集成电容（共3篇）
集成电容 篇1
1 电容器的功能都有什么
旁路电容, 以旁路电容的电路称为旁路电容供电的本地组件, 它具有均匀的输出阻抗, 减少干扰信号的滤除信号中的高频分量的滤波器, 主要是滤除高频杂波, 正常情况下, 聚酯陶瓷电容器的容量一般较小基于皮肤。
去耦电容:即用于去耦电路中的电容叫做去耦电容, 多用于多级放大器的直流电压供给电路中, 以消除每级放大器间的耦合干扰, 滤除输出信号的干扰, 把输出信号的干扰视为滤除对象, 亦可将去耦电容视为电池, 利用其充放电, 使信号放大后不会因电流的畸变而受到干扰。它的容量可依据信号的频率或抑制波纹程度而定。
耦合电容:耦合电容是用于电容耦合电路, 称之为电容耦合, 用于低频信号的传输和放大, 以防止前后两个阶段的电路静态工作点的相互作用, 以发挥分离直流量的通信
滤波电容:用在滤波电路中的电容称为滤波电容器。这是我们通常使用后的整流电源的电容器, 它是成脉动直流整流电路整流电路, 要顺利通过充电和放电的电容和电容一般电解电容和容量较大, 在微观层面。
消震电容:用于高频损耗的电容振荡电路, 被称为高频振动电容, 用于音频放大器具有负反馈, 消除了高频放大器的可能发生高频啸叫现象。
补偿电容:用于电容补偿电路被称为补偿电容, 是用于高低音补偿电路, 以提高在高频和低频信号的播放信号。
2 电容的分类
2.1 铝电解电容器
容量范围是0 ~ F1, F2, 高纹波电流, 大容量, 稳定耐用的电容器, 广泛用于电源滤波器, 耦合器等场合。
2.2 薄膜电容器
电容系列0.1 皮法~ 10 皮法, 一个较小的耐受能力高、稳定性和非常低的电压的效果, 所以是X, Y安全电容, EMI / EMC为优先选择。
2.3 钽电容
容量范围是2.2 微法~ 560 微法系列电容, 低等效串联电感, 低等效串联电感, 低等效串联电阻的脉冲吸收、噪声抑制和瞬态响应都表现的明显比铝电解电容器更出色, 是高稳定性电源的不二选择。
2.4 陶瓷电容器
容量范围在0.5 皮法~ 100 微法系列电容, 独特的材料工艺和超薄的薄膜技术, 足以满当今的更轻、更薄、更节能的设计要求。也是当今市场广泛应用的领域。
2.5 超级电容器
容量范围在0.022 法 – 70 法系列电容, 电容容量值高, 这被称为“黄金电容”或“法拉电容器”。其主要特点是:非常高的容量值, 优秀的充电/ 放电特性, 广泛应用于电能的存储和备份, 缺点是耐压力较低, 可承受温度范围较狭窄。
在这里顺便再说一下今后电容的发展趋势电容今后的发展趋势就是小型化, 大容量。其中, 多层陶瓷电容领域是发展最快的。市场上也有很多企业在做这方面的工作。
多层陶瓷电容器在轻便移动式产品中得到了广泛且成功的应用, 但最近几年, 只能数字设备的技术进展也对数字电路电子产品的发展提出了新的要求。例如手机需要更高更快的发送速率和更强的功能;带宽处理器要求速度高、电压低;显示设备需要的厚度不得大于0.5毫米, 这就需要更小体型更大容量的电容器。
电容的选择
电容种类比较多在不同的应用场合主要考虑的参数也不一样
常见的考虑参数有:电压;容量 (电容值) ;电容量的容差;等效串联电阻;温度系数, 工作温度范围;漏电流;寿命;等等。通常, 应该如何为我们的电路选择一颗合适的电容呢?笔者认为, 应基于以
1、电容的规格;
2、电容的类型;
3、噪声等级;
4、直流偏压下的电容变化量;
5、容值误差;
6、额定耐压;
7、静电容量;
等几点要求考虑。
有人问了, 是否有快捷的方式帮助我们选择?其实, 电容作为电路器件的外围元件, 几乎每个器件的名牌或者特别标示, 都比较明确地指出了外围元件的参数及性能特性, 也可以说是, 依照铭牌即可以获得基本的器件选择要求, 然后再进一步根据环境, 作用, 场所等特殊要求。而我们往往只注重看电容的容量和种类, 却忽略了电容所要长期使用的环境, 特殊的电路必须按其特殊要求选择。
