旁路电容的作用与应用原理

旁路电容（bypass电容）：用于导通或者吸收某元件或者一组元件中交流成分的一种电容。通常交直流中的交流部分被去除，而允许直流部分通过加有旁路电容的元件。 实际上，大多数诸如微控制器（单片机）等的数字电路都是直流电路。这种电路里面的电压水平的变化会造成很多问题。如果电压变化太多，电路可能就会不正常地工作。对大多数情况来讲，纹波电压被认为是交流成分，旁路电容的目的就是要抑制这种交流成分，抑制这种电压噪声。旁路电容的另外一种说法就是滤波电容。 在左边的电路图里面，你可以清楚地看到当使用了滤波电容以后电压噪声的变化情况。注意到两种电压的波动幅度的差别很小（在5到10毫伏）。这个图里面的电压是4.95~5.05V小幅电压。随机的电子噪声造成电压波动，正如图表里面显示那样，这种波动的部分通常被称为“噪声”或者“纹波”。蓝线代表的是没有使用的滤波电容的电压变化，粉红色线是使用了滤波电容了的。纹波电压在几乎所有的直流电路里面都是存在的。在粉红色曲线里面，即使使用了滤波电容以后电压变化幅度变小了，但是“变化”还是存在的，电压还是有纹波噪声。旁路电容的重要功能就是要减小电路里面的纹波的幅值。太大的纹波是极其有害的，使得电路不正常工作。纹波通常又是随机的，当然有时候电路里面其他元器件也会发出噪声。比如继电器和电机经常就能够使电压发生突然的波动，简直就像打破了池塘里面平静的水面一样。其它元器件使用的电流越大，这种纹波噪声的效应也就越明显。 一个常见的问题就是这种小幅的纹波真的就那么值得注意么是啊，电压水平不是足够精确了吗答案取决于你设计的电路类型。如果你的电路只是用来将电机连上一个电池，或着点亮一个LED，那么电路里头的纹波恐怕对你来说并不要紧。但是，如果你在使用数字逻辑门电路，情况恐怕就不是那么简单了，纹波肯定能够给你的电路带来麻烦。 首先让我们来考虑一下纹波电压造成的影响。基础电子理论告诉我们电压是势能的差别所引起的，而电流在这种势能的差别中流过；我们知道电压越高，电流越大；我们还知道电压的方向决定了电流的方向。 看看右边的纹波电压图和纹波电流图的放大图。上面部分是两个纹波电压变化情况，和前一副图相似，蓝色的线代表没有使用旁路电容，另一个是使用了旁路电容了的。沿着该图下面的横轴看，在点2处电压开始上升，而看看下面的纹波电流图，点2处的电流在一个方向有相对较高的幅值，对比一下，点5处电压和电流的方向是相反的。 注意这种有没有旁路电容（bypass电容）时的差别。通过抑制纹波电压，旁路电容同时也抑制了纹波电流。我想说纹波电压图和纹波电流图很清晰地表达了交流成分的产生，也可以看到电压是如何变化的，以及纹波电流是如何改变方向的。即使这是一个DC电路，纹波也引起了交流成分。旁路电容能够减小AC组分。 纹波电流就像电路中的涡流或者回流，随着电压和电流在电路里头的传播，电压差异和电流差异足以工作。比如，我们假定一个与门，其半导体门输入端保持稳定输入而使得输出保持在稳定状态，门电路里在电流沿着一个方向流经一个PN结的时候工作，如果电流停止了流动，晶体管也就关闭或者截止；如果纹波着相反的错误方向流动，门也就时常关闭，你得到的输出也会跟着改变。由于一个门可能与其他许多门连在一的效应会造成严重的错误。 总之，旁路电容是用于在DC电路里头抑制AC成分的电容。通过使用旁路电容，你的DC电路将不会对纹波电压和纹波电流那么感冒。

共模电感的原理

共模电感的滤波电路，La和Lb就是共模电感线圈。这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同（绕制反向）。这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。 事实上，将这个滤波电路一端接干扰源，另一端接被干扰设备，则La和C1，Lb和C2就构成两组低通滤波器，可以使线路上的共模EMI信号被控制在很低的电平上。该电路既可以抑制外部的EMI信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号，能有效地降低EMI干扰强度。国内生产的一种小型共模电感，采用高频之杂讯抑制对策，共模扼流线圈结构，讯号不衰减，体积小、使用方便，具有平衡度佳、使用方便、高品质等优点。广泛使用在双平衡调音装置、多频变压器、阻抗变压器、平衡及不平衡转换变压器等。 共模电感的作用 共模电感在电源模块输入端的作用 共模电感是指两个线圈绕在同一铁芯上，且绕制相反、匝数和相位都相同。常用于开关电源中过滤共模的电磁干扰信号，EMI滤波用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。 电源模块输入端加共模电感一般是为了减少辐射、降低高频共模噪音。其对共模噪音有明显的抑制作用，工作原理是当共模电流通过元件时，两个电感的电感量会叠加。但是对于差模噪音，两个电感量相当于取差，电感值减小，抑制效果会削弱。 共模电感的大小会直接影响到EMC性能，主要作用是可以隔离共模信号，衰减外部共模干扰，从而降低对电源的影响。还可以衰减内部共模信号，降低对电网的影响。但是共模电感感量大对低频骚扰的抑制效果好，对高频却可能会变差，而感量小了对低频骚扰抑制效果差。 我们常见于电源模块输入端都有加X电容、Y电容和一个共模电感，电容对信号来说是低阻抗，起到旁路和去耦信号的作用。电感对信号来说是高阻抗，起到反射和吸收高频干扰信号的作用。 两根电源线对地之间干扰叫共模干扰，两根电源线之间的干扰叫差模干扰，当电感和电容组合成滤波器，可以使滤波效果更好，电感电容起作用的频段也会不同。和Y电容起到滤除共模干扰的作用，X电容主要是短路信号的作用，减小差模信号流过的路径，进而减少电路中寄生参数引起的震荡造成高频发射。 当在设计时减去电感或者电容，剩下的部分还是起作用的，不过效果会差很多。一般来说，共模阻抗越大越好，在选择共模电感时主要根据阻抗频率曲线选择，同时需要注意考虑差模阻抗对信号的影响。