容器时，电容器的安装位置避免多余的基板孔和过孔。当次级绕组相对初级（绕组）绕组以一定角度放置时，产生旋转电场。

信号处理

存储在电容器中的能量可以用于表示二进制形式的信息，如DRAM中，或模拟形式，如模拟采样滤波器和CCD中的信息。电容器可用于模拟电路作为积分器的组件，或者更复杂的滤波器和负反馈环路稳定。信号处理电路还可使用电容器来集成电流信号。

（1）调谐电路

电容器和电感器一起应用在调谐电路中以选择特定频带的信息。例如，无线电接收机依靠可变电容来调整电台频率。扬声器使用无源模拟分频器，模拟均衡器使用电容来选择不同的音频频段。

电解电容器性能要求

小体积、大容量

由于电解电容器阳极为腐蚀多孔的阀金属且表面生成一层极薄的介质氧化膜，多数采用卷绕结构，很容易扩大体积，因此单位体积电容量非常大，比其它电容大几倍到几十倍。其原因是，在数字设备中，随着功能的增加，电路的电流有越来越大的趋势。但是大电容量的获取是以体积的扩大为代价的，现代1开关电源要求越来越高的效率，越来越小的体积，因此，有必要寻求新的解决办法，来获得大电容量、小体积的电容器。

在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路，则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷：

（1）高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流，而且大幅度增加；

（2）变换器的主开关管发热，导致铝电解电容器的周围温度升高；

（3）变换器多采用升压电路，因此要求耐高压的铝电解电容器。

这样一来，利用以往技术制造的铝电解电容器，由于要吸收比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。结果，使电源的体积庞大，难以用于小型化的电子设备。寄生电容器知识详解电源纹波和瞬态规格会决定所需电容器的大小，同时也会限制电容器的寄生组成设置。为了解决这些难题，必须研究与开发一种新型的电解电容器，体积小、耐高压，并且允许流过大量高频脉冲电流。另外，这种电解电容器，在高温环境下工作，工作寿命还须比较长。