例如发动机中的多层陶瓷电容器的要求就比较特殊:首先是耐高温, 陶瓷电容器要在200℃的环境温度下长期正常工作;接下来是要能承受电池短路产生大电流的冲击而不击穿, 下面还要求体积不能太大, 必须能放置在狭小的空间内。举这个例子就是说, 选择电容不能只看容量, 更要注重综合选择, 这样不但能使电容与设备相匹配, 更能保证电容的工作寿命, 保证整个设备的使用年限。
以上是我对电容的分类应用及选择的一点认识, 希望能帮助到你, 科技在发展, 文明在进步, 这些都离不开人们对新事物的探索与追求, 只要有有了追求, 新事物, 高尖端事物才能源源不断的展示出来, 世界才会变得缤纷多彩。
摘要：现在的电子产品中无处不存在电容的身影。有时, 一个电容的好坏就能导致一个产品, 一套设备, 乃至一条产线的停摆。在不同的电路中, 不同的环境下, 电容起到的作用却不相同, 今天就来来详介一下电容的不同作用, 及如何选取更适合不同工作的电容。
关键词：电子产品,电容
参考文献
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集成电容 篇2
近年来, 随着大型建筑结构 (如大跨度斜拉桥、超高层建筑、水坝等) 建设数量的增多, 结构的安全性和耐久性问题日益受到人们的关注。基于结构动力学理论和现代振动测试技术的结构整体性安全评估技术方法是通过布设在结构上的加速度传感器拾取结构的振动信息, 然后利用识别的结构模态参数评定结构的损伤情况。加速度传感器作为振动测试系统的基本组成部分, 在整个系统中起着举足轻重的作用。传统的传感器是将测量的物理信号转换成电信号或电压或电流, 再通过传输电缆将信号发送到监测中心进行处理和存储。这在大型建筑结构振动测试过程中产生了诸如系统布设困难、施工周期长、信号易受外界环境噪声干扰、缆线易损坏等问题, 这些问题随着微控制单元、无线通信技术和MEMS技术在传感器上的应用-无线传感器技术的发展, 得到了较好的解决。
本文阐述了基于MEMES的微电容式无线加速度传感器应用于大型建筑结构的微弱信号检测设计, 给出了无线传感器的系统框图及其硬件实现方法。
2.无线加速度传感器的整体设计方案
区别于传统传感器只能作为敏感元件, 检测物理量的变化。无线加速度传感器由数据采集单元 (传感器、滤波、放大和A/D转换等) 、数据处理单元、数据无线收发模块和电源构成, 如图1所示。
3.硬件设计实现
3.1 数据采集单元电路
加速度传感器、低通滤波器和模数转换器 (ADC) 构成数据采集单元, 数据经转换处理后以数字信号方式通过无线链路传输, 降低了外界环境噪声的干扰, 提高了数据的可靠性。
3.1.1 加速度传感器及其测量原理
加速度传感器用以拾取结构的振动信号, 并将振动信号转化为电信号, 它的精度将直接影响到无线传感器的精度。因此, 必须综合考虑传感器芯片的尺寸和能耗等因素, 选基于MEMS技术的单集成芯片, 该芯片内的惯性质量块在外加速度的作用下与被检测电极间的空隙发生改变, 从而引起电容的变化, 电容值的变化引起电容两端等效电压值的改变, 振动信号即转换成电信号输出。
此外, 由于该类芯片内部充满氮气, 为惯性质量和外部电极板之间的微小间隙提供了最佳阻尼, 从而使加速度传感器在较宽的温度范围内产生平坦的频率响应。
3.1.2 低通滤波器电路设计
由于大跨度桥梁等大型建筑结构的自振频率较低, 而桥面振动、桥梁负荷冲击等对振动信号的影响又相对较大, 因此, 在AD采样之前需对模拟信号作抗混滤波处理, 以滤除高频干扰。据此设计了一个有源二阶低通滤波器, 其电路如图2所示。
传感器输出的模拟信号经有源二阶低通滤波器的处理, 可有效地提高信噪比。
3.1.3 模数转换器 (ADC) 的选择设计
