什么是濾波電容

　　安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲能器件，通常把這種器件稱其為濾波電容。由于濾波電路要求儲能電容有較大電容量。所以，絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質作為電極（負極）而得名。電解電容的一端為正極，另一端為負極，不能接反。正極端連接在整流輸出電路的正端，負極連接在電路的負端。在所有需要將交流電轉換為直流電的電路中，設置濾波電容會使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時也降低了交變脈動波紋對電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號一般用“C“表示，電容量應根據(jù)負載電阻和輸出電流大小來確定。當濾波電容達到一定容量后，加大電容容量反而會對其他一些指標產生有害影響。

　　選擇濾波電容的正確方法

　　濾波電容在開關電源穩(wěn)壓器中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其輸出濾波電容的選擇則每個工程技術員都十分關心的問題。50Hz工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動電壓頻率僅為100Hz，充放電時間是毫秒數(shù)量級。為獲得更小的脈動系數(shù)，所需的電容量高達數(shù)十萬μF，因此普通低頻鋁電解電容器的目標是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要數(shù)。而開關電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz，時電容量并不是其主要指標，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標準是“阻抗-頻率”特性，要求在開關電源的工作頻率內要有較低的等效阻抗，同時對于半導體器件工作時產生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。

　　普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關電源的使用要求。而開關電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。電流從四端電容的一個正端流入，經(jīng)過電容內部，再從另一個正端流向負載;從負載返回的電流也從電容的一個負端流入，再從另一個負端流向電源負端。

　　由于四端電容具有良好的高頻特性，為減小電壓的脈動分量以及抑制開關尖峰噪聲提供了極為有利的手段。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，即將鋁箔分成較短的若干段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。并且采用低電阻率的材料作為引出端子，提高了電容器承受大電流的能力。

　　濾波電容的選擇

　　其實濾波應該也包含兩個方面，也就是各位所說的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說了，實用點的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10個uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF。

　　說到電容，各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實無論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對交流信號呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小。

　　在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號對電源的影響，就可以稱為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容；除此以外，對于直流電壓，電容器還可作為電路儲能，利用沖放電起到電池的作用。而實際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應用于高速PCB設計中的電容都稱為旁路電容。電容的本質是通交流，隔直流，理論上說電源濾波用電容越大越好。

　　但由于引線和PCB布線原因，實際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，（還有電容本身的電阻，有時也不可忽略）這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/（LC）1/2在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。

　　一般來講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。

　　具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /（R * f * f ）

　　電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實也不難。

　　1）理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少（1/jwc），但由于電容兩端引腳的電感效應，這時電容應該看成是一個LC串連諧振電路，自諧振頻率即器件的FSR參數(shù)，這表示頻率大于FSR值時，電容變成了一個電感，如果電容對地濾波，當頻率超出FSR后，對干擾的抑制就大打折扣，所以需要一個較小的電容并聯(lián)對地，可以想想為什么？

　　原因在于小電容，SFR值大，對高頻信號提供了一個對地通路，所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解：大電容慮低頻，小電容慮高頻，根本的原因在于SFR（自諧振頻率）值不同，當然也可以想想為什么？如果從這個角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對地腳為什么要盡可能靠近地了。

　　2）那么在實際的設計中，我們常常會有疑問，我怎么知道電容的SFR是多少？就算我知道SFR值，我如何選取不同SFR值的電容值呢？是選取一個電容還是兩個電容？

　　電容的SFR值和電容值有關，和電容的引腳電感有關，所以相同容值的0402，0603，或直插式電容的SFR值也不會相同，當然獲取SFR值的途徑有兩個，

　　1）器件Data sheet，如22pf0402電容的SFR值在2G左右，

　　2）通過網(wǎng)絡分析儀直接量測其自諧振頻率，想想如何量測？S21？

　　知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個或兩個電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比。仿真完后，那就是實際電路試驗，如調試手機接收靈敏度時，LNA的電源濾波是關鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個dB.

