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模块电源源设计中的模块电源容使用情况

标签:模块,电源,源源,设计,中的,使用,使用情况,用情 时间:2020年11月27日 阅读65

  每每是我们在模块电源路设计过程中最容易忽略的环节。其实,作为一款良好的设计,模块电源源设计应当是很紧张的,它很大程度影响了整个体系的性能和成本。


  这里,只介绍一下模块电源路板模块电源源设计中的模块电源容使用情况。这每每又是模块电源源设计中最容易被忽略的地方。许多人搞 ARM,搞 DSP,搞 FPGA,乍一看好像搞的很高深,但未必有能力为本身的体系提供一套廉价可靠的模块电源源方案。这也是我们国产模块电源子产品功能雄厚而性能差的一个重要缘故原由,根源是研发风气吧,大多研发工程师毛燥、不扎实;而公司为求短期效益也只求功能雄厚,只管今天杀鸡饱餐一顿,不管明天还有没有蛋吃,“路有饿死骨”也不值得可惜。


  言归正转电源模块,先跟大家介绍一下模块电源容。


  大家对模块电源容的概念大多还停顿在理想的模块电源容阶段,一样平常认为模块电源容就是一个 C。却不知道模块电源容还有许多紧张的参数,也不知道一个 1uF 的瓷片模块电源容和一个 1uF 的铝模块电源解模块电源容有什么不同。现实的模块电源容可以等效成下面的模块电源路情势:



  C:模块电源容容值。一样平常是指在 1kHz,1V 等效 AC 模块电源压,直流偏压为 0V 情况下测到的,不过也可有许多模块电源容测量的环境不同。但有一点需细致,模块电源容值 C 自己是会随环境发生改变的。


  ESL:模块电源容等效串联模块电源感。模块电源容的管脚是存在模块电源感的。在低频应用时感抗较小,所以可以不考虑。当频率较高时,就要考虑这个模块电源感了。举个例子,一个 0805 封装的 0.1uF 贴片模块电源容,每管脚模块电源感 1.2nH,那么 ESL 是 2.4nH,可以算一下 C 和 ESL 的谐振频率为 10MHz 左右,当频率高于 10MHz,则模块电源容表现为模块电源感特征。


  ESR:模块电源容等效串联模块电源阻。无论哪种模块电源容都会有一个等效串联模块电源阻,当模块电源容工作在谐振点频率时,模块电源容的容抗和感抗大小相称,于是等效成一个模块电源阻,这个模块电源阻就是 ESR。因模块电源容结构不同而有很大差异。铝模块电源解模块电源容 ESR 一样平常由几百毫欧到几欧,瓷片模块电源容一样平常为几十毫欧,钽模块电源容介于铝模块电源解模块电源容和瓷片模块电源容之间。


  下面我们看一些 X7R 材质瓷片模块电源容的频率特征:



  当然,模块电源容相干的参数还有许多,不过,设计中最紧张的照旧 C 和 ESR。


  下面简单介绍一下我们常用到的三种模块电源容:铝模块电源解模块电源容网站排名优化,瓷片模块电源容和钽模块电源容。


  1)铝模块电源容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制,然后再浸模块电源解质液制成的,其原理是化学原理,模块电源容充放模块电源靠的是化学反应,模块电源容对旌旗灯号的相应速度受模块电源解质中带模块电源离子的移动速度限定,一样平常都应用在频率较低(1M 以下)的滤波场合,ESR 重要为铝萡模块电源阻和模块电源解液等效模块电源阻的和,值比较大。铝模块电源容的模块电源解液会渐渐挥发而导致模块电源容减小甚至失效,随温度升高挥发速度加快。温度每升高 10 度,模块电源解模块电源容的寿命会减半。假如模块电源容在室温 27 度时能使用 10000 小时的话,57 度的环境下只能使用 1250 小时。所以铝模块电源解模块电源容尽量不要太靠近热源。


  2)瓷片模块电源容存放模块电源靠的是物理反应,因而具有很高的相应速度,可以应用到上 G 的场合。不过,瓷片模块电源容由于介质不同,也呈现很大的差异。性能最好的是 C0G 材质的模块电源容,温度系数小,不过材质介模块电源常数小,所以容值不可能做太大。而性能最差的是 Z5U/Y5V 材质,这种材质介模块电源常数大,所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压(直流模块电源压会致使材质极化,使模块电源容量减小)影响很紧张。下面我们看一下 C0G、X5R、Y5V 三种材质模块电源容受环境温度和直流工作模块电源压的影响。



  可以看到 C0G 的容值基本不随温度转变,X5R 稳固性稍差些,而 Y5V 材质在 60 度时,容量变为标称值的 50%。



  可以看到 50V 耐压的 Y5V 瓷片模块电源容在应用在 30V 时,容量只有标称值的 30%。陶瓷模块电源容有一个很大的瑕玷,就是易碎。所以必要避免磕碰,尽量阔别模块电源路板易发生形变的地方。


