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为什么大电容旁并接一个小数值电容ToremoveRFcurrent.doc 15页
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为什么大电容旁并接一个小数值电容ToremoveRFcurrent
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为什么大电容旁并接一个小数值电容
To remove RF current generated by components switching all signal pins simutaneously, it is common pratice to place two capacitorsin parallel immedaitely adjacent to each power pin. Capacitance values must differ by two orders of magnitude.
按通俗的说法是，大电容用于滤除低频杂波，小电容用于滤除高频杂波。也可以用电容的频率特性进行分析：
电容有一个自谐振频率f0：f&f0时，电容呈容性；f&f0时，电容呈感性；电容值越小，它的自谐振频率就越高。设大电容C1的自谐振频率是f1,小电容C2的自谐振频率是f2(很明显f1&f2)当f1&f&f2时，C1呈现为感性，而C2呈现为容性，这样就构成了并联谐振回路，并联谐振时的电路阻抗非常大，阻止RF电流同时转换所有的信号管脚，达到滤波的目的！
大电容一般是电解电容，电解电容的构造是两层片状电极，中间隔离电解介质，卷制成形，又比较大的电感，高频特性很差。难以将信号中的高频分量滤处。小电容一般是独石电容，片状电容，高频性能优越，弥补之。
大容量铝电解电容本身的电感量不可忽视（这是因为它是由铝箔一层层卷绕而成的），因此在高频时感抗较大，对高频干扰的滤波效果较差，通常的做法是用一个大容量的铝电解电容和一个小容量的电容（一般取0.1uF）并联即可取得较好的滤波效果，也可改用钽电解电容或铌电解电容，这两种电解电容对高频纹波的滤除效果远好于铝电解电容，不必并联小电容，用钽或铌电容的效果相当于10倍容量的铝电容。
如果是理想电容，当然是电容越大交流阻抗越小，滤波效果越好但是由于工艺原因，电容都不是理想的，而是存在一个等效电感L，所以存在一个响应频率f=1/(LC)^0.5使得滤波电容类似带通滤波：在f频点附近滤波效果比较好，而小于和大于这个频点的位置则阻抗增大，效果减弱。大电容如电解电容和钽电容L都比较大，f比较小，再高的频率滤波效果就不够好了小电容如独石或陶瓷电容L比较小，f大，可以滤除高频所以要用大电容和小电容组成的电容对来分别滤波高频和低频。
1）“独石”电容是一种低频场合应用的多层瓷介电容（MLC)，电极是银（银钯）。在低频线路中大量应用，包括振荡、非精确的延时、去耦和滤波等，容量一般在1u以下。不过最新出来一种镍做电极的大容量独石，可达到几十uF以上，做滤波的时候可以不再用电解并联，一个就有很好的效果。
2）薄膜电容。一般说的CBB就是其中一种，聚丙烯薄膜为介质，损耗、温度系数、稳定性等都很优良，所以在要求较高的场合多有应用，HI-FI中放几只，号称可以使声音变靓，不过偶试过了，大概耳朵的缘故，没听出变化来：（。 CBB的样子是长方块，棕、深绿色等，同样的容量，体积比独石大不少。
还有一种聚酯薄膜的CL类型，损耗略大于CBB，不过总的来说已经很好了，而且可以做到很大的容量。这种电容在电力电子装置中常作为滤波、隔直等，使用也较频繁。不过购买时经常
被称之为CBB，实际不是同一种东西（个头较大比如22*6*15）。
涤纶薄膜介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。
3）高压瓷片电容
