電源濾波電容選取詳解

電感的阻抗與頻率成正比，電容的阻抗與頻率成反比。所以，電感可以阻扼高頻通過(guò)，電容可以阻扼低頻通過(guò).二者適當(dāng)組合，就可過(guò)濾各種頻率信號(hào)。如在整流電路中，將電容并在負(fù)載上或?qū)㈦姼写?lián)在負(fù)載上，可濾去交流紋波。電容濾波屬電壓濾波，是直接儲(chǔ)存脈動(dòng)電壓來(lái)平滑輸出電壓，輸出電壓高，接近交流電壓峰值；適用于小電流，電流越小濾波效果越好。

　　電感濾波屬電流濾波，是靠通過(guò)電流產(chǎn)生電磁感應(yīng)來(lái)平滑輸出電流，輸出電壓低，低于交流電壓有效值；適用于大電流，電流越大濾波效果越好。電容和電感的很多特性是恰恰相反的。

　　一般情況下，電解電容的作用是過(guò)濾掉電流中的低頻信號(hào)，但即使是低頻信號(hào)，其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此為了適合在不同頻率下使用，電解電容也分為高頻電容和低頻電容（這里的高頻是相對(duì)而言）。

　　低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。當(dāng)我們將低頻濾波電容用于高頻電路時(shí)，由于低頻濾波電容高頻特性不好，它在高頻充放電時(shí)內(nèi)阻較大，等效電感較高。因此在使用中會(huì)因電解液的頻繁極化而產(chǎn)生較大的熱量。而較高的溫度將使電容內(nèi)部的電解液氣化，電容內(nèi)壓力升高，最終導(dǎo)致電容的鼓包和爆裂。

　　電源濾波電容的大小，平時(shí)做設(shè)計(jì)，前級(jí)用4.7u，用于濾低頻，二級(jí)用0.1u，用于濾高頻，4.7uF的電容作用是減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾，0.1uF的電容應(yīng)該是減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化引起的高頻干擾。一般前面那個(gè)越大越好，兩個(gè)電容值相差大概100倍左右。電源濾波，開關(guān)電源，要看你的ESR(電容的等效串聯(lián)電阻)有多大，而高頻電容的選擇最好在其自諧振頻率上。大電容是防止浪涌，機(jī)理就好比大水庫(kù)防洪能力更強(qiáng)一樣；小電容濾高頻干擾，任何器件都可以等效成一個(gè)電阻、電感、電容的串并聯(lián)電路，也就有了自諧振，只有在這個(gè)自諧振頻率上，等效電阻最小，所以濾波最好！

　　電容的等效模型為一電感Ｌ，一電阻Ｒ和電容Ｃ的串聯(lián)，

　　電感Ｌ為電容引線所至，電阻Ｒ代表電容的有功功率損耗，電容Ｃ。

　　因而可等效為串聯(lián)ＬＣ回路求其諧振頻率（是由電路里的電容C+導(dǎo)線電感L造成的），串聯(lián)諧振的條件為WL=1/WC，W=2*PI*f，從而得到此式子f(頻率) = 1 / (2 * Pi * Sqrt(L*C))。，串聯(lián)ＬＣ回路中心頻率處電抗最小表現(xiàn)為純電阻，所以中心頻率處起到濾波效果。引線電感的大小因其粗細(xì)長(zhǎng)短而不同，接地電容的電感一般是１ＭＭ為10nＨ左右，取決于需要接地的頻率。

　　采用電容濾波設(shè)計(jì)需要考慮參數(shù)：

　　ESR

　　ESL

　　耐壓值

　　諧振頻率

　　那么如何選取電源濾波電容呢？

　　電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)也不難

　　1)、理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc)，但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng)，這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路，自諧振頻率即器件的FSR參數(shù)，這表示頻率大于FSR值時(shí)，電容變成了一個(gè)電感，如果電容對(duì)地濾波，當(dāng)頻率超出FSR后，對(duì)干擾的抑制就大打折扣，所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地.原因在于小電容，SFR值大，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路，

　　所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解：大電容濾低頻，小電容濾高頻，根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同，想想為什么？如果從這個(gè)角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。

　　2)、那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)有疑問(wèn)，我怎么知道電容的SFR是多少？就算我知道SFR值，

　　我如何選取不同SFR值的電容值呢？是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容？

　　電容的SFR值和電容值有關(guān)，和電容的引腳電感有關(guān)，所以相同容值的0402，0603，或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同，當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè)：1)器件Data sheet，如22pf0402電容的SFR值在2G左右， 2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率，想想如何測(cè)量S21？

　　知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完后，那就是實(shí)際電路試驗(yàn)，如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí)，LNA的電源濾波是關(guān)鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB。

　　電容的本質(zhì)是通交流，隔直流，理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好.但由于引線和PCB布線原因，實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，(還有電容本身的電阻，有時(shí)也不可忽略)這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/(LC)1/2

　　在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性.因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

　　這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高.

