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去耦电容的安装方式与PCB设计

1.去耦电容的安装方式与PCB设计

  安装去耦电容时,一般都知道使电容的引线尽可能短。但是,实践中往往受到安装条件的限制,电容的引线不可能取得很短。况且,电容自身的寄生电感只是影响自谐振频率的因素之一,自谐振频率还与过孔焊盘的寄生电感、相关印制导线的寄生电感等因素有关。实际应用中,如果仅仅追求引线短,不仅困难,而且可能达不到目的。当去耦电容在PCB上的位置不可能实现使用很短的印制引线时,就必须加粗印制线。

实践证明,一根长宽比小于3的印制导线具有非常低的阻抗,能满足去耦电容引线的要求。当然,还应该尽量减少过孔的数量,设计过孔时应尽量减小过孔的寄生电感问题。

2.电容旁路的设计方法

   旁路在EMC领域可以理解为把不必要的共模RF能量从元件、电路或电缆中泄放掉。它的实质是产生一个交流支路来把不希望的能量从易受影响的区域泄放掉,另外它还提供滤波器功能,通常会受到器件的带宽的限制。因此,在某种意义上也可称之为滤波。

旁路通常发生在电源与地之间、信号与地之间或不同的地之间。它与去耦的实质有所不同,对于电容的使用方法是一样的。在电磁兼容中,旁路还可以说的通俗一点,它的作用通常是为了改变共模电流的路径或给共模电压提供一个额外的电流路径而存在的。

通常在进行电磁兼容的测试与整改时,在模拟电路的地与产品的接地之间接旁路电容,电容值为10nF。如果在进行产品电缆的EFT/B测试时,它就会改变注入干扰电流在产品内部流动的主要路径,使大部分的干扰电流从旁路电容流向大地,使流经敏感电路的共模电流大大减小,从而保护了敏感电路,可以使EFT/B的干扰度水平大大提高。

注意:旁路电容的接地阻抗很重要,一定要保证很小的阻抗,如果是用PCB布线的话,长宽比小于3的PCB敷铜走线具有很小的阻抗,在100MHz频率下小于4mΩ。

还有在进行电磁兼容的测试与整改时典型的辐射案例中,寄生在模拟电路和数字电路之间的共模电压是形成共模辐射的主要原因。在模拟电路的地与数字电路的地之间,或者在开关电源电路中隔离变压器的初次级之间的地之间跨接一个远比寄生电容大的旁路电容,就好比给共模辐射的共模电压源提供了一个额外的电流分流路径,使流入连接线电缆(连接线电缆是典型的发射天线)的共模电流减小。在电磁兼容设计中,由此可以得出结论,旁路电容的主要作用有两个:

1)引导共模电流流向安全区域。包括引导注入电缆中的共模干扰电流流向参考接地板或大地、产品中的金属外壳、金属板等可以让共模干扰电流,流到安全的区域。使产品中的内部敏感器件和电路受到保护,还包括引导产品内部噪声电路产生的共模电流限制在较安全的区域,使EMI共模电流不流向电缆和接口。这个安全区域就是指不会产生EMC问题的区域。

2)提供一个高频的通道,既可以在直流或低频的时候实现旁路电容两端的电路隔离,还可以在高频的时候实现互连,即提供高频通路。

3.  X电容和Y电容

根据电子设备使用安全电容器系列的标准IEC 60384-14,电容分为X电容和Y电容。在电源电路中,交流电源输入一般分为3个端子:火线(L);零线(N);地线(PE)。跨接在L-N之间的差模电容就是X电容;在电源部分跨接在L-PE和N-PE之间的共模电容就是Y电容。由于X电容具有2个输入端,2个输出端很像X,因此命名为X电容。Y电容具有一个输入端,一个输出端以及一个公共的大地,很像一个Y,因此命名为Y电容。

X电容主要用于交流电源线的L和N之间,使用X电容后,当电容失效时,电容处于开路状态,不能产生线间短路。X电容的测试条件是:在交流电压有效值的1.5倍电压下工作100小时,至少再加上1KV的脉冲高压测试。

Y电容主要用于交流电源线的L、N与地线之间,或者其它电路的公共地与外壳地之间。跨接于这些位置的电容一旦出现失效短路,就会导致电击危险尤其是对机壳的连接。这时必须强制使Y电容的失效模式是开路。Y电容的测试条件是:在交流电压的有效值的1.7倍电压下工作100小时,至少再加上2KV的脉冲高压测试。

注意:Y电容的连接如果是对大地的连接就必须要满足漏电流的限值标准。

X电容又分为X1、X2、X3类别,主要区别在于:

1)X1电容耐高压大于2.5KV,小于等于4KV。

2)X2电容耐高压小于等于2.5KV。

3)X3电容耐高压小于等于1.2KV。

Y电容又分为Y1、Y2、Y3、Y4类别,主要区别在于:

Y1电容耐高压大于8KV。

Y2电容耐高压大于5KV。

Y3电容耐高压没有特别限制。

Y4电容耐高压大于2.5KV。

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