绝缘强度好，有耐受35kV高压的品种。一般常用的2kV，3kV，容量比如10nF,22nF,33nF等，常做抗共模干扰滤波用，用于旁路高频噪声到大地。
4）高频瓷介电容
高频振荡等场合。常见的多是棕黄色小圆片，容量很小，从几个皮法到几百皮法不等。高频损耗小。单片机晶振的补偿电容就可以选用这类。
铝电解用的太多不说了。钽电解有液体钽和固体钽的区别。比铝电解在ESR（等效串联电阻）、漏电流、稳定性、寿命等方面优良。固体钽还有自愈特性。在要求较高的场合与独石或薄膜电容配合滤波效果很好。电解电容在存在大的脉动电流的情况下会严重发热，寿命大为缩短，有时甚至漏液、燃烧，所以一定要采取措施限制每个电容的脉动电流。多个并联在一定程度能减轻发热。
还有一种所谓的“超级大电容”，学名是“双电层电容”，容量巨大无比，可以轻松获得法拉级的容量。样子大概是扁扁的圆柱状，直径比如有一角的硬币那么大或更大。做单片机的后备“电池”很合适。其他还有纸介、云母等多种。
一个百思不得其解的问题
在电路里面不是讲过两个电容C1、C2并联的等效电路是一个容量为（C1＋C2）的电容吗？ 但是在很多功放和电源电路里面在＋Vcc和地之间都并联接一只约47uF（C1）的低频退耦电容和一只约220pF（C2
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未来趋势-可充电电池将被超级电容取代
以开始看到这文章觉得很不可思议,电容早就出来了，一直都没有听说可以当电池用的功能,不过看了下面的内容觉得或许有这可能吧,毕竟下面的文章学术性比较强,看的也不是很明白,&不过电容有那么多优点，我们还说很期盼的.
下面就一起去看看这篇文章:
来源：《Electronic Design》 作者：Mat Dirjish
超级电容以前主要用于大功率电源和大型工业与消费类电源设备，如今在各种尺寸的产品、特别是便携式设备中也找到了用武之地。超级电容以高达数千法拉的电容值和快速充放电速率而闻名于世。
由于能够长时间存储大量的电能，超级电容表现得更像是电池而不是一个标准电容。事实上，随着技术的进步，它们将替代众多产品中的可充电电池，从计算机、数码相机、手机到其它手持设备。
超级电容是什么？
简单地说，超级电容是一种非常大的极化电解质电容。这里的‘大’指的是容量，而不是它们的物理尺寸。
的确，对于普通的电解电容来说，电容值和/或电压值越大，整个封装也越大。电解电容通常提供微法拉数量级的电容值，从约0.1uF到约1F，其电压标称值最高可达1kVdc。一般来说，额定电压越高，电容值就越小，而电容值越大，封装也就越大，而且工作电压也可能会降低。
这些规则基本上也适用于超级电容。超级电容的容值在1F以上，工作电压范围从1.5V到160V甚至更高。随着电容值和电压增加，其体积也会增加。
电容值在数十法拉左右的早期超级电容是个大块头，主要用于大型电源设备。具有低电压工作能力的小体积超级电容则常用作消费电子设备中的短期备用电源。
尽管超级电容和电解电容存在很大的相似性，但在电气性能和物理尺寸方面也有很大的差异。例如，一个普通的10uF、25Vdc额定电压电解电容尺寸可能略小于甚至等同于1F到10F、2.7Vdc的超级电容。随着最近技术的进步，将超级电容的工作电压提高到25Vdc时，尺寸增加不到一倍，根据具体应用场合，这样的体积变化可能并不十分显著。
剖析超级电容
原则上讲，人们可以将超级电容看作是一个可充电电池。它能存储与其容量成正比的电荷，并在要求放电时释放电荷。超级电容与电解电容的最大区别是其电子双层架构，它能实现更高的容量。
此主题相关图片如下：
标准电容的结构是在两个附属于金属板上的电极之间夹一层电介质层(图1)。根据电容类型不同，电介质可以是氧化铝、四氧化钽、氧化钛钡或聚丙烯聚酯，不同的材料决定了不同的容量和电压特性(图2)。电介质的多少和极板间的距离也会影响电容量。然而，极板间最大允许距离限制了电介质的数量。
此主题相关图片如下
在这种单层结构中，增加电介质数量来提高容量通常是可行的，方法有三种，即增加封装宽度和极板尺寸、增加封装长度和增加极板距离或这两种方法的组合。这三种方法都将导致电容器的体积变大，这是增加电容容量必须做出的一种牺牲。