为了保证模拟信号的转换精度和转换数率, 选用的芯片应具有精度高、线性度好、功耗低、低噪声、转换数率高等特点, 只有具备这些特点的芯片才能满足所设计无线加速度传感器的数据转换要求。
3.2 微控制器的设计选择
无线传感节点中一般采用小型、低功耗的嵌入式微控制器作为处理单元。因微控制器有很宽的工作电压范围, 因此可直接与无线通信模块配合使用。为了减少能耗, 微控制器可以对电源进行有效管理, 包括保持、休眠、空闲和电源降低模式。
3.3 无线收发模块及天线
无线通信模块在考虑低功耗的基础上, 尽量选用高传输速率的无线通信芯片。低功耗、高性能嵌入式无线模块工作在ISM频段, 无需单独申请频段, 通道切换时间<650μs采用曼切斯特编码, 最大传输数率达100kbps, 待机功耗仅为2.5μA。通过SPI接口与处理单元进行数据交换, 完成数据的无线传输, 实测最大传输距离 (室外) 达500m。天线是数据传输单元的重要组成部分, 天线必须具有抗干扰能力强、传输距离远和安全可靠等优点。
3.4 电源
根据无线节点的功耗, 可选用锂电池, 因锂电池具有安全、可靠、可充电等特性。并通过一定的方式给加速度传感器芯片、微控制器及无线收发模块供电。
为了降低无线传感器的功耗、节约电池能量、延长工作周期, 当传感器不工作时, 将处于休眠状态, 当无线加速度传感器处于休眠状态时, 其总体功耗将大大降低。需要采集数据时, 基站向相应的无线传感器发出唤醒命令, 使其重新进入工作状态。
4.结论
本文主要介绍了基于MEMS的微电容式无线加速度传感器的硬件设计。集成的无线加速度传感器集成了信号检测、滤波、处理和无线通信等功能, 具有精度高、抗干扰能力强、低频特性明显、布设简便等特点, 达到了大跨度结构振动测试的精度要求, 表明无线传感器网络技术在土木工程领域具有广阔的应用前景。
参考文献
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集成电容 篇3
相对于隔离式DC /DC变换器,非隔离式DC /DC变换器具有元器件数量少、成本低、体积小、重量轻、易于控制和易于系统集成的优点,适用于无需电气隔离且电压变化不大的场合[1]。采用交错并联磁集成技术能够有效地减小单通道电感电流纹波、缩小磁件体积,有利于优化电路的性能。多通道并联的结构增加了电流容量,减小开关管电压应力,提高了变换器的可靠性。同步整流能够降低开关管的导通损耗,提高变换器效率。建立变换器的大信号、小信号模型[2]对实际应用有着十分重要的意义。
本文将三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器应用在超级电容与蓄电池混合直流供电系统中,针对变换器输出端为超级电容时的特殊性,将能量回收阶段,即超级电容充电时的工作状态作为研究模态,建立CCM模式下的交流小信号、大信号模型,并推导了系统的开环传递函数。分析控制器的转折频率、幅频特性以及相频特性,并以此优化设计系统的补偿控制网络,提高了系统的稳定性和动态响应速度。
2 交错并联磁集成同步整流 Buck 变换器建模分析
2. 1 混合储能系统等效电路
图1为超级电容与蓄电池混合直流源系统的三相磁集成同步整流Buck变换器的拓扑结构示意图。输出侧为超级电容,其等效模型中包括等效电容C、等效串联阻抗RE; 功率开关管S1、S3、S5占空比工作,为Buck主开关管; 功率开关管S2、S4、S6是同步开关管; 三通道电感自感L1= L2= L3= L,采用反向耦合,耦合系数为k; 三通道电感电流分别为i1= i2= i3= iL。
2. 2 等效稳态电感与等效暂态电感
图1电路在一个工作周期内共有六个模态,假设三相耦合电感是对称的,并且是反向耦合,- 0. 5≤M /L≤0。根据其电压方程得到反向耦合各状态等效电感。
模态I: 通道1主开关管导通,通道2、3截止,根据电压方程可得此时第一通道的等效电感:
