盘点电容在EMC中的应用

一 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。

二 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：

电容的容值计算公式为：

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：

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：

（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：

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：

U是电源电压。

放电时：

Uo是放电前电容上电压。

三 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：

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：

通过排查发现主要的辐射路径是串口通信接口，如下：

通过在接口处做电容滤波，滤波后数据如下：

（2）低频噪声滤波

在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：

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。

四 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。

五 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。

审核编辑：刘清