电磁干扰滤波电容器使用方法

电磁干扰滤波电容器使用方法摘要：电容器是是电路中最基基本的元件之之一，利用电电容滤除电路路上的高频骚骚扰和对电源源解耦是所有有电路设计人人员都熟悉的的。但是，随随着电磁干扰扰问题的日益益突出，特别别是干扰频率率的日益提高高，由于不了了解电容的基基本特性而达达不到预期滤滤波效果的事事情时有发生生。本文介绍绍一些容易被被忽略的影响响电容滤波性性能的参数及及使用电容器器抑制电磁骚骚扰时需要注注意的事项。关键词：电容容器电路电磁干扰电容器是电电路中最基本本的元件之一一，利用电容容滤除电路上上的高频骚扰扰和对电源解解耦是所有电电路设计人员员都熟悉的。但但是，随着电电磁干扰问题题的日益突出出，特别是干干扰频率的日日益提高，由由于不了解电电容的基本特特性而达不到到预期滤波效效果的事情时时有发生。本本文介绍一些些容易被忽略略的影响电容容滤波性能的的参数及使用用电容器抑制制电磁骚扰时时需要注意的的事项。1电容引线线的作用在用电容抑抑制电磁骚扰扰时，最容易易忽视的问题题就是电容引引线对滤波效效果的影响。电电容器的容抗抗与频率成反反比，正是利利用这一特性性，将电容并并联在信号线线与地线之间间起到对高频频噪声的旁路路作用。然而而，在实际工工程中，很多多人发现这种种方法并不能能起到预期滤滤除噪声的效效果，面对顽顽固的电磁噪噪声束手无策策。出现这种种情况的一个个原因是忽略略了电容引线线对旁路效果果的影响。实际电容器器的电路模型型如图1所示，它是是由等效电感感（ESL）、电容和和等效电阻（ESR）构成的串串联网络。图1实际电容容器的等效电电路理想电容的的阻抗是随着着频率的升高高降低，而实实际电容的阻阻抗是图1所示的网络络的阻抗特性性，在频率较较低的时候，呈呈现电容特性性，即阻抗随随频率的增加加而降低，在在某一点发生生谐振，在这这点电容的阻阻抗等于等效效串联电阻ESR。在谐振点点以上，由于于ESL的作用，电电容阻抗随着着频率的升高高而增加，这这是电容呈现现电感的阻抗抗特性。在谐谐振点以上，由由于电容的阻阻抗增加，因因此对高频噪噪声的旁路作作用减弱，甚甚至消失。电容的谐振振频率由ESL和C共同决定，电电容值或电感感值越大，则则谐振频率越越低，也就是是电容的高频频滤波效果越越差。ESL除了与电容容器的种类有有关外，电容容的引线长度度是一个十分分重要的参数数，引线越长长，则电感越越大，电容的的谐振频率越越低。因此在在实际工程中中，要使电容容器的引线尽尽量短，电容容器的正确安安装方法和不不正确安装方方法如图2所示。图2滤波电容容的正确安装装方法与错误误安装方法根据LC电电路串联谐振振的原理，谐谐振点不仅与与电感有关，还还与电容值有有关，电容越越大，谐振点点越低。许多多人认为电容容器的容值越越大，滤波效效果越好，这这是一种误解解。电容越大大对低频干扰扰的旁路效果果虽然好，但但是由于电容容在较低的频频率发生了谐谐振，阻抗开开始随频率的的升高而增加加，因此对高高频噪声的旁旁路效果变差差。表1是不同容量量瓷片电容器器的自谐振频频率，电容的的引线长度是是1.6mm（你使用的的电容的引线线有这么短吗吗？）。表1电容值自谐振频率（MMHz）电容值自谐振频率（MMHz）1mF1.7820pF38.50.1mF4680pF42.50.01mFF12.6560pF453300pF19.3470pF491800pFF25.5390pF541100pF33330pF60尽管从滤除除高频噪声的的角度看，电电容的谐振是是不希望的，但但是电容的谐谐振并不是总总是有害的。当当要滤除的噪噪声频率确定定时，可以通通过调整电容容的容量，使使谐振点刚好好落在骚扰频频率上。2.温度的的影响由于电容器器中的介质参参数受到温度度变化的影响响，因此电容容器的电容值值也随着温度度变化。