双电层电容器(EDLC)正如它的字面意义那样可以解决上述问题，它在相同的封装内增加了第二个电介层，这个电介层与第一层在中间隔离物的两边并行工作(图3)。EDLC也采用无孔电介质，如活性碳、碳纳米管、炭黑凝胶，并选用导电聚合物，其存储容量要比标准的电解材料高出许多。额外层和更高效电介材料的这种组合能使电容容量提高近4个数量级。
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不过，电压能力是超级电容的薄弱环节，根源在于电介质材料。EDLC中的电介质特别薄，只有纳米数量级，因此能产生很大的表面积，从而形成更大的容量。但这些很薄的层不具有传统电介质理想的绝缘特性，因此要求较低的工作电压。
超级电容应用
与标准电容和电池相比，EDLC的多个优点使得它们能成为理想的替代品。这些优点包括：与可重复充电电池相比充放电次数更多，实际效率高达98%，更低的内部电阻，大输出功率，更好的热性能，与电池和标准电容相比有更好的安全余量。
与所有类型的电池不同，EDLC没有特殊的处理要求，因此在整个生命周期内都具有环境友好特性。以前又大又笨重的超级电容现在已经有了各种尺寸的产品，可以适合任何应用以及几乎任何预算。
针对便携式设备的超级电容
如前所述，大电容值的超级电容在物理尺寸方面不再是一个障碍。5F以上的超级电容已经开始应用于许多便携式和手持式产品。在一些案例中，这些元件甚至可以代替给这些产品供电的电池。
Tecate Group推出了具有多样配置的多种PowerBurst品牌超级电容器。针对通用的脉冲电源、混合电池和便携式产品应用，径向引线的TPL和径向折弯的 TPLS系列双层电容器分别具有0.5F到70F和100F到400F的容量(图4)。这两类器件的电压额定值都是2.7V，工作温度范围是-40℃到 65℃。TPL和TPLS系列的最大高度分别是45mm(100F)和60mm(400F)。
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CAP-XX公司专门针对便携式市场推出了GS/GW系列单节和双节超级电容器(图5)。这些电容提供了电能有限的电池的替代品，寿命非常长，单节配置电压为2.3V，串联连接的双节电容器电压可达4.5V。
此主题相关图片如下：这两种电容的工作温度范围都是-40℃到75℃。GW系列产品的外形尺寸为28.5x17mm，电压4.5V时的电容量最高为0.4F，等效串联电阻(ESR)低于60 mΩ。GS系列产品的外形尺寸为39x17mm，电压4.5V的电容量可达0.7F，ESR低至34 mΩ。
同样针对紧凑空间设计但可耐更高温度的CAP-XX公司HS和HW系列电容器具有很薄的外壳，工作温度范围是-40℃到85℃(图6)。在4.5到5.5V电压范围内，HW的尺寸为28.5x17mm。在5.5V电压时的电容量可达0.4F，ESR在 5.5V时可低至100 mΩ。
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这些元件的厚度范围从0.9mm到2.9mm不等。电容量可达0.7F的HS系列外形尺寸为39mmx17mm，厚度范围同样为0.9mm到2.9mm，最小ESR为55 mΩ。这两个系列的超级电容可以处理高达20A的脉冲电流，额定的RMS电流为4A。
Kanthal Globar公司的Maxcap双层电容器可以用来代替作为存储器后备电源的电池，具有超过5.5 F/in.3的容积效率、无限的服务寿命、快速充放电能力和非常低的漏电流等特性(图7)。Kanthal Globar公司还表示，这些电容比电池更安全，在短路时不会爆炸，也不会损坏。这些电容器是非极化器件，不需要限流电阻或过压保护，因而可以消除装配错误和相关的成本。
