スイッチング電源を設計する場合、フィルタコンデンサはどのように適切に選択すればよいですか?

スイッチング電源を設計する場合、フィルタコンデンサはどのように適切に選択すればよいですか?

スイッチング電源はフィルタコンデンサに大きく依存します。 すべてのエンジニアや技術者は、フィルタ コンデンサを適切に選択する方法、特に出力フィルタ コンデンサの選択に非常に関心を持っています。 パワー フィルター回路には、それぞれ 100uF、10uF、100nF、10nF の容量値を持つさまざまなコンデンサーが観察できます。 これらのパラメータはどのように決定されるのでしょうか? 他人の回路図を盗用したという非難はご遠慮ください。

50Hzの電源周波数回路で使用される一般的な電解コンデンサの脈動電圧周波数はわずか100Hzで、充放電周期はミリ秒程度です。 より低い脈動係数を得るために必要な静電容量は、数十万 F に達する場合があります。 静電容量を向上させるために、標準的な低周波アルミニウム電解コンデンサが設計されています。 ただし、スイッチング電源の出力フィルタの電解コンデンサの電圧周波数は数十 kHz、さらには MHz に達することもあるノコギリ波です。 静電容量は現時点では主要な指標ではありません。 スイッチング電源の動作周波数内での等価インピーダンスが低いことと、半導体デバイスの動作時に発生する高周波スパイクに対する良好なフィルタ効果が必要です。 この特性は高周波アルミ電解コンデンサの品質を評価する基準となります。

標準的な低周波電解コンデンサは、誘導性が発現し始めるまで約 10 kHz 以上で動作できないため、スイッチング電源は使用できません。 スイッチング電源の高周波アルミ電解コンデンサには4つの接続があります。 コンデンサの正極は正のアルミニウム シートの両端で構成され、負極は負のアルミニウム シートの両端で構成されます。

4 端子コンデンサでは、電流は 1 つの正端子から入り、コンデンサの内部を通過し、もう 1 つの正端子から負荷へ出ます。 負荷から戻るとき、電流はコンデンサの一方のマイナス端子から入り、コンデンサの内部を通って、もう一方のマイナス端子から電源のマイナス端子に出ます。

4 端子コンデンサは、強い高周波特性を備えているため、電圧のパルス成分を最小限に抑え、スイッチング スパイク ノイズを抑制するのに非常に有利な方法となります。 アルミ箔を細かく切り、数本のリード線を並列に接続して容量性リアクタンスのインピーダンス成分を低減した高周波アルミ電解コンデンサです。 さらに、引き出し端子に低抵抗材料を使用することで、コンデンサの耐大電流化を実現しました。

デジタル回路が安定して確実に動作するには、電源が「クリーン」であり、エネルギーがタイムリーに補充される必要があります。これは、フィルタリングとデカップリングが効果的である必要があることを意味します。 簡単に表現すると、フィルタリングとデカップリングは、チップが電流を必要とするときにエネルギーを迅速に補充できるようにするためのエネルギー貯蔵の方法です。 DCDCとLDOがこれを担当していないとあえて言わないでしょうか？ はい、低周波数では管理できますが、高速デジタル システムは動作が異なります。