　　至于到底用多大的電容，這是一個(gè)參考電容諧振頻率

　　電容值 DIP (MHz) STM (MHz)

　　1.0μF 2.5 5

　　0.1μF 8 16

　　0.01μF 25 50

　　1000pF 80 160

　　100 pF 250 500

　　10 pF 800 1.6(GHz)

　　不過(guò)僅僅是參考而已，老工程師說(shuō)主要靠經(jīng)驗(yàn).

　　更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，

　　一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

　　文章來(lái)源：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_545edca401000ax6.html

　　我看了這篇文章，也做個(gè)粗略的總結(jié)吧：

　　1.電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。

　　2.電源濾波中電容對(duì)地腳要盡可能靠近地。

　　3.理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

　　4.可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

　　濾波電容的選取原則

　　經(jīng)過(guò)整流橋以后的是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍很大。后面一般用大小兩個(gè)電容；

　　大電容用來(lái)穩(wěn)定輸出，眾所周知電容兩端電壓不能突變，因此可以使輸出平滑；

　　小電容是用來(lái)濾除高頻干擾的，使輸出電壓純凈；

　　電容越小，諧振頻率越高，可濾除的干擾頻率越高；

　　容量選擇：

　?。?）大電容，負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大

　　（2）小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可

　　2.別人的經(jīng)驗(yàn)（來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

　　1、電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。

　　2、電源濾波中電容對(duì)地腳要盡可能靠近地。

　　3、理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

　　4、可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

　　具體案例： AC220-9V再經(jīng)過(guò)全橋整流后，需加的濾波電容是多大的？ 再經(jīng)78LM05后需加的電容又是多大？

　　前者電容耐壓應(yīng)大于15V，電容容量應(yīng)大于2000微發(fā)以上。 后者電容耐壓應(yīng)大于9V，容量應(yīng)大于220微發(fā)以上。

　　2.有一電容濾波的單相橋式整流電路，輸出電壓為24V，電流為500mA，要求：

　?。?）選擇整流二極管；

　　（2）選擇濾波電容；

　　（3）另：電容濾波是降壓還是增壓？

　　（1）因?yàn)闃蚴绞侨?，所以每個(gè)二極管電流只要達(dá)到負(fù)載電流的一半就行了，所以二極管最大電流要大于250mA；電容濾波式橋式整流的輸出電壓等于輸入交流電壓有效值的1.2倍，所以你的電路輸入的交流電壓有效值應(yīng)是20V，而二極管承受的最大反壓是這個(gè)電壓的根號(hào)2倍，所以，二極管耐壓應(yīng)大于28.2V。

　?。?）選取濾波電容：1、電壓大于28.2V；2、求C的大?。汗絉C≥（3--5）×0.1秒，本題中R=24V/0.5A=48歐

　　所以可得出C≥（0.00625--0.0104）F，即C的值應(yīng)大于6250μF。

　　（3）電容濾波是升高電壓。

　　濾波電容的選用原則

　　在電源設(shè)計(jì)中，濾波電容的選取原則是： C≥2.5T/R

　　其中： C為濾波電容，單位為UF;

　　T為頻率， 單位為Hz

　　R為負(fù)載電阻，單位為Ω

　　當(dāng)然，這只是一般的選用原則，在實(shí)際的應(yīng)用中，如條件(空間和成本)允許，都選取C≥5T/R。

　　3.濾波電容的大小的選取

　　PCB制版電容選擇

　　印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)。操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC吸收電路來(lái)吸收放電電流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF。

　　一般的10PF左右的電容用來(lái)濾除高頻的干擾信號(hào)，0.1UF左右的用來(lái)濾除低頻的紋波干擾，還可以起到穩(wěn)壓的作用濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波頻率，可以查一下相關(guān)廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫(kù)軟件，根據(jù)具體的需要選擇。至于個(gè)數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個(gè)也挺好的，暫時(shí)沒(méi)用的可以先不貼，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話，加兩個(gè)電容就可以了，一個(gè)慮除紋波，一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流，建議再加一個(gè)比較大的鉭電容。