( 1)
式中,k = M/L,为耦合系数; D = Vbat/ Vo,为占空比;D' = 1 - D。
模态Ⅱ: 通道2主开关管导通,通道1、3截止,根据电压方程可得此时第一通道的等效电感:
同式( 1) 和式( 2) ,计算得到三相磁集成同步整流Buck变换器在一个开关周期的六个工作模态下第一通道的等效电感Leq1~ Leq6及电流i1波形,如图2所示。
耦合情况下每通道的稳态电流纹波( 即峰-峰值) 与Leq1成反比。i1表示耦合后通道1等效电感电流纹波,i'1表示非耦合通道1等效电感电流纹波。电流暂态增量为各段电流暂态增量之和,与Leq2成反比例关系。通过采用反向耦合可达到分立元件所不能满足的性能,增大Leq1可减小电感电流纹波,减小Leq2可提高动态响应速度,从而满足在减小稳态相电流纹波的情况下增大暂态相电流的响应速度。对图1所示的耦合电感模型进行解耦等效[3],得到其等效模型,如图3所示。
2. 3 三相磁集成 Buck 变换器功率级建模#sup_id#[4,5]#sup#
三相磁集成同步整流Buck变换器各通道主开关管与同步整流管互补导通工作,开关周期为Ts,开关频率为fs= 1 / Ts; 导通时间为ton; 占空比为D,其扰动量为d^,瞬时值d = D + d^。根据状态空间平均法,实际开关等效为理想开关,用受控电流源diL代替主开关管,受控电压源dvbat代替同步整流管,得到在CCM模式下的大信号平均等效电路模型,如图4( a) 所示。
根据图2和伏秒积平衡原理计算出每相电感电流纹波以及输出电流纹波为:
输入输出电压在一个开关周期内电压连续,故在[t,t + Ts]区间内,各相电感电压在一个开关周期内的平均值为:
式中,i = 1,2,3; j = 1,3,5。根据基尔霍夫电流定律,在一个开关周期内,超级电容电流平均值为:
式中,iL1 - M= iL2 - M= iL3 - M表示流过 解耦后电 感L1- M、L2- M、L3- M的电流。对输入电压、占空比dj( j = 1,3,5) 在直流工作点附近做微小扰动,造成变换器中电感电流以及输出电压等状态变量也产生微小扰动。各个参数进行扰动分离运算,即vbat=
个非线性受控源参数分离扰动:
( 7)
式中,i = 1,2,3; j = 1,3,5。将扰动后的变量代入电感电流状态空间平均方程式( 4) 中,得到扰动后的电感电流状态空间平均方程为:
( 8)
假设系统满足变换器的小信号条件,交流信号扰动量的绝对值远小于稳态值,并且交流小信号的二次乘积项d^ji^Li、d^jv^bat可忽略不计,由此得到非线性交流小信号状态方程:
^^
= iL1- M+ iL2- M+ iL3- M
采用受控电流源、受控电压源和理想变压器的结构进行等效建模,建立电感电流连续模式下同步整流Buck变换器的线性化交流小信号等效电路,如图4( b) 所示。
根据交流小信号等效电路模型求得三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器在CCM工作模式下的传递函数关系式如下:
占空比到电感电流的传递函数Gid( s)[6]为:
占空比到输出电压的传递函数Gvd( s) 为:
( 11)
电感电流到输出电压的传递函数Gvi( s) 为:
3 控制环模型建立
混合直流源系统在吸收回馈能量或为辅助电源充电时,为避免蓄电池大电流充、放电,通过辅助电源吸收瞬时大功率,可起到对蓄电池保护的作用。本文采用电压外环、电流内环的闭环控制策略,通过外环精确控制充电电压,内环提高响应速度[7,8]。电流环和电压环控制模型如图5所示。
分析小信号环路的稳定性,采用运算放大的超前-滞后补偿网络; Gm( s) 为脉宽调制器函数; H( s)为采样函数; 电流环开环传递函数为式( 13) ,当电流内环的带宽远大于电压外环的带宽时,通常将电流内环视为一个比例环节; 电压外环的开环传递函数为式( 14) 。