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Maxcap电容有径向引线(LP、LC、LK、LT、LF、LV、LX和LJ系列)和表面贴装(LM 系列)两大类。额定电压为3.5V或5.5V，电容值范围从0.01F到5F和0.47F到1F与5.6F，具体取决于额定电压值。电路板上还有一种 5F/11V的封装。工作温度范围有两种，一种是从-40℃到85℃，一种是-25℃到70℃。另外，所有的Maxcap都是小尺寸元件，可在远端部署，并且不要求接入端口。
针对大型设备的超级电容
虽然看起来似乎所有电子设计都在缩小尺寸，设计师在拚命地争夺每纳米空间，但仍有许多领域微型化既不可能也没必要，包括汽车和运输、再生能源、军用和航空。在这些领域，通常采用更大尺寸的超级电容。
Maxwell Technologies公司推出的突破性BOOSTCAP产品设定了事实上的标准，基于其私有电极技术的产品可提供单节和多节模块化配置。
模块化BOOSTCAP配置由涵盖14个模块的BPAK和BMOD系列组成(图8)。根据具体的应用，用户可以从下列电容值/工作电压组合中选取合适的产品：15Vdc下有20、23、52和58F；16.2Vdc下有110、250或 500F；48.6Vdc下有165F；75Vdc下有94F；125Vdc下有63F。这些模块的外形尺寸也不等，从约178x52x32mm到超过 515x263x211mm。目标应用包括工业、汽车和消费类市场。
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Maxwell Technologies公司还有许多大型的具有很高容量的BOOSTCAP品牌单节电容器，不过工作电压比较低。BCAP系列共5节，在2.7Vdc的工作电压下电容值可达650、、F(图9)。这些电容的主要用途是与电池并行工作，适合要求恒定低功率放电以及峰值负载下提供脉冲功率的应用。
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Evans Capacitor公司的3STHQ3和3PTHQ3电容组器件则主要用于任务繁重的军事应用，它将公司的三个THQ3混合电容集成进了一个阳极电镀、环氧密封的铝壳中，整个尺寸为4.47×1.59×1.09英寸(图10)。针对更高的工作电压，3STHQ3组可以串联电容的方式提供以下四种产品：0.004 F/160 Vdc, 0.Vdc, 0.Vdc和0.Vdc。
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针对更大的容量，3PTHQ3组器件可以并联电容的方式提供0.45F/10Vdc到0.01F/125Vdc范围内的产品。这两种配置的工作温度范围都是从-55℃到85℃，包括所有必要的平衡电阻和走线。
针对大电流环境，德国制造商Wima提供了全系列的双层圆柱形器件，其工作电流额定值高达400A，脉冲电流承受能力可达1400A。Wima公司的SuperCap C系列和R系列产品由电容值在110到600F范围内的2.7Vdc电容组成，它们的工作电流和脉冲电流额定值分别可达100A和800A。
最大和最强健的SuperCap MC系列则规定了14Vdc的工作电压和400A的电流。该产品的重量为1.7公斤，长宽高尺寸为325x60x90mm，正负电极之间的距离是265mm，可承受高达1.4kA的脉冲电流。
其它参数包括110F±20%的电容量，内部电阻为7mΩ，最大储存能量为10kJ，工作温度范围是-30℃到65℃，工作寿命长达9万小时。
超级电容的未来
如前所述，超级电容有望代替众多设备中的可充电电池。这种演进是合理的，特别是目前人们对绿色技术和高性价比替代能源非常渴求。
最近超级电容制造商CAP-XX和Perpetuum正在就能量收储解决方案展开合作，目的是要成功创建无电池的无线传感器状态监视系统。在去年6月份举行的nanoPower论坛上演讲的一个案例研究就介绍了Perpetuum的PGG17振动能量收储微型发电机如何与CAP-XX的超级电容器配合实现无电池状态监视系统的。这些系统采集并在机器上显示数据，目的是改善资产管理质量。
