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牛人教你EMC认证中电容选取原理

作者:不详 ; 发布时间:2020-3-26 8:03:22 ; 来源:互联网  点击:

干货|牛人教你EMC认证中电容选取原理

 

 

相信做硬件的大家都知道,产品的开发周期中,特别是汽车级产品,EMC问题相对更加花费我们的经历和时间,更多的项目延期都是因为EMC的问题。更可恶的是,当我们对电路进行了有效的整改,手工修改了电路参数后,当时是可以通过EMC多项测试标准,然而,一旦进行新的pcb优化打样后,经过少则一周,多则半个多月的时间终于把新板子等回来时。这时候满心欢喜的准备通过这难缠的测试项目,突然面临的可能是一盆或者数盆的冷水。’_‘!

当然,今天主要想说的不是这些让人不愉快的事啦,而是,和大家讨论下在进行EMC整改时,如何选取滤波电容。

在很多人看来,电容不就是一个电气参数吗?顶多考虑下耐压等级。但是,这是我们对于电容的初级认知啦。

没有完美的器件!!!

如同人无完人一般,如上所说,如果我们把电力电子器件都当成理想的器件,那么,将会一败涂地。如同我们知道现实中是没有理想变压器的,原副边电感不可能无穷大,也不可能全耦合。IGBT也不是完美开关器件,它存在着导通电阻,关断漏电流,寄生电感,寄生电容等等,等等。

  所以,电容也不是一个纯粹的电容,含有很小的电阻,因此在给定直流电压时,会有漏电流产生。存在着寄生电感,因此在不同频率的电压下,它的阻抗值会产生变化。

  恰恰今天想说的便是其寄生电感,在专业中一般称作ESL,等效串联电感。话说回来,刚接触EMC时,当通过频谱图发现某个频率的噪声过大时,大家都知道这时候加个电容进行滤波(当然线路串电感也是一个方法,不过电感成本较电容高很多。一般入口也就放两个电感而已,同时如果电流过大,电感的成本急剧增加,没有人会这么干),这个是符合初步的认知的,毕竟电容稳压,可以缓解电压尖峰,降低这种噪声。但是采用多大的电容,却不是越大越好。再有经验一点的人说,低频采用容值大一些的电容来滤波,而对于高频,要采用容值小的电容来滤。

  但是为什么有这种说法呢?一个330pF的电容和0.1uF的电容并联后,难道不是这个330pF的电容可以被忽略吗?毕竟两个电容并联,其总体容值等于相加。 

  这就是我刚才说的ESL导致的了,对于每一个电容,其都存在着寄生电感。我们可以认为一个电容实际是一个电容和一个电感串联,并不是一个简单的电容。这样,假设一个电容容值为C,其ESL为L。对于一个低频的频率为w的噪声来说,其阻抗为jwL-j1/wC。当频率变为较高的为1000w的噪声时,其阻抗变为j1000wL-j1/1000wC。

  首先这里说一下,我们采用电容进行滤波的原理便是,对于想要滤除的频率噪声,我们使用的这种电容其电容加ESL的总阻抗值要尽可能小,最理想的状况便是jwL-j1/wC=0,这样高频噪声相当于直接会短到地上,完全被吸收,达到滤波目的。

  假设这里电容为C,ESL为L的电容刚好在频率w时达到总阻抗为0,完全滤波。其对比这里可以发现,当出现的噪声频率变高到1000w时,会发生什么呢?这种频率下,感抗增大1000倍,容抗降低1000倍,可以认为总阻抗就是电感性,这肯定无法进行完全有效的滤波。

  如果针对这100w的噪声,我们选用一个0.001C的电容会出现什么呢?这时候,其容抗不变,至于ESL,由于电容容值降低,其ESL一般同样会降低,虽然不是成比例降低,但是也变得很小了。这种情况下,其总阻抗肯定比选用容值为C的电容阻抗要低很多。进一步调整一下,就很容易使得其阻抗降为极小的情况了。

  讲到这里,相信大家应该明白了吧,对于EMC滤波的原理,并非是简单的电容稳压特性,而是利用了电容的寄生参数。

  这里说一下,并非所有电力电子器件的寄生参数或者非理想参数都是对系统不好的。更好的利用这些寄生参数,实现我们的控制目标,这是作为硬件工程师一步步要提升的能力。

 
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