濾波電容簡(jiǎn)介
濾波電容是并聯(lián)在整流電源電路輸出端，用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)、平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件。在使用將交流轉(zhuǎn)換為直流供電的電子電路中，濾波電容不僅使電源直流輸出平穩(wěn)，降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的影響，同時(shí)還可吸收電子電路工作過程中產(chǎn)生的電流波動(dòng)和經(jīng)由交流電源串入的干擾，使得電子電路的工作性能更加穩(wěn)定。
濾波電容在電路中的符號(hào)一般用“C“表示。在50赫茲市電的整流電路中，為了獲得好的濾波效果，選擇的濾波電容的電容量都比較大，最常用的為數(shù)百至數(shù)千微法的電解電容，要求高的場(chǎng)合也有使用鉭電容或鈮電容的；但在幾十千赫茲甚至更高頻率的場(chǎng)合，對(duì)頻率特性的要求比對(duì)容量的要求顯得重要得多。
濾波電容特點(diǎn)
1、溫升低
諧波濾波器回路由電容器串聯(lián)電抗器組成，在某一諧波階次形成最低阻抗，用以吸收大量諧波電流，電容器的質(zhì)量會(huì)影響諧波濾波器的穩(wěn)定吸收效果，電容器的使用壽命跟溫度有很大的關(guān)系，溫度越高壽命越低，濾波全膜電容器具有溫升低等特點(diǎn)，可以保證其使用壽命。
2、損耗低
介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）：≤0.0003
3、安全性
符合GB、IEC標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部單體電容器均附裝保護(hù)裝置；當(dāng)線路或單體電容器發(fā)生異常時(shí)，該保護(hù)裝置將會(huì)立即動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源，以防二次災(zāi)害的發(fā)生。附裝放電電阻，可確保用電及維護(hù)保養(yǎng)之安全。外殼采用鋼板沖壓而成，內(nèi)外部涂上耐候性良好之高溫烤漆安全性特高。
4、便捷性
體積小且重量輕，搬運(yùn)安裝極為方便
濾波電容作用
濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。而且對(duì)于精密電路而言，往往這個(gè)時(shí)候會(huì)采用并聯(lián)電容電路［1］ 的組合方式來提高濾波電容的工作效果。
低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬Hz。濾波電容在開關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個(gè)工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問題。
50赫茲工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動(dòng)電壓頻率僅為100赫茲，充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)。為獲得更小的脈動(dòng)系數(shù)，所需的電容量高達(dá)數(shù)十萬微法，因此普通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)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)劣的主要參數(shù)。而開關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)萬赫茲，甚至是數(shù)十兆赫茲。這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗- 頻率”特性。要求在開關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。
濾波電容越大濾波效果越好嗎
理論上，好像是濾波電容越大效果越好，但實(shí)際應(yīng)用電路中并非如此。因?yàn)楫?dāng)濾波電容達(dá)到一定門限值后，其改善效果幾乎沒有任何提高。更嚴(yán)重問題是，濾波電容太大的話，電源開機(jī)和關(guān)斷時(shí)間都會(huì)拉長(zhǎng)，有可能導(dǎo)致其他數(shù)字器件比如MCU 上電復(fù)位失敗。這種故障在單片機(jī)和液晶顯示中是比較常見的。
所以，濾波電容還是應(yīng)該本著夠用就好的原則來選擇容量大小。
濾波電容如何選擇
經(jīng)過整流橋以后的是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍很大。后面一般用大小兩個(gè)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
一、容量選擇：
（1）大電容，負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大
（2）小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可
1）別人的經(jīng)驗(yàn)（來自互聯(lián)網(wǎng)）
1、電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。
2、電源濾波中電容對(duì)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(gè)電容并聯(lián)，一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)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(yīng)大于15V，電容容量應(yīng)大于2000微發(fā)以上。 后者電容耐壓應(yīng)大于9V，容量應(yīng)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：
?。?）選擇整流二極管；
?。?）選擇濾波電容；
（3）另：電容濾波是降壓還是增壓？
?。?）因?yàn)闃蚴绞侨ǎ悦總€(gè)二極管電流只要達(dá)到負(fù)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(yīng)是20V，而二極管承受的最大反壓是這個(gè)電壓的根號(hào)2倍，所以，二極管耐壓應(yīng)大于28.2V。
?。?）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(yīng)大于6250μF。
?。?）電容濾波是升高電壓。
二、濾波電容的選用原則
在電源設(shè)計(jì)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(fù)載電阻，單位為Ω
當(dāng)然，這只是一般的選用原則，在實(shí)際的應(yīng)用中，如條件（空間和成本）允許，都選取C≥5T/R.
