电磁干扰滤波电容器详解

电容器是电路中 基本的元件之一，利用电容滤除电路上的高频骚扰和对电源解耦是所有电路设计人员都熟悉的。但是，随着电磁干扰问题的日益突出，特别是干扰频率的日益提高，由于不了解电容的基本特性而达不到预期滤波效果的事情时有发生。 电磁干扰滤波器，又名“EMI滤波器”是一种用于抑制电磁干扰，特别是电源线路或控制信号线路中噪音的电子线路设备。 电磁干扰滤波器的功能就是保持电子设备的内部产生的噪声不向外泄漏，同时防止电子设备外部的交流线路产生的噪声进入设备。 电磁干扰滤波器通常由无源电子元件的网络组成，这些元件包括电容和电感，它们组成LC电路。 1电容引线的作用 在用电容抑制电磁骚扰时， 容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的影响。电容器的容抗与频率成反比，正是利用这一特性，将电容并联在信号线与地线之间起到对高频噪声的旁路作用。然而，在实际工程中，很多人发现这种方法并不能起到预期滤除噪声的效果，面对顽固的电磁噪声束手无策。出现这种情况的一个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。 实际电容器的电路模型如图1所示，它是由等效电感（ESL）、电容和等效电阻（ESR）构成的串联网络。 理想电容的阻抗是随着频率的升高降低，而实际电容的阻抗是图1所示的网络的阻抗特性，在频率较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至消失。 电容的谐振频率由ESL和C共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频率越低，也就是电容的高频滤波效果越差。ESL除了与电容器的种类有关外，电容的引线长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短，电容器的正确安装方法和不正确安装方法如图2所示。 根据LC电路串联谐振的原理，谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关，电容越大，谐振点越低。许多人认为电容器的容值越大，滤波效果越好，这是一种误解。电容越大对低频干扰的旁路效果虽然好，但是由于电容在较低的频率发生了谐振，阻抗开始随频率的升高而增加，因此对高频噪声的旁路效果变差。表1是不同容量瓷片电容器的自谐振频率，电容的引线长度是1.6mm（你使用的电容的引线有这么短吗）。 尽管从滤除高频噪声的角度看，电容的谐振是不希望的，但是电容的谐振并不是总是有害的。当要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量，使谐振点刚好落在骚扰频率上。 2.温度的影响 由于电容器中的介质参数受到温度变化的影响，因此电容器的电容值也随着温度变化。不同的介质随着温度变化的规律不同，有些电容器的容量当温度升高时会减小70%以上，常用的滤波电容为瓷介质电容，瓷介质电容器有超稳定型：COG或NPO，稳定型：X7R，和通用型：Y5V或Z5U三种。不同介质的电容器的温度特性如图2所示。 从图中可以看到，COG电容器的容量几乎随温度没有变化，X7R电容器的容量在额定工作温度范围变化12%以下，Y5V电容器的容量在额定工作温度范围内变化70%以上。这些特性是必须注意的，否则会出现滤波器在高温或低温时性能变化而导致设备产生电磁兼容问题。 COG介质虽然稳定，但介质常数较低，一般在10～100，因此当体积较小时，容量较小。X7R的介质常数高得多，为2000～4000，因此较小的体积能产生较大的电容，Y5V的介质常数 ，为5000～25000。

钽电容在电视显示行业的应用

由于有机钽电容具有承受浪涌电流的能力,降额使用可维持在20%左右,因此新型的63V额度电压的有机钽电容器适用于48V干线,通常用于电信系统、发光二极管驱动器和中等电压电源。 发光二极管技术在照明方面应用广泛。在中高电源应用中优选恒流模式的驱动器拓扑,将发光二极管加以串联,因为这种方法使得整机效率提高,且PWM变暗。照明的程度非常容易满足环境的要求,只需从120Hz开始,在低频率开、关发光二极管集成电路片即可。在这类应用中,电压干线的范围一般是28-60VDC,高压有机钮电容器非常适合这样的应用电压,因为63V额度电压的元件可用于50v,而75V的产品则适用于60V的电压范围。 此外有机钽电容器没有表现出任何压电效应,从而可以避免陶瓷电容器在低频的常见缺点。有机钮电容器的另一个优点是,与陶瓷电容器相比,其机械强度提高了。随着额定电压的提高,有机钮电容器还有可能用作输入电容器,因为它们比铝电解电容器(Es)更可靠,没有磨损机理,这使得它们吏适合平均寿命不断增长的发光二极管4（E-cap）照明系统的电源。 液晶显示屏电视中低电压范围的有机钮电容器在笔记本电脑和液晶显示屏电视中己确立其良好的地位,D(7343-31)和Y(7343-20)成为DC/DC转换器和背后照明发光二极管驱动器的常用壳号。但是,现在一些带有发光二极管背后照明的现代化液晶显示屏电视建筑物要求较高的输出电压,一般来说,SV输出专用于微信息处理器和逻辑线路,12V用于电视面板,24V用于音频功率放大器,24V及24V以上的电压用于背后照明。 有机钽电容器在高电压条件下的工作能力提高促使其在这个电压范围朝着 大容量和 小壳号发展,之前,其他电容器技术还无法达到这一点。这些优点和其他优势(包括稳定性高、可靠性优良)为设计师缩小其产品尺寸,拓宽应用范围的新功能提供了机会。此外,有机钼电容器克服了传统电容器常见的缺点,在类似的电压范围可消除压电效应,与陶瓷电容器相比,可提供更佳的机械强度与薄膜电容器相比,同样大的体积可获得更高的电容量和电压;与有机铝电容器相比,可靠样更高,寿命更长。