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电源上为什么用大小电容并联来滤波?

高工
2022-07-13 14:12:07     打赏

最近公司来了不少新人,我作为一个老油条,被安排带一个实习生。大概聊了下,这小伙子底子还行。虽然经常会问一些初级问题,但有些问题还是很发人深思的。前两天就问了一个问题,我觉得不错,有必要聊一聊。



一道问题



如下图所示,先抛出来一道问题:“电源上并联两个10uF和两个100nF,为什么不直接用一个22uF电容这样还可以节省PCB空间”。这个问题比较小众,面试中标的概率比较小,但实际使用时却经常用到。


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题外话




能问出这个问题,说明这小伙子确实是刚入行不久,同时又具有批判精神。


为什么这么说呢?


一般而言,工作过几年的工程师,要么是已经搞得很清楚,要么是对这种小细节,已经视而不见,直接忽视。相比后者,我更欣赏这小伙子的细心。



仿真对比验证


有的小伙伴可能会提到电容的频率阻抗曲线,今天我们不聊这方面,我们从滤波器的S参数维度来分析这个问题。


了让我们的验证更有说服力,我们使用村田的在线仿真软件SimSurfing进行验证。


我们假定该12V电源是由Buck电路产生,而Buck电路的开关频率为2.2MHz。为了更清楚的观察对比效果,针对该电源,我们重点关注2M-300MHz的频率范围。


第一步:先搭个简单的滤波电路:0.1uF+10uF。

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看下这个滤波电路的S21(插入损耗)曲线,如下图所示。


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可能这样并看不出什么。如果把电源上的两个10uF和两个0.1uF合并呈一颗22uF,结果会怎样?


第二步再搭一个滤波电路,只有22uF:

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再看下滤波电路的S21曲线。

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明显可以看出,10uF+0.1uF的S21曲线在2M~300MHz具有更大的插入损耗。根据滤波器的阻抗失配原则,滤波电路在目标频段内的插入损耗越大越好。


即:10uF+0.1uF在有限的频段内具有更好的滤波效果。


第三步:再搭一个滤波电路:2x0.1uF+2x10uF。


我们再看下滤波电路的S21曲线。如下图所示:三种方案中,在2M~300MHz范围内,2x10uF+2x0.1uF具有最大的插入损耗,即滤波效果最好。


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总   结   




今天讨论的内容比较简单,知识点也比较小。


问题:电源上并联两个10uF和两个100nF,为什么不直接用一个22uF电容?


本次讨论是从滤波器的插入损耗的维度进行分析,在2M~300MHz目标频段内,相对于单颗22uf电容,2x10uF+2x0.1uF这个电容组合具有更大的插入损耗,更有利于电源滤波。


其实,滤波器插入损耗只是分析这个问题的其中一个维度,还有其他解释方法,电容频率阻抗曲线也是一个维度。







关键词: 电源     电容     并联     滤波    

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