不同同的介质随着着温度变化的的规律不同，有有些电容器的的容量当温度度升高时会减减小70%以上，常用用的滤波电容容为瓷介质电电容，瓷介质质电容器有超超稳定型：COG或NPO，稳定型：X7R，和通用型型：Y5V或Z5U三种。不同同介质的电容容器的温度特特性如图2所示。图3不同介介质电容器的的温度特性从图中可以看到到，COG电容器的容容量几乎随温温度没有变化化，X7R电容器的容容量在额定工工作温度范围围变化12%以下，Y5V电容器的容容量在额定工工作温度范围围内变化70%以上。这些些特性是必须须注意的，否否则会出现滤滤波器在高温温或低温时性性能变化而导导致设备产生生电磁兼容问问题。COG介质质虽然稳定，但但介质常数较较低，一般在在10～100，因此当体体积较小时，容容量较小。X7R的介质常数数高得多，为为2000～4000，因此较小小的体积能产产生较大的电电容，Y5V的介质常数数最高，为5000～250000。许多人在选选用电容器时时，片面追求求电容器的体体积小，这种种电容器的介介质虽然具有有较高的介质质常数，但温温度稳定性很很差，这会导导致设备的温温度特性变差差。这在选用用电容器时要要特别注意，尤尤其是在军用用设备中。3.电压的的影响电容器的电电容量不仅随随着温度变化化，还会随着着工作电压变变化，这一点点在实际工程程必须注意。不不同介质材料料的电容器的的电压特性如如图3所示。从图图中可以看出出，X7R电容器在额额定电压状态态下，其容量量降为原始值值的70%，而Y5V电容器的容容量降为原始始值的30%！了解了这这个特性，在在选用电容时时要在电压或或电容量上留留出余量，否否则在额定工工作电压状态态下，滤波器器会达不到预预期的效果。图4电容器的的电压特性综合考虑温温度和电压的的影响时，电电容的变化如如图4所示。图5电容器的温温度/电压特性5.穿心电电容的使用在实际工程程中，要滤除除的电磁噪声声频率往往高高达数百MHz，甚至超过1GHz。对这样高高频的电磁噪噪声必须使用用穿心电容才才能有效地滤滤除。普通电电容之所以不不能有效地滤滤除高频噪声声，是因为两两个原因，一一个原因是电电容引线电感感造成电容谐谐振，对高频频信号呈现较较大的阻抗，削削弱了对高频频信号的旁路路作用；另一一个原因是导导线之间的寄寄生电容使高高频信号发生生耦合，降低低了滤波效果果，如图5所示。图6普通电容容在高频滤波波中的问题穿心电容之之所以能有效效地滤除高频频噪声，是因因为穿心电容容不仅没有引引线电感造成成电容谐振频频率过低的问问题，而且穿穿心电容可以以直接安装在在金属面板上上，利用金属属面板起到高高频隔离的作作用。但是在在使用穿心电电容时，要注注意的问题是是安装问题。穿穿心电容最大大的弱点是怕怕高温和温度度冲击，这在在将穿心电容容往金属面板板上焊接时造造成很大困难难。许多电容容在焊接过程程中发生损坏坏。特别是当当需要将大量量的穿心电容容安装在面板板上时，只要要有一个损坏坏，就很难修修复，因为在在将损坏的电电容拆下时，会会造成邻近其其它电容的损损坏。随着电子设设备复杂程度度的提高，设设备内部强弱弱电混合安装装、数字逻辑辑电路混合安安装的情况越越来越多，电电路模块之间间的相互骚扰扰成为严重的的问题。解决决这种电路模模块相互骚扰扰的方法之一一是用金属隔隔离舱将不同同性质的电路路隔离开。但但是所有穿过过隔离舱的导导线要通过穿穿心电容，否否则会造成隔隔离失效。当当不同电路模模块之间有大大量的联线时时，在隔离舱舱上安装大量量的穿心电容容是十分困难难的事情。为为了解决这个个问题，国外外许多厂商开开发了“滤波阵列板”，这是用特特殊工艺事先先将穿心电容容焊接在一块块金属板构成成的器件，使使用滤波阵列列板能够轻而而易举地解决决大量导线穿穿过金属面板板的问题。但但是这种滤波波阵列板的价价格往往较高高，每针的价价格约30元。1999年年，北