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开关噪声-EMC

使用电容器降低噪声

去耦电容的有效使用方法 其他注意事项

上一篇文章继“去耦电容的有效使用方法”的要点1“使用多个去耦电容”之后,介绍了要点2“降低电容的ESL”。本文将介绍最后一个要点“其他注意事项”。

要点1:使用多个去耦电容
要点2:降低电容的ESL(等效串联电感)
・其他注意事项

去耦电容的有效使用方法:其他注意事项

①Q较高的陶瓷电容

电容具有被称为“Q”的特性。下图即表示Q和频率-阻抗特性之间的关系。

当Q值高时,阻抗在特定的窄带会变得非常低。当Q值低时,阻抗虽然不会极度下降,但可以在很宽的频段内降低。这种特性可能有助于符合某些EMC标准。例如,使用电容量变化较大的电容时,如果Q值很高,则可能存在无法消除目标频率噪声的个体。在这种情况下,还有一种通过使用具有低Q的电容来抑制波动影响的手法。

②热风焊盘等的PCB图形

旨在提高散热性的热风焊盘等的PCB图形,图形的电感分量会增加。电感分量的增加会使谐振频率向低频端移动,所以有时可能无法获得理想的噪声消除效果。

③探讨对策时的电容试装

试制后需要对高频噪声采取对策,可以考虑增加小容量的电容器。此时,如下图所示,如果在大容量电容器上安装要增加的电容器(左例),则纵向会增加额外的电感分量,因此不能充分发挥增加电容器的效果。在中间的例子中,虽然未违背“尽可能使小容量电容靠近噪声源”的理论,但阻抗会与实际修改的PCB布局不同。最好的方法是以尽量接近实际修改的配置进行探讨(右例)。

在探讨对策时,也可能会发生虽然噪声试验OK,但安装到修改后的PCB时NG的现象,因此需要在探讨时就有意识地按照实际来安装。

④电容的电容量变化率

噪声对策用的电容的电容量变化率较大时,谐振频率的波动会变大,目标消减频段会产生变化或波动,有时很难找到理想的噪声对策。尤其是需要在窄频段大幅消除噪声时,需要格外注意。下表表示电容量变化率和实际的电容量和谐振频率之间的关系。仔细看这个表的话可以看出,虽然视条件而定,不过很多情况是无法接受的。

电容量变化率(%) 电容量(pF) 谐振频率(MHz)
+20 1,200 145
+10 1,100 152
+5 1,050 155
±0 1,000 159
-5 950 163
-10 900 168
-20 800 178

※ 按L=1nH计算

⑤电容器的温度特性

众所众知,电容的特性会受温度影响。目前,EMC测试的温度特性尚未标准化,但在某些应用中,不得不在明显的高温或低温条件/环境下工作、或在会产生较大温度变化的条件/环境下使用。

在这类情况下,非常有可能发生“④电容量变化率”中提到的问题,所以,用于噪声对策的电容,需要尽量使用具有CH、C0G特性的温度特性优异的产品。

关键要点:

・理解Q与频率-阻抗特性之间的关系,并根据目的区分Q的差异。

・高Q电容窄带阻抗急剧下降。低Q电容在较宽频段相对平缓下降。

・PCB图形的热风焊盘等会增加电感分量,使谐振频率向低频端移动。

・探讨对策时的试装,如果不按照现实的修改实际安装,很可能在修改后的PCB板上无法获得探讨时的效果。

・电容量变化率大时,谐振频率会变化,无法获得目标频率理想的噪声消除效果。

・在温度条件和变动较大的严苛应用中,可以探讨使用具有CH、C0G特性的温度特性优异的电容。