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  • 电源和接地层电容

    2021-01-20 00:08:35
    多层PCB通常包括一对或多... 板间电容的理论计算公式为    其中,ε0=8.85pF/m为自由空间介电常数;εr为充满电源平面和地平面之间介质的相对介电常数;A为电源平面和地平面重叠部分的面积;d为电源平面和地平面
  • 多层PCB通常包括一对或多对电压和接... 板间电容的理论计算公式为    其中,ε0=8.85pF/m为自由空间介电常数;εr为充满电源平面和地平面之间介质的相对介电常数;A为电源平面和地平面重叠部分的面积;d为电源
  • 变压器绕组绕在磁芯骨架上,特别是饶组的数较多时,不可避免的会产生分布电容,由于变压器工作在高频状态下,那么这些分布电容对变压器的工作状态将产生非常大的影响,如引起波形产生振荡,EMC变差,变压器发热等...

    转自:https://www.eda365.com/forum.php?mod=viewthread&ordertype=2&tid=226879

         变压器绕组绕在磁芯骨架上,特别是饶组的层数较多时,不可避免的会产生分布电容,由于变压器工作在高频状态下,那么这些分布电容对变压器的工作状态将产生非常大的影响,如引起波形产生振荡,EMC变差,变压器发热等。

      所以,我们很有必要对变压器的分布电容狠狠的研究一把,下面我们就对这个分布电容来展开讨论。

      分布电容既然有危害,那么我们就要设法减小这个分布电容的影响,首先我们来分析下分布电容的组成。

      变压器的分布电容主要分为4个部分:绕组匝间电容,层间电容,绕组电容,杂散电容,下面我们来分别介绍。

      首先讲讲绕组匝间电容

      我们知道电容的基本构成就是两块极板,当两块极板加上适当的电压时,极板之间就会产生电场,并储存电荷。

      那么,我们是否可以把变压器相邻两个绕组看成连个极板呢?答案是可以的,这个电容就是绕组匝间电容。

      以变压器初级绕组为例,当直流母线电压加在绕组两端时,各绕组将平均分配电压,每匝电压为 Vbus/N,也就是说每匝之间的电压差也是Vbus/N。当初级MOS管开关时,此电压差将对这个匝间电容反复的充放电,特别是大功率电源,由于初级匝数少,每匝分配的电压高,那么这个影响就更严重。

      但总的来说,匝间电容的影响相对于其他的分布电容来说,几乎可以忽略。

      要减小这个电容的影响,我们可以从电容的定义式中找到答案:

      C=εS/4πkd

      其中 C:绕组匝间电容量

      ε:介电常数,由两极板之间介质决定

      S:极板正对面积

      k:静电力常量

      d:极板间的距离

      从上式我们可以看出,可以选用介电常数较低的漆包线来减小匝间电容,也可以增大绕组的距离来减小匝间电容,如采用三重绝缘线。

      接下来我们来看看看绕组的层间电容,这里的层间电容指的是每个单独绕组各层之间的电容。

      我们知道,在计算变压器时,一般会出现单个绕组需要绕2层或2层以上,那么此时的每2层之间都会形成一个电场,即会产生一个等效电容效应,我们把这个电容称为层间电容。

      如下图:


     

      电容C就是层间电容

      层间电容是变压器的分布电容中对电路影响最重要的因素,因为这个电容会跟漏感在MOSFET开通于关闭的时候,产生振荡,从而加大MOSFET与次级Diode的电压应力,使EMC变差。

      既然有害处,那么我们就需要想办法来克服它,把它的影响降低到可以接受的范围。

      方法一:参照6楼的公式,在d上作文章,增大绕组的距离来减小层间电容,最有代表性的就是采用三重绝缘线。

      但这个方法有缺点,因为线的外径粗了之后,带来的后果就是绕线层数的增加,而这不是我们想看到的。

      方法二:可以通过选择绕线窗口比较宽的磁芯骨架,因为绕线窗口宽,那么单层绕线可以绕更多的匝数,也意味着可以有效降低绕线的层数,那么层间电容就有效降低了。

      这个是最直接的,也是最有效的。

      但同样有缺点,选择磁芯骨架要受到电源结构尺寸的限制。

      方法三:可以在变压器的绕线工艺上来作文章

      可以采用交叉堆叠绕法来降低层间电容,如下图

     