　　經(jīng)過整流橋以后的是脈動直流，波動范圍很大。后面一般用大小兩個電容，大電容用來穩(wěn)定輸出，眾所周知電容兩端電壓不能突變，因此可以使輸出平滑；小電容是用來濾除高頻干擾的，使輸出電壓純凈。電容越小，諧振頻率越高，可濾除的干擾頻率越高。

　　1、容量選擇：

　　（1）大電容，負載越重，吸收電流的能力越強，這個大電容的容量就要越大；

　　（2）小電容，憑經(jīng)驗，一般104即可。

　　1、電容對地濾波，需要一個較小的電容并聯(lián)對地，對高頻信號提供了一個對地通路。

　　2、電源濾波中電容對地腳要盡可能靠近地。

　　3、理論上說電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波、小電容濾高頻波。

　　4、可靠的做法是將一大一小兩個電容并聯(lián)，一般要求相差兩個數(shù)量級以上，以獲得更大的濾波頻段。

　　具體案例： AC220-9V再經(jīng)過全橋整流后，需加的濾波電容是多大的？再經(jīng)78LM05后需加的電容又是多大？

　　前者電容耐壓應大于15V，電容容量應大于2000微發(fā)以上。后者電容耐壓應大于9V，容量應大于220微發(fā)以上。

　　2、有一電容濾波的單相橋式整流電路，輸出電壓為24V，電流為500mA，要求：

　　（1）選擇整流二極管；

　　（2）選擇濾波電容；

　　（3）另：電容濾波是降壓還是增壓？

　　（1）因為橋式是全波，所以每個二極管電流只要達到負載電流的一半就行了，所以二極管最大電流要大于250mA；電容濾波式橋式整流的輸出電壓等于輸入交流電壓有效值的1.2倍，所以你的電路輸入的交流電壓有效值應是20V，而二極管承受的最大反壓是這個電壓的根號2倍，所以，二極管耐壓應大于28.2V。

　　（2）選取濾波電容：1、電壓大于28.2V；2、求C的大小：公式RC≥（3--5）×0.1秒，本題中R=24V/0.5A=48歐，所以可得出C≥（0.00625--0.0104）F，即C的值應大于6250μF。

　　（3）電容濾波是升高電壓。

　　濾波電容的選用原則在電源設計中，濾波電容的選取原則是： C≥2.5T/R；

　　其中： C為濾波電容，單位為UF；

　　T為頻率， 單位為Hz；

　　R為負載電阻，單位為Ω。

　　當然，這只是一般的選用原則，在實際的應用中，如條件（空間和成本）允許，都選取C≥5T/R。

　　3.濾波電容的大小的選取

　　PCB制版電容選擇

　　印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時．操作它們時均會產生較大火花放電，必須采用RC吸收電路來吸收放電電流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF，一般的10PF左右的電容用來濾除高頻的干擾信號，0.1UF左右的用來濾除低頻的紋波干擾，還可以起到穩(wěn)壓的作用。

　　濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對系統(tǒng)造成影響的諧波頻率，可以查一下相關廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫軟件，根據(jù)具體的需要選擇。至于個數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個也挺好的，暫時沒用的可以先不貼，根據(jù)實際的調試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話，加兩個電容就可以了，一個慮除紋波，一個慮除高頻信號。如果會出現(xiàn)比較大的瞬時電流，建議再加一個比較大的鉭電容。

　　其實濾波應該也包含兩個方面，也就是各位所說的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說了，實用點的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10個uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF。

　　說到電容，各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實無論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對交流信號呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來：Xcap=1/2πfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小。。在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號對電源的影響，就可以稱為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容；除此以外，對于直流電壓，電容器還可作為電路儲能，利用沖放電起到電池的作用。而實際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應用于高速PCB設計中的電容都稱為旁路電容。

　　電容的本質是通交流，隔直流，理論上說電源濾波用電容越大越好。但由于引線和PCB布線原因，實際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，（還有電容本身的電阻，有時也不可忽略），這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/（LC）1/2

　　在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。

　　至于到底用多大的電容，這是一個參考：

　　不過僅僅是參考而已，用老工程師的話說——主要靠經(jīng)驗。更可靠的做法是將一大一小兩個電容并聯(lián)，一般要求相差兩個數(shù)量級以上，以獲得更大的濾波頻段。一般來講，大電容濾除低頻波，小電容濾除高頻波。電容值和你要濾除頻率的平方成反比。

　　具體電容的選擇可以用公式C=4Pi*Pi /（R * f * f ）