任何的EMC及電子電路的可靠性設(shè)計(jì)疑難雜癥；先分析再設(shè)計(jì)才是高性價(jià)比的設(shè)計(jì)！

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1.電容器的并聯(lián)

       有效的容性去耦是通過在PCB上適當(dāng)位置放置電容器來實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)電容并聯(lián)使用能提供更寬的抑制帶寬。

不同容值電容并聯(lián)克服非理想特性

      如上圖所示，采用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容比如0.1uF和100pF兩個(gè)去耦電容單獨(dú)使用和并聯(lián)使用的曲線。由圖可知，當(dāng)不同電容器并聯(lián)使用時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)例外的情況。假如，0.1uF電容器的自諧振頻率為15MHz,100pF電容的自諧振頻率是150MHz。在100MHz以上，并聯(lián)電容的結(jié)合阻抗有一個(gè)很大的上升，那是因?yàn)樵?00MHz以上，0.1uF電容變成了感性，而100pF電容仍為容性，這樣在這個(gè)頻率頻率范圍內(nèi)形成了一個(gè)并聯(lián)諧振LC電路。

不同容值并聯(lián)電容的諧振

      如上圖所示，采用兩個(gè)不同電容并聯(lián)時(shí)，在諧振時(shí)既有電感也有電容，因此會有一個(gè)反共諧振點(diǎn)，在這些諧振點(diǎn)周圍，并聯(lián)電容表現(xiàn)的阻抗要大于它們單個(gè)使用時(shí)的阻抗，如果在這個(gè)點(diǎn)附近要滿足EMI要求，這就是一個(gè)不合適的位置。因此，兩個(gè)并聯(lián)電容必須要有不同的數(shù)量級。比如0.1uF和0.001uF或者容值相差100倍以上的關(guān)系，可以達(dá)到最佳的效果。容值相差100倍以上是為了讓反共諧振頻率范圍變得更窄一些。

      為了優(yōu)化并聯(lián)去耦的效果，也需要減小電容內(nèi)的引線電感。同時(shí)，當(dāng)電容裝到PCB上時(shí)會有一定值得走線電感存在。注：這個(gè)線長包括連接電容器到平面的過孔的長度。并聯(lián)去耦電容的PCB走線越短，去耦效果就越好。

       另外，兩個(gè)相同容值的電容器并聯(lián)也可以提高去耦的效果和頻率，這是因?yàn)殡娙萜鞑⒙?lián)后等效的串聯(lián)電阻ESR和等效串聯(lián)電感ESL減小，對于多個(gè)同樣同樣值的電容器比如數(shù)量為n,采用并聯(lián)方式使用后，等效電容變?yōu)閚·C,等效電感變?yōu)長/n，等效電阻變?yōu)镽/n，但諧振頻率不變。同時(shí)，從能量的角度考慮，多個(gè)電容器的并聯(lián)能向被去耦的器件提供更多的能量。

      在使用并聯(lián)電容器的應(yīng)用時(shí)注意：

      1）采用相同值的并聯(lián)電容器將增加凈電容，降低ESL和ESR。減少ESL和ESR是最重要的性質(zhì)。好的設(shè)計(jì)，噪聲優(yōu)化會達(dá)到6dB的改進(jìn)（用多個(gè)較小的電容器取代一個(gè)電容器）。

       2）如果電容值是不同的，反共振頻率點(diǎn)將會發(fā)生。進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇電容值時(shí)，使反共振不會發(fā)生在產(chǎn)生的信號的諧波，即開關(guān)或過渡頻率點(diǎn)。

2.電容受溫度的影響

     由于電容中的介質(zhì)參數(shù)受到溫度變化的影響，因此電容器的電容值也隨著溫度變化。不同介質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律不同，有些電容器的容量當(dāng)溫度升高時(shí)會減小70%以上，常用的濾波電容為瓷介質(zhì)電容，瓷介質(zhì)電容器有超穩(wěn)定型，比如COG或NPO;穩(wěn)定型,比如X7R;通用型，比如Y5V或Z5U共三種。不同介質(zhì)的電容器的溫度特性如下圖所示。