      此种绕法有个显著缺点,会增加初次级之间的耦合面积,也就是说会加大初次级绕组之间的电容,使EMC变差,有点得不偿失的感觉。

      方法四:还是在绕制工艺上作文章

      先来看普通的绕法
     

      如上图,这个是我们常用的绕法(也叫U形绕法),我们可以清楚的看到,第1匝与第2N匝之间的压差将非常大,在初中我们学过的物理上有讲,Q=C*U,压差越大,那么在这个电容上储存的电荷就越多,那么这个地方的干扰电压斜率将非常大,也就是说在这个地方形成的干扰就越大。

      我们可以采用Z形绕法来降低这个影响

      Z形绕法(也叫折叠绕法)如下

     

      从上图我们可以看到,此种绕法可以显著降低电压斜率,对EMC时非常有利的。

      缺点就是绕制工艺相对复杂点。

      接下来说说绕组电容

      顾名思义,绕组电容就是指绕组之间产生的电容,比如说初级绕组Np与次级绕组Ns之间的电容

      此电容由于存在于初次级绕组之间,对电路的EMI是相当不利的,因为初级产生的共模电流信号可以通过这个电容耦合到次级中去,这就造成了非常大的共模干扰;而共模干扰可能会引起电路噪音或者输出的不稳定。

      解决的方法一般就是在初次级之间加一个屏蔽层,并且将这个屏蔽层接到电路中的某点,来降低此电容的影响

      一般把这种屏蔽层称为法拉第屏蔽层,一般由铜箔或绕组构成

      在用铜箔时,我们一般用0.9T,或者1.1T,不选择1T,因为1T的话,容易短路。

      那为何不能短路呢,短路会带来什么样的后果?

      将磁力线短路了,那么电感就接近零,再反射到初级,那么初级的电感也为零,这个时候初级是通电的,结果……“砰”就炸机了。

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  • 电容

    千次阅读 2013-12-08 15:45:47
    一、电容的分类和作用 电容(Electric capacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同: 按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。 ...
    一、电容的分类和作用 
    
    电容(Electric capacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同: 
    
    按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。 
    
    按介质材料可分为:气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。 
    
    按极性分为:有极性电容和无极性电容。 我们最常见到的就是电解电容。 
    
    电容在电路中具有隔断直流电,通过交流电的作用,因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐 
    
    二、电容的符号 
    
    电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法,但电容符号在国内和国际表示都差不多,唯一的区别就是在有极性电容上,国内的是一个空筐下面一根横线,而国际的就是普通电容加一个"+"符号代表正极。 
    三、电容的单位 
    
    电容的基本单位是:F (法),此外还有μF(微法)、pF(皮法),另外还有一个用的比较少的单位,那就是:nF(),由于电容 F 的容量非常大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位,而不是F的单位。 
    他们之间的具体换算如下: 
    
    1F=1000000μF 
    1μF=1000nF=1000000pF 
    
    四、电容的耐压 单位:V(伏特) 
    
    每一个电容都有它的耐压值,这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称耐压值有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等,有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低,一般的标称耐压值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。 
    
    五、电容的种类 
    
    电容的种类有很多,可以从原理上分为:无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等,从材料上可以分为:CBB电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。下面是各种电容的优缺点: 
    
    无感CBB电容 
    2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 
    无感,高频特性好,体积较小 
    不适合做大容量,价格比较高,耐热性能较差。 
    
    CBB电容 
    2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。 
    有感,其他同上。 
    
    瓷片电容 
    薄瓷片两面渡金属膜银而成。 
    体积小,耐压高,价格低,频率高(有一种是高频电容) 
    易碎!容量低 
    
    云母电容 
    云母片上镀两层金属薄膜 
    容易生产,技术含量低。 
    体积大,容量小,(几乎没有用了) 
    
    独石电容 
    体积比CBB更小,其他同CBB,有感 
    
    电解电容 
    两片铝带和两层绝缘膜相互层叠,转捆后浸泡在电解液(含酸性的合成溶液)中。 
    容量大。 
    高频特性不好。 
    
    钽电容 
    用金属钽作为正极,在电解质外喷上金属作为负极。 
    稳定性好,容量大,高频特性好。 
    造价高。(一般用于关键地方) 
    
    六、电容的标称及识别方法 
    
    1. 由于电容体积要比电阻大,所以一般都使用直接标称法。如果数字是0.001,那它代表的是0.001uF=1nF,如果是10n,那么就是10nF,同样100p就是100pF。 
    
