開關(guān)噪聲EMC通過添加電容器來降噪
噪聲分很多種，性質(zhì)也是多種多樣的。所以，噪聲對(duì)策(即降低噪聲的方法)也多種多樣。在這里主要談開關(guān)電源相關(guān)的噪聲，因此，請(qǐng)理解為DC電壓中電壓電平較低、頻率較高的噪聲。另外，除電容外，還有齊納二極管和噪聲/浪涌/ESD抑制器等降噪部件。不同的噪聲性質(zhì)，所需要的降噪部件也各不相同。如果是DC/DC轉(zhuǎn)換器，多數(shù)會(huì)根據(jù)其電路和電壓電平，用LCR來降低噪聲。
2)使用電容器降低噪聲的示意圖
下面是通過添加電容器來降低DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓噪聲的示例。
左側(cè)的波形是輸出端LC濾波器的電容為22 F時(shí)，在約200MHz的頻率范圍存在180mVp-p左右的噪聲(振鈴、反射)。右側(cè)波形是為了降低這種噪聲而添加了2200pF電容后的結(jié)果。從波形圖可以看出，添加2200pF的電容使噪聲降低了100mV左右。
這里應(yīng)該思考的是“為什么是2200pF”。右下圖為所添加電容器的阻抗頻率特性。
之所以選擇2200pF的電容，是因?yàn)樽杩乖?60MHz附近最低，利用這種阻抗特性，可降低噪聲幅度約2MHz。
這是通過添加電容器來降低目標(biāo)噪聲頻率的阻抗，從而降低噪聲幅度的手法。
像這樣通過添加電容器來降低噪聲時(shí)，需要把握噪聲(振鈴、反射)的頻率，并選擇具有相應(yīng)阻抗的頻率特性的電容器。
本文簡(jiǎn)單介紹了利用電容器來降低噪聲的對(duì)策。下一篇文章將介紹去耦電容的有效使用方法。
關(guān)鍵要點(diǎn)
通過降低目標(biāo)噪聲頻率的阻抗來降低噪聲幅度。
降噪用電容器的選型需要根據(jù)阻抗的頻率特性進(jìn)行(而非容值)。
2. 電容的頻率特性
上一篇文章中，介紹了開關(guān)電源輸入用共模濾波器中包括電容器、電感、鐵氧體磁珠和電阻等部件。接下來將對(duì)其中使用電容和電感降噪的對(duì)策進(jìn)行介紹，這也可以稱為“噪聲對(duì)策的基礎(chǔ)”。在這里使用簡(jiǎn)單的四元件模型。如果要進(jìn)一步表達(dá)高頻諧振時(shí)，可能需要更多的元件模型。
1)電容的頻率特性
探討利用電容器來降低噪聲時(shí)，充分了解電容器的特性是非常重要的。右下圖為電容器的阻抗和頻率之間的關(guān)系示意圖，是電容器最基礎(chǔ)的特性之一。
電容器中不僅存在電容量C，還存在電阻分量ESR(等效串聯(lián)電阻)、電感分量ESL(等效串聯(lián)電感)、與電容并聯(lián)存在的EPR(等效并聯(lián)電阻)。EPR與電極間的絕緣電阻IR或電極間有漏電流的具有相同的意義?？赡芤话愣嗍褂?ldquo;IR”。
C和ESL形成串聯(lián)諧振電路，電容器的阻抗原則上呈上圖所示的V字型頻率特性。到諧振頻率之前呈容性特性，阻抗下降。諧振頻率的阻抗取決于ESR。過了諧振頻率之后，阻抗特性變?yōu)楦行?，阻抗隨著頻率升高而升高。感性阻抗特性取決于ESL。
從該公式可以看出，容值越小、ESL越低的電容器，諧振頻率越高。如果將其應(yīng)用于噪聲消除，則容值越小、ESL越低的電容器，頻率越高，阻抗越低，因此可以很好地消除高頻噪聲。
雖然這里說明的順序有些前后顛倒，不過使用電容器降低噪聲的對(duì)策，是利用了電容器“交流通過時(shí)頻率越高越容易通過”這個(gè)基本特性，將不需要的噪聲(交流分量)經(jīng)由信號(hào)、電源線旁路到GND等。
下圖為不同容值的電容器的阻抗頻率特性。在容性區(qū)域，容值越大，阻抗越低。另外，容值越小，諧振頻率越高，在感性區(qū)域阻抗越低。
下面總結(jié)一下電容器阻抗的頻率特性。
容值和ESL越小，諧振頻率越高，高頻區(qū)域的阻抗越低。
容值越大，容性區(qū)域的阻抗越低。
ESR越小，諧振頻率的阻抗越低。
ESL越小，感性區(qū)域的阻抗越低。
簡(jiǎn)單來說，阻抗低的電容器具有出色的噪聲消除能力，不同的電容器其阻抗的頻率特性也不同，所以這一特性是非常重要的確認(rèn)要點(diǎn)。選擇降噪用電容器時(shí)，請(qǐng)根據(jù)阻抗的頻率特性來選型(而非容值)。
選擇降噪用電容器時(shí)，確認(rèn)頻率特性需要意識(shí)到連接的是LC的串聯(lián)諧振電路(而非電容)。
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