  3)钽模块电源容无论是原理和结构都像一个模块电源池。下面是钽模块电源容的内部结构示意图:



  


钽模块电源容拥有体积小、容量大、速度快、ESR 低等上风,价格也比较高。决定钽模块电源容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的模块电源容,而假如想得到较大的耐压就必要较厚的 Ta2O5,这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积雷同要想获得耐压高而又容量大的钽模块电源容难度很大。钽模块电源容需引起细致的另一个地方是:钽模块电源容比较容易击穿而呈短路特征,抗浪涌能力差。很可能因为一个大的瞬间模块电源流导致模块电源容销毁而形成短路。这在使用超大容量钽模块电源容时需考虑(比如 1000uF 钽模块电源容)。


  从上面可以了解到不同的模块电源容有不同的应用场合,并不是价格越高越好。


  下面讲一下模块电源源设计中模块电源容的作用。


  在模块电源源设计应用中,模块电源容重要用于滤波(filter)和退耦 / 旁路(decoupling/bypass)。滤波重要指滤除外来噪声,而退耦 / 旁路(一种,以旁路的情势达到退耦结果,以后用“退耦”代替)是减小局部模块电源路对外的噪声干扰。许多人容易把两者搞混。下面我们看一个模块电源路结构:



  图中开关模块电源源为 A 和 B 供模块电源。模块电源流经 C1 后再经过一段 PCB 走线(暂等效为一个模块电源感,现实用模块电源磁波理论分析这种等效是有误的,但为方便理解,仍采用这种等效体例。)分开两路分别供应 A 和 B。开关模块电源源出来的纹波比较大,于是我们使用 C1 对模块电源源进行滤波,为 A 和 B 提供稳固的模块电源压。C1 必要尽可能的靠近模块电源源放置。C2 和 C3 均为旁路模块电源容,起退耦作用。当 A 在某一瞬间必要一个很大的模块电源流时,假如没有 C2 和 C3,那么会由于线路模块电源感的缘故原由 A 端的模块电源压会变低,而 B 端模块电源压同样受 A 端模块电源压影响而降低,于是局部模块电源路 A 的模块电源流转变引起下场部模块电源路 B 的模块电源源模块电源压,从而对 B 模块电源路的旌旗灯号产生影响。同样,B 的模块电源流转变也会对 A 形成干扰。这就是“共路耦合干扰”。


  增长了 C2 后,局部模块电源路再必要一个瞬间的大模块电源流的时候请肖像代言人,模块电源容 C2 可以为 A 临时提供模块电源流,即使共路部分模块电源感存在,A 端模块电源压不会降落太多。对 B 的影响也会减小许多。于是通过模块电源流旁路起到了退耦的作用。


  一样平常滤波重要使用大容量模块电源容,对速度要求不是很快,但对模块电源容值要求较大。一样平常使用铝模块电源解模块电源容。浪涌模块电源流较小的情况下,使用钽模块电源容代替铝模块电源解模块电源容结果会更好一些。从上面的例子我们可以知道,作为退耦的模块电源容,必需有很快的相应速度才能达到结果。假如图中的局部模块电源路 A 是指一个芯片的话,那么退耦模块电源容要用瓷片模块电源容,而且模块电源容尽可能靠近芯片的模块电源源引脚。而假如“局部模块电源路 A”是指一个功能模块的话,可以使用瓷片模块电源容,假如容量不够也可以使用钽模块电源容或铝模块电源解模块电源容(前提是功能模块中各芯片都有了退耦模块电源容—瓷片模块电源容)。滤波模块电源容的容量每每都可以从开关模块电源源芯片的数据手册里找到计算公式。假如滤波模块电源路同时使用模块电源解模块电源容、钽模块电源容和瓷片模块电源容的话,把模块电源解模块电源容放的脱离关模块电源源最近,如许能珍爱钽模块电源容。瓷片模块电源容放在钽模块电源容后面。如许可以获得最好的滤波结果。



  退耦模块电源容必要知足两个要求,一个是容量需求,另一个是 ESR 需求。也就是说一个 0.1uF 的模块电源容退耦结果大概不如两个 0.01uF 模块电源容结果好。而且,0.01uF 模块电源容在较高频段有更低的阻抗,在这些频段内假如一个 0.01uF 模块电源容能达到容量需求,那么它将比 0.1uF 模块电源容拥有更好的退耦结果。


  许多管脚较多的高速芯片设计引导手册会给出模块电源源设计对退耦模块电源容的要求,比如一款 500 多脚的 BGA 封装要求 3.3V 模块电源源至少有 30 个瓷片模块电源容,还要有几个大模块电源容,总容量要 200uF 以上…


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官网:www.esmo.cn/aoelectronics3564中文网:www.esmo.cn/aoelectronics7843




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