    2. 不标单位的直接表示法:用1~4位数字表示,容量单位为pF,如350为350pF,3为3pF,0.5为0.5pF 
    
    3. 色码表示法:沿电容引线方向,用不同的颜色表示不同的数字,第一, 
    二种环表示电容量,第三种颜色表示有效数字后零的个数(单位为pF) 
    颜色意义:黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。
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  • 去耦电容 耦合电容 旁路电容 藕合电容的作用是将前级的交流信号输送到下一级!藕合电容的位置是跨接在前级的输出和后级的输入两端! 旁路电容是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦电容是把输出信号的干扰作为...
    去耦电容 耦合电容 旁路电容

    藕合电容的作用是将前级的交流信号输送到下一级!藕合电容的位置是跨接在前级的输出和后级的输入两端!
    旁路电容是把输入信号中的干扰作为滤除对象,而去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象,防止干扰信号返回电源。这应该是他们的本质区别。去耦电容相当于电池,避免由于电流的突变而使电压下降,相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大,对更高频率的噪声,基本无效。旁路电容就是针对高频来的,也就是利用了电容的频率阻抗特性。只是旁路电容一般是指高频旁路,也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小,根据谐振频率一般是0.1u0.01u ,而去耦合电容一般比较大,是10u或者更大,依据电路中分布参数,以及驱动电流的变化大小来确定。
    旁路电容bypass)是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除。
    旁路电容一般是接在信号端对地的,有抗干扰或降低噪声作用; 旁路:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。  旁路电容的主要功能是产生一个交流分路,从而消去进入易感区的那些不需要的能量。旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。 通常铝电解电容和钽电 容比较适合作旁路电容,其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求,一般在10470µF范围内。

    去耦电容decoupling)也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声(c对高频阻力小,将之泻至GND)

    数字电路中,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压,会影响前级的正常工作。这就是耦合。对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROMRAM等存储型器件,应在芯片的电源线(Vcc)和地线(GND)间直接接入去耦电容。

    数字电路中典型的去耦电容值是0.1µF。这个电容的分布电感的典型值是5µH 0.1µF的去耦电容有5µH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于10MHz 下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。 1µF10µF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。 10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10µF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用 钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz0.1µF100MHz0.01µ。


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  • 【云汉芯城流动直播】 首秀:MLCC电容的失效分析 直播简介: 在2019年,电容器行业的覆盖人群规模已有1亿,市场规模达500亿,加之市场销量紧缺,服务用量激增,年复合增长率 达90%,市场规模及需求可见一斑。...

    【云汉芯城流动直播间】 

    首秀:MLCC电容的失效分析

    直播简介: 

        在2019年,电容器行业的覆盖人群规模已有1亿,市场规模达500亿,加之市场销量紧缺,服务用量激增,年复合增长率

    达90%,市场规模及需求可见一斑。作为电容器中的superstar—MLCC(Multi-layer Ceramic Capacitors,片式多层陶瓷电容

    器),其产品产销也呈现快速增长的态势。

     

        既然谈及MLCC,就不得不想到【火炬电子】

     

              火炬电子系国家级高新技术企业,中国电子元件百强企业,主营电子元件产品:多层片式陶瓷电容器,即MLCC。

              MLCC电容的应用领域如此之广,工程师在面对多种多样的产品、 不同的失效场景,该如何进行失效分析呢?

     

     

    94日(周)晚19:30,在云汉芯城流动直播间,【第一站】火炬电子实验室,由火炬电子应用工程部经理聂夏天&高级应用工程师许跃新带来MLCC电容失效分析,参与直播一起抢2580元微信红包5000元京东卡,还有限量定制电容样本册相送

    平台:腾讯看点直播小程序(扫码关注即可准时收看)

     

    特别提示:本场直播红包多达175个,最高金额¥108!听说电子工程师都是心灵“手巧”?

     

    主讲嘉宾:火炬电子应用工程部经理 聂夏天    高级应用工程师 许跃新

     

    观众福利:

    1、2580元微信红包。

    ·3轮暖场红包,共计1600元;

    ·评论区优质问答红包:10个58元红包;

    ·直播间助力冲榜红包:前5名分别获得108元,88元,78元,68元,58元。

    2、100张50元京东E卡。

    3、注册抽奖礼品:50套定制电容样本册。

     

    特别鸣谢:

    火炬电子

    福建火炬电子科技股份有限公司,始创于1989年,2015年顺利在上交所挂牌上市,股票代码:603678。

    专业从事陶瓷电容器的科研和生产,主营产品有多层瓷介电容器,钽电容器,新推产品:超级电容器,注册商标:火炬牌。

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