优化耦合度,仿真分析耦合与非耦合情况下稳态电流纹波与暂态电流纹波的数值关系,结果如图6所示。
由仿真结果可知,D = 0. 25时,ΔI1/ ΔI'1坐标小于1的曲线才能满足性能要求,且满足在增大Δi/Δi'的同时减小ΔI1/ ΔI'1。取Vbat= 36V,Vo= 10V,fs= 20k Hz,L = 25μH,耦合系数k = - 0. 433,等效暂态电感Leq2= 3. 6μH,根据系统开环传递函数,对占空比-输出电压的传递函数进行仿真,得出耦合前后幅频、相频特性曲线,如图7所示。可以看出耦合模型在中频段带宽随着耦合程度的增强,相位裕量增大,截止频率逐渐增大[9]。
对占空比-输出电压的开环传递函数Gov( s) 进行仿真,得出幅频、相频特性曲线,如图8所示。可以看出随着耦合程度的增强,截止频率逐渐增大。
4 实验验证
超级电容充电系统中的功率级拓扑为三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器; 低压侧为超级电容,采用锦州凯美公司生产的HP-2R7-J307UY,单体容量为300F,额定电压为2. 7V,低压侧电压为5. 4~ 10. 8V; 高压侧为蓄电池,采用12V /7A·h的铅酸蓄电池,高压侧电压为32 ~ 36V; 系统工作频率为20k Hz; 主控制器采用TMS320F2812 DSP; L = 25μH,等效暂态电感Leq2= 3. 6μH。电流测试采用闭环霍尔电流传感器CHB-25NP,霍尔电流传感器的±15V直流电源由EM1719A型直流稳压电源提供,匝比n= 1∶1000,测试电阻RM= 149Ω,示波器型 号为RIGOL DS1052E。
稳态实验波形如图9所示。实验结果表明,变换器能够正常工作,电感电流纹波小。采用交错并联磁集成电感电流分别控制的方法,稳态电感电流的纹波小。图9( b) 显示,采用双闭环控制充电电流能很好地限制在设定值之下,同时超级电容充电电压达到预设值之后,充电电流能够减小到零,实现了恒压限流的要求。实验结果表明变换器的稳态性能良好。输出负载由可编程电子负载IT8513C提供,结果表明采用耦合电感的磁件动态响应性能较好。
5 结论
提出了三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器作为超级电容充电系统的功率级拓扑模
型。通过分析变换器的工作过程,结合分析磁集成耦合度与稳态电感电流纹波以及动态响应速度的关系,采用状态空间平均法建立系统的大信号平均模型以及交流小信号模型,得出系统的开环传递函数。采用双闭环控制策略,使用Matlab进行仿真,对比分析占空比-输出电压的开环传递函数随耦合程度增加时的性能,以此为依据设计补偿环节,进而对比分析系统的闭环稳定性。通过实验验证采用耦合电感的回路电流纹波较小,双闭环的控制策略实现了恒压限流,系统的动态响应性能较好。
摘要：同步整流Buck变换器广泛应用于低压充电场合,变换器中采用的交错并联磁集成技术能够有效地减小电感电流纹波,增加变换功率,提高变换器的工作可靠性,同时提高系统的动态响应速度。在超级电容充电阶段,采用状态空间平均法,推导了三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器在电流连续模式(CCM)下的大信号和小信号模型,得到了系统开环传递函数。利用Matlab仿真软件得到整个系统开环幅频和相频特性曲线,并以此为依据优化设计控制器的补偿网络以提高系统的稳定性和瞬态响应速度,最后通过仿真和实验进行了验证。
关键词：同步整流Buck变换器,超级电容,磁集成,系统建模
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