三、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(shí)．操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)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(hào)，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(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波頻率，可以查一下相關(guān)廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫(kù)軟件，根據(jù)具體的需要選擇。至于個(gè)數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個(gè)也挺好的，暫時(shí)沒用的可以先不貼，根據(jù)實(shí)際的調(diào)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(gè)電容就可以了，一個(gè)慮除紋波，一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流，建議再加一個(gè)比較大的鉭電容。
其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)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(shí)用點(diǎn)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(gè)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(huì)讓人頭暈?zāi)垦?，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實(shí)無論如何稱呼，它的原理都是一樣的，即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)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(hào)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(hào)對(duì)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(duì)于直流電壓，電容器還可作為電路儲(chǔ)能，利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)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(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱為旁路電容。
電容的本質(zhì)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(shí)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(shí)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(gè)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(yàn)。更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)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 ）電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)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(yīng)，這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)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(shí)，電容變成了一個(gè)電感，如果電容對(duì)地濾波，當(dāng)頻率超出FSR后，對(duì)干擾的抑制就大打折扣，所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，可以想想為什么？
原因在于小電容，SFR值大，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)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(dāng)然也可以想想為什么？如果從這個(gè)角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。
2）那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)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(gè)電容還是兩個(gè)電容？
電容的SFR值和電容值有關(guān)，和電容的引腳電感有關(guān)，所以相同容值的0402，0603，或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同，當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè)，1）器件Data sheet，如22pf0402電容的SFR值在2G左右， 2）通過網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率，想想如何量測(cè)？S21？知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個(gè)或兩個(gè)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(shí)際電路試驗(yàn)，如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí)，LNA的電源濾波是關(guān)鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB。
一般來說， 選擇輸出濾波電容主要是為了獲得好的濾波效果，輸出電壓的紋波與芯片的工作方式（升壓或降壓）以及工作原理有關(guān)，單相和多相的計(jì)算方法是不同的。舉例來說，假如使用LTC3406B芯片，△Vout≈△IL（ESR＋1／8fCout）， 其中，△Vout是輸出電壓的紋波，△IL是電感的紋波電流，ESR是輸出濾波電容的內(nèi)阻，f 是DC/DC的開關(guān)頻率， Cout是輸出濾波電容的容值。 通過該公式，可以方便地計(jì)算出需要的電容參數(shù)。
濾波電容范圍太廣了，這里簡(jiǎn)單說說電源旁路（去藕）電容。
濾波電容的選擇要看你是用在局部電源還是全局電源。對(duì)局部電源來說就是要起到瞬態(tài)供電的作用。為什么要加電容來供電呢？是因?yàn)槠骷?duì)電流的需求隨著驅(qū)動(dòng)的需求快速變化（比如DDR controller），而在高頻的范圍內(nèi)討論，電路的分布參數(shù)都要進(jìn)行考慮。由于分布電感的存在，阻礙了電流的劇烈變化，使得在芯片電源腳上電壓降低－－也就是形成了噪聲。而且，現(xiàn)在的反饋式電源都有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間－－也就是要等到電壓波動(dòng)發(fā)生了一段時(shí)間（通常是ms或者us級(jí)）才會(huì)做出調(diào)整，對(duì)于ns級(jí)的電流需求變化來說，這種延遲，也形成了實(shí)際的噪聲。所以，電容的作用就是要提供一個(gè)低感抗（阻抗）的路線，滿足電流需求的快速變化。
基于以上的理論，計(jì)算電容量就要按照電容能提供電流變化的能量去計(jì)算。選擇電容的種類，就需要按照它的寄生電感去考慮－－也就是寄生電感要小于電源路徑的分布電感。