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盘点电容在EMC中的应用

韬略科技EMC 来源:韬略科技EMC 作者:韬略科技EMC 2023-06-08 09:21 次阅读

前言

随着科学威廉希尔官方网站 的发展和电子产品种类和数量不断增多,造成了日益复杂的电磁环境。为了控制电子产品的电磁辐射以及在电磁环境下能够稳定工作,世界各国组织和机构出台了许多电磁兼容EMC)标准,为了能满足这些标准的要求,在产品设计过程不得不考虑电磁兼容设计,常见的电磁兼容设计有屏蔽、接地和滤波。今天分享的内容与滤波有关,是我们常见的滤波器件—电容

电容

电容作为三大基本电路元件之一,发展至今已经有了各式各样的产品形态,如瓷介电容(CC)、纸介电容(CZ)、铝电解电容(CD)、钽电解电容(CA)、安规电容以及穿心电容等,不同的电容形态各异,作用不同,但也有作为电容的通性。

1.电容的结构

电容的结构组成可以简单分为三部分:电极+介质+电极,以下是片状多层陶瓷电容和铝电解电容的基本结构示意图:

b13becc8-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

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电容的容值计算公式为:

b1524fd6-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

C为电容值,单位法拉F,ε为介质介电常数,S为电极的面积,d为电极的距离。

2.电容的特性

(1)频率特性:电容具有隔离直流通交流,隔离低频通高频的特点,可以通过电容的阻抗计算公式来看:

b15bd7ea-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

Z为阻抗,单位Ω,W为角频率,C为电容大小。通过公式可以知道,角频率增大,阻抗Z减小,体现了频率越高阻抗越低的特点。

理想的电容阻抗随频率降低,但在实际应用中,考虑到电路的寄生电感带来的影响,电容的频率特性会在某个频率点发生转变,这个频率点我们称为电容的谐振频率,计算公式如下:

b164e97a-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.jpg

(2)储能特性:电容两个极板在上电过程通过储存电荷,将电能转换为电势能,存储在电容两端,存储的能量大小计算公式如下:

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电容的储能就是一次充电过程,电容充放电的时间常数的大小与电路中电阻、和电容本身容量有关,计算方式如下:

RC电路的时间常数:τ=RC

充电时:

b17878f0-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.jpg

U是电源电压。

放电时:

b1824330-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.jpg

Uo是放电前电容上电压。

b18b0204-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

电容在EMC整改中的应用

在EMC整改过程中,电容滤波是常用的手段之一,利用电容在不同频段的频率特性可以实现对电磁辐射的抑制,常用的电容谐振频率可以参考下表:

b1a8569c-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

在整改过程中,通过滤波可以改变噪声的辐射路径,从而实现抑制电磁辐射的目的。针对不同的辐射频段选用不同的电容滤波,但是前提是先找到辐射的主要路径。

(1)高频辐射滤波:下面是某设备的辐射测试数据,在750MHz频段辐射值较高:

b1b4efec-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

通过排查发现主要的辐射路径是串口通信接口,如下:

b1c2a6b4-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

通过在接口处做电容滤波,滤波后数据如下:

b1ce9e38-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.png

(2)低频噪声滤波

DCDC电源电路设计中,为了应对可能出现的低频噪声辐射问题,例如车载设备的传导电压法测试,通常需要在电源端预留足够的滤波,常见的电容滤波组合为LC滤波、π型滤波,滤波参数需要参考需要滤波的频段来确定。

LC滤波的谐振频率计算公式如下:

b1db4368-058b-11ee-8a94-dac502259ad0.jpg

作为低通二阶滤波,在谐振频率点之后的频段,插损为-20db/10倍频。如果需要滤波的频点为500KHz,滤波谐振频率f设置为50KHz,那么计算出来的滤波参数可以实现在500KHz频点达到20dB的噪声抑制效果。

电容储能

电容的储能特性能够为电路提供短暂的能量供给,在一些EMC抗扰类测试项目中,涉及电源波动抗扰度测试,通过储能电容可以让电路在测试过程中有足够的能量保持正常工作。

以电压跌落测试为例,电压暂降和短时中断抗扰度试验是为了interwetten与威廉的赔率体系 因为线路过载引起的长时供电电压升高或降低,或者其他大功率负载电流瞬间抽取的过大,导致输入电压瞬间下降或者供电短时中断。

要解决电压跌落的问题,首先要确定是哪一部分的电路问题,只有定位到具体的电路模块后,才能分析用哪种措施去补偿这些跌落。利用电容的储能特性,可以选择在负载供电端并联电容,如低ESR的钽电容或者电解电容。

总结

无论是电路设计还是EMC整改设计,电容都发挥了极大的作用,熟练掌握电容的结构与性能很关键。在EMC整改过程中,电容只有放在正确的位置才能发挥出最大的效果,所以很多时候除了要有好的器件,也需要有足够的经验用于判断问题,进而解决问题。关于电容的更多应用,欢迎各位留言讨论、交流。

审核编辑:汤梓红

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