EMC缓解措施:利用电容器

描述

电容器可能是解决电磁兼容性 (EMC) 问题的最佳工具。用最简单的术语来说,电容器的功能是阻挡直流信号,同时为交流信号提供低阻抗路径,并为IC提供本地能量来源。但是,这些组件绝非简单,将它们添加到设计中可能会产生意想不到的副作用。

到目前为止,“EMC缓解”子系列已经探讨了如何利用电感器、电阻器和铁氧体磁珠来提高电子电路设计中的EMC性能。但是,在管理系统中不需要的噪音流量时,我一直将最好的组件留到最后。这篇文章将介绍电容器在EMC设计中的一些基本影响,以及如何选择合适的电容器进行EMI抑制。

实际电容器的寄生元件

在理想情况下,电容器将具有奇异的电抗值,因此,随着频率的增加,电抗会降低(Eq1)。

电容器

等式 1.电容电抗

不幸的是,完美电容器的概念是一个理论概念。就像上一篇博客中的铁氧体磁珠一样,实际的电容器远非完美,可能会引入意想不到的不太理想的电阻,例如等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。ESR和ESL被认为是“寄生”元件,因为它们对电容器的性能有不良影响。图1所示为电容器的等效电路。

电容器

图1.电容器的等效电路

更复杂的是,ESR和ESL的值不是常数。它们会根据电容器封装的尺寸、所用电介质材料的类型和引线等因素而波动。因此,在实际应用中处理电容器时,必须考虑这些寄生元件,以确保整个电路的高效运行。那你怎么能做到这一点呢?

如何选择合适的电容器

秘密在于电容器的谐振频率。谐振频率处的阻抗是电容器的最低阻抗。请记住,目标通常是为交流信号提供低阻抗路径,这是引导EMI噪声的简单路径。

谐振频率由电容C和ESL决定。在此频率下,电容电抗和感抗基本上相互抵消,电容器的阻抗由ESR决定。图2演示了典型100nF、0603电容的图<>。

电容器

图2.0603、100nF 电容器的阻抗曲线 (GCJ188R71C104KA01) [1]

在自谐振以下,电容器看起来是电容性的,阻抗随频率而降低。在自谐振以上,电容器看起来是感性的,并且阻抗随频率增加。通过选择具有与不需要的噪声频率相对应的串联自谐振频率的元件,可以最大限度地提高电容器的性能。确保设计中目标的最高噪声频率等于或小于电容器的谐振频率。

进一步考虑:表面贴装电容器的电感

在针对EMC进行设计时,您可以考虑使用表面贴装电容器来滤除EMI。电容器通常用于EMC缓解,以将能量分流到地并减小电流环路的尺寸,在这方面,表面贴装类型与任何其他电容器没有什么不同。

由于表面贴装电容器尺寸紧凑且没有引线,其电感比引线电容器低得多,从而提高了其作为高频电容器的效率,换句话说,它们具有更高的谐振频率。通常,电容器的封装或外壳越小,电感越低。我们知道,RF噪声通常遵循电感最小的路径;因此,选择最佳电容器意味着最小化噪声频率下的串联电感,并为EMI噪声离开系统提供“最小电阻路径”。

审核编辑:郭婷

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