　　其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)方面，也就是各位所說(shuō)的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說(shuō)了，實(shí)用點(diǎn)的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10個(gè)uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF。

　　說(shuō)到電容，各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦?，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實(shí)無(wú)論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)可以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái)：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小。

　　在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號(hào)對(duì)電源的影響，就可以稱為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容；除此以外，對(duì)于直流電壓，電容器還可作為電路儲(chǔ)能，利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱為旁路電容。

　　電容的本質(zhì)是通交流，隔直流，理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。

　　但由于引線和PCB布線原因，實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，（還有電容本身的電阻，有時(shí)也不可忽略）

　　這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/(LC)1/2

　　在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。

　　因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

　　這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。

　　至于到底用多大的電容，這是一個(gè)參考。

　　電容諧振頻率

　　電容值 DIP (MHz) STM (MHz)

　　1.0μF 2.5 5

　　0.1μF 8 16

　　0.01μF 25 50

　　1000pF 80 160

　　100 pF 250 500

　　10 pF 800 1.6(GHz)

　　不過(guò)僅僅是參考而已，用老工程師的話說(shuō)——主要靠經(jīng)驗(yàn)。

　　更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，

　　一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

　　一般來(lái)講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。

　　具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f )

　　電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)也不難。

　　1）理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少(1/jwc)，但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng)，這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路，自諧振頻率即器件的FSR參數(shù)，這表示頻率大于FSR值時(shí)，電容變成了一個(gè)電感，如果電容對(duì)地濾波，當(dāng)頻率超出FSR后，對(duì)干擾的抑制就大打折扣，所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，可以想想為什么？

　　原因在于小電容，SFR值大，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路，所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解：大電容慮低頻，小電容慮高頻，根本的原因在于SFR(自諧振頻率)值不同，當(dāng)然也可以想想為什么？如果從這個(gè)角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。

　　2)那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)有疑問(wèn)，我怎么知道電容的SFR是多少？就算我知道SFR值，我如何選取不同SFR值的電容值呢？是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容？電容的SFR值和電容值有關(guān)，和電容的引腳電感有關(guān)，所以相同容值的0402，0603，或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同，當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè)，1)器件Data sheet，如22pf0402電容的SFR值在2G左右， 2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率，想想如何量測(cè)？S21？

　　知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比.仿真完后，那就是實(shí)際電路試驗(yàn)，如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí)，LNA的電源濾波是關(guān)鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB.

　　濾波電容的選取與計(jì)算

　　從網(wǎng)上看有兩種工程常用的計(jì)算方法：(參考，感覺(jué)有些道理)

　　一，當(dāng)要求不是很精確的話，可以根據(jù)負(fù)載計(jì)算，每mA，2uf.

　　二，按RC時(shí)間常數(shù)近似等于3~5倍電源半周期估算。給出一例：

　　負(fù)載情況：直流1A，12V。其等效負(fù)載電阻12歐姆。

　　橋式整流：

　　RC = 3 (T/2)

　　C = 3 (T/2) / R = 3 x (0.02 / 2 ) / 12 = 2500 (μF)

　　工程中可取2200 μF，因?yàn)闆](méi)有2500 μF這一規(guī)格。若希望紋波小些，按5倍取。這里，T是電源的周期，50HZ時(shí)，T = 0.02 秒。

　　全波整流結(jié)果一樣，但半波整流時(shí)，時(shí)間常數(shù)加倍。

　　根據(jù)全波整流波形，可以看出，輸出電壓的平滑與電容充放電時(shí)間和信號(hào)的頻率有關(guān)系，當(dāng)信號(hào)的頻率增大時(shí)，輸出電壓的波動(dòng)就分變大，可以改變?yōu)V波電容的大小來(lái)改變充放電時(shí)間，使波動(dòng)減小.這也反應(yīng)了上述濾波電容的計(jì)算關(guān)系.理論上濾波電容越大濾波效果越好，輸出電壓就越平滑，但在電路接通的瞬間，電路中所產(chǎn)生的沖擊電流因素卻不能被忽略，這是因?yàn)椋瑤缀跛械碾娮釉骷加衅淇梢酝ㄟ^(guò)的最大電流值，所以，在選擇電子元器件時(shí)，必須考慮沖擊電流所帶來(lái)的流過(guò)相關(guān)元器件瞬間電流的最大值，沖擊電流越大，對(duì)電子元器件的要求就越高，電路的成本就會(huì)提高。