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旁路電容器的重要作用(上)

發(fā)布時(shí)間:2023-08-31 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電子設(shè)備是我們推動(dòng)世界運(yùn)轉(zhuǎn)所需的工具?,F(xiàn)代生活已經(jīng)離不開手機(jī)、現(xiàn)代化的交通工具、科學(xué)設(shè)備以及家中的各類電器,我們需要它們來改善甚至延長我們的壽命。所有電子設(shè)備都依賴于清潔的電源,而旁路電容器對(duì)于確保設(shè)備安全地滿足其電源規(guī)格要求至關(guān)重要。


Part 01.為什么需要旁路電容器?


電子系統(tǒng)皆有可能受到電磁干擾(EMI)的影響。電磁干擾可由各類人為因素或自然因素導(dǎo)致,例如:


? 電源線輻射

? 無線電發(fā)射機(jī)

? 電動(dòng)機(jī)

? 繼電器

? 靜電放電 (ESD)

? 閃電


每個(gè)信號(hào)源都會(huì)與設(shè)計(jì)中的電源和信號(hào)線耦合,產(chǎn)生噪聲。即便布局再謹(jǐn)慎,只要有直流電源線路在,它都可能充當(dāng)吸收和傳輸電磁場(chǎng)的電感器。圖 1 展示了一種常見的情況,即家用 60 Hz電源在直流電源線上誘發(fā)電源故障。


旁路電容器的重要作用(上)

圖 1. 直流線路上由 60 Hz頻率引起的 EMI。

資料來源:http://w4neq.com/htm/linenoise.htm


當(dāng)這些輻射加載到所需的穩(wěn)態(tài)直流電壓之上時(shí),所提供的電源質(zhì)量就會(huì)下降。一些潛在的 EMI 引起的故障模式包括單位翻轉(zhuǎn)和小故障(穩(wěn)健的硬件和軟件解決方案可糾正這些故障),以及集成電路 (IC) 鎖存,迫使系統(tǒng)復(fù)位。大的靜電放電尖峰甚至可能導(dǎo)致集成電路完全失效。


Part 02.旁路電容器如何緩解 EMI


如圖 2 所示,電容器是一種無源電子元件,由兩塊被電介質(zhì)隔開的導(dǎo)電板組成。一旦接通電源,電容器就會(huì)在兩塊板上儲(chǔ)存能量,直到與供電電壓達(dá)到平衡。如果外部因素導(dǎo)致供電線路電壓過低,電容器會(huì)將儲(chǔ)存的電荷反饋到線路上;如果發(fā)生過壓事件,多余的電荷會(huì)穿過電介質(zhì)并分流到地面。


旁路電容器的重要作用(上)

圖 2. 電容器物理結(jié)構(gòu)圖示。

資料來源:https://www.electronics-tutorials.ws/capacitor/cap_1.html


為確保為昂貴、高速的元件持續(xù)提供清潔電源,設(shè)計(jì)人員會(huì)在集成電路電源輸入引線附近添加旁路電容器。旁路電容器起到濾波器的作用,為穩(wěn)態(tài)電壓提供無窮大的阻抗,并旁路高頻噪聲,這可以減弱電源線上的噪聲,如圖 3 所示。


旁路電容器的重要作用(上)

圖 3. 電路圖和結(jié)果軌跡


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