据这两家公司介绍，传统的状态监视系统需要人工的数据采集，或使用电池供电的无线传感器。据他们宣称，在与这些系统相关的恶劣环境中，电池可能只能用2到5年。显而易见，在一个可能有数千个电池供电的无线传感器节点的工厂中，更换和处理电池的成本将非常高。
在平时工作过程中，PMG17将无用的机械振动转换成电能，可以提供0.5mW到50mW的稳定电源。CAP-XX超级电容器储存这些能量，然后提供在无线网络(如IEEE802.15.4和802.11)上传送传感器状态数据所需的峰值功率。
PMG17可以为间歇性无线传感器系统(如无线HART、SP-100和Wi-Fi)提供必要的电能。然而，它的输出阻抗太高，无法提供传感器节点要求的10到100秒时间长的mW级功率。高容量和低ESR的超级电容器可以解决这个问题，它可以提供约1秒的峰值功率来传送数据。
“微型发电机和超级电容组合消除了电池的可靠性问题和耗时的维护工作，可以极大地节省操作成本和能量使用。”Perpetuum公司的技术管理人员Stephen Roberts表示。
“无线系统制造商现在可以使用这种“安装完就可遗忘的”自发电能源轻松地设计出无电池的系统。”CAP-XX公司应用技术副总裁Pierre Mars指出。
看完有何感谢？到圣奇仕摄影网论坛发表下吧！
这篇文章学术性比较强,我也看不太明白.有些东西不做这个行业了解太多意义也不大,至于是否真的超级电容能够代替充电电池我们就拭目以待吧
非常好我支持^.^
不好我反对
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滤波电容器的选择标准在线性稳压器中的应用
导读：摘要：虽然稳压器供应商通常建议在他们的设备中使用通用的滤波电容，但是这些建议往往都含糊不清, 未能考虑到大量的公共数据网旁路网络在电压调节模块上的的响应带来的影响。滤波电容网络图1 描述了一个通用的公共数&&&&&& 摘要：虽然稳压器供应商通常建议在他们的设备中使用通用的滤波电容，但是这些建议往往都含糊不清, 未能考虑到大量的公共数据网旁路网络在电压调节模块上的的响应带来的影响。
滤波电容网络
图1 描述了一个通用的公共数据网络概念模型
&图1 通用的公共数据网络概念模型
&从左到右我们看到，开关电源电压调节模块的开关功率级，电压调节模块的有效传递函数阻抗，大容量的旁路电容分支，一系列互联电感和最后安装的集成电路负载。集成电路负载可能拥有自己的内部电容。优化公用数据网滤波器包括以下几方面：
只购买实现高频性能所需数量的电容。
只购买实现低频性能所需电容的大小数值。
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&公&共数据网络设计可以根据电压调节模块中大容量电容的有效频率范围分为强耦合或弱耦合。紧密耦合设计是与高频电容器并行等效阻抗相比，互连阻抗很小的，位于电压调节模块上频率响应之下的设计。对于大部分线性稳压器来说，频率极限是1MHz。尤其是大多数具有线性稳压器的印刷电路板公共数据网络都是强耦合。
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&&&& 一个不幸的现实是大多数线性稳压器数据表和应用说明都未能详细介绍可接受滤波电容器参数值。在许多情况下，供应商只是模糊地推荐通用电容器类型如钽或铝电解电容器。其他情况下，供应商会介绍他们的产品可以接受低等效串联电容的片式多层陶瓷电容器，除此之外再无其他介绍。下面介绍的通过利用仿真手段描述电压调节模块的特性来进行设计的方法可以规避以上提到的不足。
& 1、将所有的公共数据网负载电容相加当作线路上所有并联等效高频电容，对于任何大型集成电路内部电容也一样，当成CPDN。
& 2、确定最初的大容量滤波电容：CBULK_INITIAL是制造商要求的电压调节模块大容量电容和CPDN 的差异。
& 3、选择一个积层陶瓷晶片电容, 或在必要时为电容并联积层陶瓷晶片电容器，数值要大于等于CBULK_INITIAL。
