קבלי מסנן ממלאים תפקיד חשוב מאוד בהחלפת ספקי כוח. כיצד לבחור נכון קבלי סינון, במיוחד בחירת קבלי מסנן פלט, היא בעיה שכל מהנדס וטכנאי מודאג ממנה מאוד. אנו יכולים לראות מגוון קבלים במעגל מסנן הספק, 100uF, 10uF, 100nF, 10nF ערכי קיבול שונים, אז כיצד נקבעים פרמטרים אלו? אל תגיד לי שהעתקתי את הסכימה של מישהו אחר, הא.
הקבל האלקטרוליטי הנפוץ המשמש במעגל תדר הספק 50Hz הוא בעל תדר מתח פועם של 100Hz בלבד, וזמן הטעינה והפריקה הוא בסדר גודל של אלפיות שניות. על מנת לקבל מקדם פעימה קטן יותר, הקיבול הנדרש הוא גבוה כמו מאות אלפי μF, ולכן המטרה של קבלים אלקטרוליטיים רגילים מאלומיניום בתדר נמוך היא להגדיל את הקיבול. הפרמטרים העיקריים של יתרונות וחסרונות. לקבל האלקטרוליטי של מסנן המוצא באספקת הכוח המיתוג יש תדר מתח גל שן-מסור גבוה כמו עשרות קילו-הרץ או אפילו עשרות מגה-הרץ. בשלב זה, הקיבול אינו המדד העיקרי שלו. התקן למדידת האיכות של קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום בתדר גבוה הוא מאפיין "עכבה-תדר", דורש עכבה שווה ערך נמוכה יותר בתדר ההפעלה של ספק הכוח המיתוג, ובמקביל יש לו אפקט סינון טוב על ה-high- אות ספייק בתדר שנוצר כאשר התקן המוליך למחצה פועל.
קבלים אלקטרוליטיים רגילים בתדר נמוך מתחילים להראות השראות סביב 10kHz, אשר לא יכול לעמוד בדרישות של מיתוג ספקי כוח. הקבלים האלקטרוליטיים מאלומיניום בתדר גבוה המיועדים להחלפת ספקי כוח כוללים ארבעה מסופים. הזרם זורם מקצה חיובי אחד של קבל ארבעת הטרמינלים, עובר דרך החלק הפנימי של הקבל, ואז זורם מהקצה החיובי השני לעומס; הזרם החוזר מהעומס זורם גם מקצה שלילי אחד של הקבל, ואז זורם מהקצה השלילי השני לקצה השלילי של ספק הכוח.
מכיוון שלקבל ארבעת המסופים יש מאפיינים טובים של תדר גבוה, הוא מספק אמצעי מועיל ביותר להפחתת הרכיב הפועם של המתח ודיכוי רעש שיא המיתוג. קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום בתדר גבוה הם גם בעלי צורה מרובת ליבות, כלומר, רדיד האלומיניום מחולק למספר חלקים קצרים יותר, ויריעות מובילות מרובות מחוברות במקביל כדי להפחית את רכיב העכבה בתגובת הקיבול. והחומר בעל התנגדות נמוכה משמש כמסוף היציאה, מה שמשפר את יכולת הקבל לעמוד בפני זרמים גדולים.
המעגל הדיגיטלי חייב לפעול בצורה יציבה ומהימנה, ספק הכוח חייב להיות "נקי", ואספקת האנרגיה חייבת להיות בזמן, כלומר, הסינון והניתוק חייבים להיות טובים. מה זה ניתוק מסנן, במילים פשוטות, הוא אוגר אנרגיה כאשר השבב אינו זקוק לזרם, ואני יכול לחדש אנרגיה בזמן כאשר אתה צריך זרם. אל תגיד לי שהאחריות הזו אינה באחריות DCDC ו-LDO? כן, הם יכולים להתמודד עם זה בתדרים נמוכים, אבל מערכות דיגיטליות במהירות גבוהה הן שונות.
בואו נסתכל תחילה על הקבל. תפקידו של הקבל הוא פשוט לאחסן את המטען. כולנו יודעים שצריך להוסיף סינון קבלים לספק הכוח, ויש למקם קבל {{0}}.1uF על פין ספק הכוח של כל שבב לצורך ניתוק וכו'. מדוע אני רואה שה- הקבל ליד פין אספקת החשמל של כמה שבבי לוח הוא 0.1uF או 0.01uF כן, זה משנה? כדי להבין זאת, יש צורך להבין את המאפיינים בפועל של קבלים. קבל אידיאלי הוא רק אחסון של מטען, C. עם זאת, הקבל המיוצר בפועל אינו כל כך פשוט. בעת ניתוח שלמות הכוח, אנו משתמשים בדרך כלל במודל הקבלים.
כיצד לבחור נכון קבלי סינון בתכנון ספק כוח מיתוג?
ESR היא ההתנגדות המקבילה לסדרה של הקבל, ESL היא השראות המקבילה לסדרה של הקבל, ו-C הוא הקבל האידיאלי האמיתי. ESR ו-ESL נקבעים על פי תהליך הייצור והחומר של הקבל ואינם ניתנים לביטול. איזו השפעה יש לשני הדברים האלה על המעגל? ESR משפיע על האדוות של ספק הכוח, ו-ESL משפיע על מאפייני תדר הסינון של הקבל.
אנו יודעים שהתגובה הקיבולית של הקבל Zc=1/ωC, התגובה האינדוקטיבית של המשרן Zl=ωL, (ω=2πf), העכבה המורכבת של הקבל בפועל היא Z=ESR פלוס jωL-1/jωC=ESR plus j2πf L-1/j2πf C. ניתן לראות שכאשר התדר נמוך מאוד, הקיבול משחק א תפקיד, וכאשר התדר מגיע לרמה מסוימת, לא ניתן להתעלם מתפקיד השראות, וכאשר התדר גבוה, השראות משחקת תפקיד מוביל. קבלים מאבדים את אפקט הסינון שלהם. אז זכרו, קבלים הם לא רק קבלים בתדרים גבוהים.
כפי שהוזכר לעיל, השראות הסדרה המקבילה של הקבל נקבעת על ידי תהליך הייצור והחומר של הקבל. ה-ESL של הקבל הקרמי של השבב בפועל נע בין כמה עשיריות של nH לכמה nH. ככל שהחבילה קטנה יותר, ה-ESL קטן יותר.
על עקומת הסינון של הקבל, נוכל לראות גם שהוא לא שטוח, הוא כמו 'V', מה שאומר שיש לו מאפייני בחירת תדר. לפעמים אתה רוצה שזה יהיה חד ככל האפשר (מסונן או חריץ). מה שמשפיע על מאפיין זה הוא גורם האיכות Q של הקבל, Q{{0}}/ωCESR. ככל שה-ESR גדול יותר, ה-Q קטן יותר והעקומה שטוחה יותר. להיפך, ככל שה-ESR קטן יותר, כך ה-Q גדול יותר והעקומה חדה יותר. בדרך כלל, קבלי טנטלום ואלקטרוליזה מאלומיניום הם בעלי ESL קטן יחסית ו-ESR גדול, כך שלקבלי טנטלום ואלקטרוליזה אלומיניום יש טווח תדרים אפקטיבי רחב, המתאים מאוד לסינון ברמת לוח לפני שלב. כלומר, שלב הקלט של ה-DCDC או LDO מסונן לעתים קרובות עם קבל טנטלום בעל קיבולת גדולה יותר. ושם כמה קבלים של 10uF ו-0.1uF קרוב לשבב לצורך ניתוק, קבלים קרמיים בעלי ESR נמוך מאוד.