不同介質(zhì)電容器的溫度特性

      如圖所示，COG電容器的容量幾乎隨溫度沒有變化，X7R電容器的容量在額定工作溫度范圍變化在12%以下，Y5V電容器的容量在額定工作溫度范圍內(nèi)變化70%以上。這些特性是需要注意的，否則會出現(xiàn)濾波性能在高溫或低溫時(shí)性能變化而導(dǎo)致產(chǎn)品及設(shè)備產(chǎn)生電磁兼容問題。

     COG介質(zhì)雖然穩(wěn)定，但介質(zhì)常數(shù)較低，一般為10～100，因此當(dāng)體積較小時(shí)，容量較小。X7R的介質(zhì)常數(shù)高很多，為2000～4000，因此較小的體積也能產(chǎn)生較大的電容，Y5V的介質(zhì)常數(shù)最高，為5000～25000。

     在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，設(shè)計(jì)工程師通常選用電容器時(shí)，片面追求電容器的體積小，這種電容器的介質(zhì)雖然具有較高的介質(zhì)常數(shù)，但溫度穩(wěn)定性會很差，從而導(dǎo)致產(chǎn)品及設(shè)備溫度特性變差。這在選用電容器時(shí)要特別注意，特別是在軍用設(shè)備中。

3.電容受電壓的影響

     電容器的電容量不僅隨著溫度變化，還會隨著工作電壓變化，這一點(diǎn)在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中也要注意。不同介質(zhì)材料的電容器的電壓特性如下圖所示。

電容器的電壓特性

      如圖所示，X7R電容器在額定電壓狀態(tài)下，其容量降為原始值的70%，而Y5V電容器的容量降為原始值的30%。了解這個(gè)特性后，在選用電容時(shí)要在電壓或電容容量上留出余量，否則在額定工作電壓狀態(tài)下，濾波器會達(dá)不到預(yù)期的效果。

      綜合考慮溫度和電壓的影響時(shí)，電容的變化如下圖所示。

電容器件的溫度/電壓特性

      電容器的本體外表面上通常會標(biāo)示出電容容量值，稱為電容器的標(biāo)稱容量。標(biāo)稱容量與實(shí)際容量之間的偏差與標(biāo)稱容量之比的百分?jǐn)?shù)稱為電容器件的允許誤差。常用電容器件的允許誤差有±0.5%、±1%、±5%、±10%、±20%。

     電容器在使用時(shí)，允許加在其兩端的最大電壓值稱為工作電壓，也稱為耐壓或額定工作電壓。使用時(shí)，外加電壓最大值一定要小于電容器件的額定工作電壓，通常推薦外加電壓應(yīng)在額定工作電壓的2/3以下。

    電容器的絕緣電阻表征電容器的漏電性能，在數(shù)值上等于加在電容器兩端的電壓除以漏電流，絕緣電阻越大，漏電流越小，電容器件質(zhì)量越好。品質(zhì)優(yōu)良的電容器件具有較高的絕緣電阻，一般在兆歐級別以上。電解電容器的絕緣電阻一般比較低，漏電流較大。

     注意：電容器件產(chǎn)生的干擾噪聲問題。當(dāng)電容器件使用不當(dāng)會造成噪聲源。比如電解電容器件用作電源濾波或脈沖耦合電容。在處理微小信號的電路中，這些電容會因?yàn)槁╇娀蚱渌虮热鐪囟茸兓纬尚碌脑肼曉础Ｔ俦热纾陂_關(guān)電源中的高壓MOSFET器件等輸入阻抗電路的旁路電容，若容量發(fā)生變化，也會產(chǎn)生噪聲。

作者簡介:杜佐兵       

電磁兼容（EMC）線上&線下高級講師

杜佐兵老師在電子行業(yè)從業(yè)近20年，是國家電工委員會高級注冊EMC工程師，武漢大學(xué)光電工程學(xué)院、光電子半導(dǎo)體激光技術(shù)專家。目前專注于電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計(jì)、開關(guān)電源及LED背光驅(qū)動設(shè)計(jì)。