盤點電容在EMC中的應(yīng)用

一前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品種類和數(shù)量不斷增多，造成了日益復(fù)雜的電磁環(huán)境。為了控制電子產(chǎn)品的電磁輻射以及在電磁環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作，世界各國組織和機構(gòu)出臺了許多電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)，為了能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求，在產(chǎn)品設(shè)計過程不得不考慮電磁兼容設(shè)計，常見的電磁兼容設(shè)計有屏蔽、接地和濾波。今天分享的內(nèi)容與濾波有關(guān)，是我們常見的濾波器件—電容。

二電容

電容作為三大基本電路元件之一，發(fā)展至今已經(jīng)有了各式各樣的產(chǎn)品形態(tài)，如瓷介電容（CC）、紙介電容（CZ）、鋁電解電容（CD）、鉭電解電容（CA）、安規(guī)電容以及穿心電容等，不同的電容形態(tài)各異，作用不同，但也有作為電容的通性。

1.電容的結(jié)構(gòu)

電容的結(jié)構(gòu)組成可以簡單分為三部分：電極+介質(zhì)+電極，以下是片狀多層陶瓷電容和鋁電解電容的基本結(jié)構(gòu)示意圖：

電容的容值計算公式為：

C為電容值，單位法拉F，ε為介質(zhì)介電常數(shù)，S為電極的面積，d為電極的距離。

2.電容的特性

（1）頻率特性：電容具有隔離直流通交流，隔離低頻通高頻的特點，可以通過電容的阻抗計算公式來看：

Z為阻抗，單位Ω，W為角頻率，C為電容大小。通過公式可以知道，角頻率增大，阻抗Z減小，體現(xiàn)了頻率越高阻抗越低的特點。

理想的電容阻抗隨頻率降低，但在實際應(yīng)用中，考慮到電路的寄生電感帶來的影響，電容的頻率特性會在某個頻率點發(fā)生轉(zhuǎn)變，這個頻率點我們稱為電容的諧振頻率，計算公式如下：

（2）儲能特性：電容兩個極板在上電過程通過儲存電荷，將電能轉(zhuǎn)換為電勢能，存儲在電容兩端，存儲的能量大小計算公式如下：

電容的儲能就是一次充電過程，電容充放電的時間常數(shù)的大小與電路中電阻、和電容本身容量有關(guān)，計算方式如下：

RC電路的時間常數(shù)：τ=RC

充電時：

U是電源電壓。

放電時：

Uo是放電前電容上電壓。

三電容在EMC整改中的應(yīng)用

在EMC整改過程中，電容濾波是常用的手段之一，利用電容在不同頻段的頻率特性可以實現(xiàn)對電磁輻射的抑制，常用的電容諧振頻率可以參考下表：

在整改過程中，通過濾波可以改變噪聲的輻射路徑，從而實現(xiàn)抑制電磁輻射的目的。針對不同的輻射頻段選用不同的電容濾波，但是前提是先找到輻射的主要路徑。

（1）高頻輻射濾波：下面是某設(shè)備的輻射測試數(shù)據(jù)，在750MHz頻段輻射值較高：

通過排查發(fā)現(xiàn)主要的輻射路徑是串口通信接口，如下：

通過在接口處做電容濾波，濾波后數(shù)據(jù)如下：

（2）低頻噪聲濾波

在DCDC電源電路設(shè)計中，為了應(yīng)對可能出現(xiàn)的低頻噪聲輻射問題，例如車載設(shè)備的傳導(dǎo)電壓法測試，通常需要在電源端預(yù)留足夠的濾波，常見的電容濾波組合為LC濾波、π型濾波，濾波參數(shù)需要參考需要濾波的頻段來確定。

LC濾波的諧振頻率計算公式如下：

作為低通二階濾波，在諧振頻率點之后的頻段，插損為-20db/10倍頻。如果需要濾波的頻點為500KHz，濾波諧振頻率f設(shè)置為50KHz，那么計算出來的濾波參數(shù)可以實現(xiàn)在500KHz頻點達到20dB的噪聲抑制效果。

四電容儲能

電容的儲能特性能夠為電路提供短暫的能量供給，在一些EMC抗擾類測試項目中，涉及電源波動抗擾度測試，通過儲能電容可以讓電路在測試過程中有足夠的能量保持正常工作。

以電壓跌落測試為例，電壓暫降和短時中斷抗擾度試驗是為了模擬因為線路過載引起的長時供電電壓升高或降低，或者其他大功率負載電流瞬間抽取的過大，導(dǎo)致輸入電壓瞬間下降或者供電短時中斷。

要解決電壓跌落的問題，首先要確定是哪一部分的電路問題，只有定位到具體的電路模塊后，才能分析用哪種措施去補償這些跌落。利用電容的儲能特性，可以選擇在負載供電端并聯(lián)電容，如低ESR的鉭電容或者電解電容。

五總結(jié)

無論是電路設(shè)計還是EMC整改設(shè)計，電容都發(fā)揮了極大的作用，熟練掌握電容的結(jié)構(gòu)與性能很關(guān)鍵。在EMC整改過程中，電容只有放在正確的位置才能發(fā)揮出最大的效果，所以很多時候除了要有好的器件，也需要有足夠的經(jīng)驗用于判斷問題，進而解決問題。關(guān)于電容的更多應(yīng)用，歡迎各位留言討論、交流。

審核編輯：湯梓紅