本文是对“dc/dc转换器的电感和电容器的选型”一文中“输入电容器的选型”的补充。
输入电容器的选型-补充
在前面的文章中,为了对输入电容器进行选型,回顾了输入电容器和输出电容器作用,并介绍了输入电容器选型的关键要点、电压和纹波电流的额定值、纹波发热特性、陶瓷电容器的温度特性和dc偏置特性。
由于许多实际电路中的输入电容器是除前面文章中介绍的主要cin外,还常与用来降低高频噪声的被称为“cbypass”的电容器相结合使用,因此在本文中将对cbypass进行补充说明。
输入电容器cbypass的作用
dc/dc转换器的输入需要电容量较大的输入电容器cin,其作用是作为输出开关导通后从输入急剧流入电流时的电流供给源,用来降低此时产生的纹波电压。通过采用适合的cin,可使输入电压相对于输出开关保持稳定。右图是经常用来解释相关内容的示意图。
但是,在实际的输入中,不仅有本来的输入电流on/off带来的纹波,开关引起的高频电流转移也表现为电压尖峰或噪声。这些会作为噪声干扰给其他部分带来不利影响,因此需要降低。下图表示相对于输入中的电流转移,纹波与噪声的关系。
综上所述,输入中存在开关频率的纹波和高频噪声两种频段的噪声。
如前所述,cin的主要目的是降低纹波电压,因此应该选用静电量容较大的电容器。然而,一般情况下,适合cin的电容器在高频段的阻抗特性较差,即使能够有效降低纹波电压,也不能充分降低高频噪声。因此,就需要在更高频段增加阻抗低的电容器。为区别于cin,将这种电容器称为“cbypass”。通常使用约0.1µf的陶瓷电容器。其目的与“用于降低高频噪声用的去耦(或旁路)电容器”相同。
下图是同时存在cin和cbypass的电路示例,c2为cin,c4为cbypass。另外,作为示例给出了cin=22µf、cbypass=0.1µf的阻抗特性。输入可获得两种电容器的合成阻抗特性。
如果输入电容器的电容量较小也可以,则可以采用1个陶瓷电容器,cin和cbypass并用。但是,需要确认电容器的阻抗特性以及产生的纹波和噪声的频率。
在pcb板上配置时的注意事项
输入电容器应尽量靠近ic的vin引脚配置,这是pcb布局的大原则。众所周知,如果配置距离过远,将需要通过与其距离相应的pcb布线的寄生电感,因电感和急剧的电流on/off,会产生意想不到的大尖峰电压。
此外,还有一个原则就是电容量小的电容器要配置于离噪声源近的位置。在这种情况下,由于vin(pvin)引脚对应噪声源,因此如电路图所示,从ic的pvin看,应按cbypass(c4)、cin(c2)的顺序进行配置。cin一般选用小的积层陶瓷电容器,因此比较容易靠近ic的vin引脚附近配置。
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