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電容在EMC設(shè)計中的應(yīng)用技巧
在EMC設(shè)計中，電容是應(yīng)用zui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。大量實踐表明：在EMC設(shè)計中，恰當選擇與使用電容，不僅可解決許多EMI問題，而且能充分體現(xiàn)效果良好、價格低廉、使用方便的優(yōu)點。若電容的選擇或使用不當，則可能根本達不到預(yù)期的目的，甚至?xí)觿MI程度。
本文根據(jù)EMC設(shè)計原理和不同結(jié)構(gòu)電容的特點，結(jié)合相關(guān)研究的新進展，針對電容在EMC設(shè)計中的一些不恰當?shù)恼J識與做法，討論了電容在EMC設(shè)計中的應(yīng)用技巧。對EMC設(shè)計具有指導(dǎo)作用。
濾波器結(jié)構(gòu)的選擇
EMC設(shè)計中的濾波器通常指由L，C構(gòu)成的低通濾波器。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(這一點往往未被注意)，因為這樣測試方便，并且是符合射頻標準的。
但是，實踐中源阻抗Zs和負載阻抗Zi很復(fù)雜，并且在要抑制的頻率點上可能是未知的。如果濾波器的一端或兩端與電抗性元件相聯(lián)結(jié)，則可能會產(chǎn)生諧振，使某些頻率點的插入損耗變?yōu)椴迦朐鲆妗?nbsp;
可見，正確選擇濾波器的結(jié)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"zui大不匹配原則"決定的。簡言之，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zui大不匹配原則得到的濾波器的結(jié)構(gòu)與ZS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))。
但是，如何判定Z，和乙的值是高或低，一些資料上并未作具體說明[1,2]，實踐中也往往不清楚。
Zs和ZL的所謂的高值或低值的臨界選取有一定的隨機性，選取50n作為邊界值是比較合適的。
順便指出，在電子電路中，因信號一般較弱，而RC低通濾波器對信號有一定的衰減，故很少使用。
2 自諧振頻率與截止頻率
2．1 去耦電容的自諧振頻率
實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度，對圓形、導(dǎo)線類型的引線，上'的典型值為10nH／cm[3]。典型的陶瓷電容的引線約有6 mm長，會引入約15nH的電感'"。引線電感也可由下式估算[4]：
其中：／和r分別為引線的長度和半徑。
寄生電感會與電容產(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zui小，去耦效果。但對頻率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。實踐中，應(yīng)根據(jù)噪聲的zui高頻率fmax來選擇去耦電容的自諧振頻率f0，*取值為fo=fmax。
但是，一些資料上只是從電容的寄生電感的角度給出了自諧振頻率fo的資料。實際上，去耦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，查得的資料或自己的估算往往與實際情況相去甚遠。
實踐中，一般是先確定去耦電容的結(jié)構(gòu)(電容的寄生電感與其結(jié)構(gòu)關(guān)系密切)，再用試驗的方法確定容量。
2．2 電源濾波器的釣自諧振頻率
在交流電源進線與電源變壓器之間設(shè)置電源濾波器是抗EMI的常用措施之一。常用的電源濾波器如圖2所示。人們一般對去耦電容的自諧振頻率問題比較注意，實際上電源濾波器也有自諧振頻率問題，處理不當，同樣達不到預(yù)期的目的。
對圖2所示的濾波器，分析可知，當電感的電阻rL很小時，自諧振頻率分別為：
設(shè)計電源濾波器時，必須使濾波器的自諧振頻率遠小于噪聲頻率。處理不當．不僅不能衰減噪聲，反而會放大噪聲。
例如[8]圖2(a)所示的濾波器，如果取L＝1 mH，rL＝1歐姆，C＝0．47 uF(這也是許多資料上推薦的參數(shù))，可算出f0＝5．2 kHz。而EMC測試中的快速脈沖群頻率為5．0kHz(2kV)或2．5kHz(4kV)，5．0kHz剛好諧振，2．5kHz也不會被衰減，如圖3所示。這說明濾波器中元件參數(shù)選取不當，可能根本起不到提高EMC性能的作用。