& 4、电压调节模块加载公共数据网络与CBULK_INITIAL 的并联来进行瞬态仿真。
& 5、如果瞬态模拟显示小于1.5 周期振铃, 设计是稳定的。在设计中，CBULK_INITIAL 的花费和积层陶瓷晶片电容一样昂贵，因此可以选择一个低成本的电解质电容作为替换。否则，积层陶瓷晶片电容作为CBULK_INITIAL 的替代是最后的选择。
&&& 如果瞬态模拟显示超过1.5 周期振铃，那么就需要等效串联电阻的主极点。下一步的任务就是确定主极点的数值，并且在此基础上确定一个最终的大容量滤波电容器的数值。
主极点补偿器
&& 1、用一个理想的电容CDP 和一系列理想的电阻RDP 代替CBULK_INITIAL。
&& 2、设定CDP 值为大于两倍CPDN 的最小E3 数值。
&& 3、设定RDP 初始值为1m&O。
&& 4、以1.4 倍的步进增加RDP 的值，重复瞬态仿真直到瞬态振铃周期在1.5 周期内。
&& 5、选择一个合适的具有最小的等效串联电阻的电容，数值介于RDP 和4 倍RDP 之间。或者，放入一个同样范围的分离电阻与积层陶瓷晶片电容串联。
&& 6、对最终选择进行仿真。
设置任何形式的SPICE 模型都可以进行瞬态仿真，包括免费的LT SPICE Linear Technology 和TI / National 提供的WebBench。
&图 2 电压调节模块瞬态仿真设置图
& 这个仿真计算了负载瞬态稳定性。一个理想的电压原来为电压调节模块供电，电压调节模块加载一个脉冲式电流源，脉冲宽度应该与电压调节模块制造商数据单上的测试波形相匹配。然而50us 的脉冲宽度重复一次之后到100us 也是可以的。脉冲上升下降时间不得超过1/(10 F0dB )，如果明确负载响应，F0dB 是负载响应的0dB 截距；如果负载响应不明确，则F0dB 是扰动能力的0dB 截距。除了最高带宽线性稳压器外，100ns 通常都是适用的。
&&& 我们以目前流行的Linear Technology Inc. 的三端稳压器LT1083 作为设计实例。该稳压器为一个3.3V 的稳压器，推荐使用1uf 的频率补偿电容和一个10uf 的不明确的钽电容器作为大容量电容器。10uf 钽电容器可适用在25 m&O 至10 &O 的不同形式的等效串联电阻情况下。数据表和应用说明没有提供更进一步的指导。不充足的等效串联电阻导致振铃现象和缓慢的瞬态恢复。过量的等效串联电阻导致过量的瞬态电压。
&&&& 在实例中，高频率公共数据网络被一家主要生产积层陶瓷晶片电容的厂家的24 个470nf 0402 X5R 电容代替，这些电容在电源层上附加了电感。24 个470nf 电容在一起的CPDN 超过了制造商推荐的10uf。开始时并没有包括大容量电容，图3 的瞬态响应结果展示了实际的振铃现象。我们需要增加主极点补偿。
&图 3 初始的公共数据网络瞬态响应
根据设计步骤，我们首先选择一个E3 电容值至少为公共数据网络并联电容的两倍，22uf 是合适的选择。然后，我们改变等效串联电阻的大小重复进行瞬态仿真，直到充分地抑制了瞬态振铃。我们发现32 m&O 是最小的等效串联电阻。在图四中看到，补偿响应在最大振幅处以接近50% 的衰减速度迅速下降。
&图 4 补偿响应
我们可以选择几种替代电容器来实现主导极点补偿网络：
22uf 积层陶瓷晶片电容与35m&O 厚膜电阻串联。预计花销：$0.20
22uf 、40m&O 的铝聚合物贴片电容器。预计花销：$0.45
22uf 、40m&O 的钽聚合物贴片电容器。预计花销：$1.33
　　电压调节模块基本上是反馈控制系统。当电压调节模块的频率响应中互联阻抗很低时，整个公共数据网络是强耦合并被加载到电压调节模块上，减少了要求的大容量电容，同时存在不稳定的响应。通过一个简单的模拟驱动程序，利用紧凑和低成本的解决方案，可以获得理想的电压调节模块响应。
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