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電磁干擾濾波電容器使用方法
點(diǎn)擊次數(shù)：2097 發(fā)布時(shí)間：2013-11-27
電容器是電路中zui基本的元件之一，利用電容濾除電路上的高頻騷擾和對(duì)電
源解耦是所有電路設(shè)計(jì)人員都熟悉的。但是，隨著電磁干擾問題的日益突出，特
別是干擾頻率的日益提高，由于不了解電容的基本特性而達(dá)不到預(yù)期濾波效果的
事情時(shí)有發(fā)生。本文介紹一些容易被忽略的影響電容濾波性能的參數(shù)及使用電容
器抑制電磁騷擾時(shí)需要注意的事項(xiàng)。
1電容引線的作用在用電容抑制電磁騷擾時(shí)，zui容易忽視的問題就是電容引
線對(duì)濾波效果的影響。電容器的容抗與頻率成反比，正是利用這一特性，將電容
并聯(lián)在信號(hào)線與地線之間起到對(duì)高頻噪聲的旁路作用。然而，在實(shí)際工程中，很
多人發(fā)現(xiàn)這種方法并不能起到預(yù)期濾除噪聲的效果，面對(duì)頑固的電磁噪聲束手無(wú)
策。出現(xiàn)這種情況的一個(gè)原因是忽略了電容引線對(duì)旁路效果的影響。
實(shí)際電容器的電路模型如圖1 所示，它是由等效電感（ESL）、電容和等效
電阻（ESR ）構(gòu)成的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
理想電容的阻抗是隨著頻率的升高降低，而實(shí)際電容的阻抗是圖1所示的網(wǎng)
絡(luò)的阻抗特性，在頻率較低的時(shí)候，呈現(xiàn)電容特性，即阻抗隨頻率的增加而降低，
在某一點(diǎn)發(fā)生諧振，在這點(diǎn)電容的阻抗等于等效串聯(lián)電阻ESR.在諧振點(diǎn)以上，由
于ESL 的作用，電容阻抗隨著頻率的升高而增加，這是電容呈現(xiàn)電感的阻抗特性。
在諧振點(diǎn)以上，由于電容的阻抗增加，因此對(duì)高頻噪聲的旁路作用減弱，甚至消
失。
電容的諧振頻率由ESL 和C共同決定，電容值或電感值越大，則諧振頻率越
低，也就是電容的高頻濾波效果越差。ESL 除了與電容器的種類有關(guān)外，電容的
引線長(zhǎng)度是一個(gè)十分重要的參數(shù)，引線越長(zhǎng)，則電感越大，電容的諧振頻率越低。
根據(jù)LC電路串聯(lián)諧振的原理，諧振點(diǎn)不僅與電感有關(guān)，還與電容值有關(guān)，電
容越大，諧振點(diǎn)越低。許多人認(rèn)為電容器的容值越大，濾波效果越好，這是一種
誤解。電容越大對(duì)低頻干擾的旁路效果雖然好，但是由于電容在較低的頻率發(fā)生
了諧振，阻抗開始隨頻率的升高而增加，因此對(duì)高頻噪聲的旁路效果變差。表1
是不同容量瓷片電容器的自諧振頻率，電容的引線長(zhǎng)度是1.6mm （你使用的電容
的引線有這么短嗎？）。
表1
電容值 | 自諧振頻率（MHz） | 電容值 | 自諧振頻率（MHz） |
1m F | 1.7 | 820 pF | 38.5 |
0.1m F | 4 | 680 pF | 42.5 |
0.01m F | 12.6 | 560 pF | 45 |
3300pF | 19.3 | 470 pF | 49 |
1800 pF | 25.5 | 390 pF | 54 |
1100pF | 33 | 330 pF | 60 |
盡管從濾除高頻噪聲的角度看，電容的諧振是不希望的，但是電容的諧振并
不是總是有害的。當(dāng)要濾除的噪聲頻率確定時(shí)，可以通過調(diào)整電容的容量，使諧
振點(diǎn)剛好落在騷擾頻率上。
2.溫度的影響由于電容器中的介質(zhì)參數(shù)受到溫度變化的影響，因此電容器的
電容值也隨著溫度變化。不同的介質(zhì)隨著溫度變化的規(guī)律不同，有些電容器的容
量當(dāng)溫度升高時(shí)會(huì)減小70% 以上，常用的濾波電容為瓷介質(zhì)電容，瓷介質(zhì)電容器
有超穩(wěn)定型：COG 或NPO ，穩(wěn)定型：X7R ，和通用型：Y5V 或Z5U 三種。
COG 電容器的容量幾乎隨溫度沒有變化，X7R 電容器的容量在額定工作溫度
范圍變化12% 以下，Y5V 電容器的容量在額定工作溫度范圍內(nèi)變化70% 以上。這
些特性是必須注意的，否則會(huì)出現(xiàn)濾波器在高溫或低溫時(shí)性能變化而導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)
生電磁兼容問題。
COG 介質(zhì)雖然穩(wěn)定，但介質(zhì)常數(shù)較低，一般在10～100 ，因此當(dāng)體積較小時(shí)，
容量較小。X7R 的介質(zhì)常數(shù)高得多，為2000～ 4000 ，因此較小的體積能產(chǎn)生較
大的電容，Y5V 的介質(zhì)常數(shù)zui高，為5000～ 25000. 許多人在選用電容器時(shí)，片
面追求電容器的體積小，這種電容器的介質(zhì)雖然具有較高的介質(zhì)常數(shù)，但溫度穩(wěn)
定性很差，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的溫度特性變差。這在選用電容器時(shí)要特別注意，尤其
是在軍用設(shè)備中。
3.電壓的影響電容器的電容量不僅隨著溫度變化，還會(huì)隨著工作電壓變化，
這一點(diǎn)在實(shí)際工程必須注意。不同介質(zhì)材料的電容器的電壓特性如圖3 所示。從
圖中可以看出，X7R 電容器在額定電壓狀態(tài)下，其容量降為原始值的70% ，而Y5V
電容器的容量降為原始值的30% ！了解了這個(gè)特性，在選用電容時(shí)要在電壓或電
容量上留出余量，否則在額定工作電壓狀態(tài)下，濾波器會(huì)達(dá)不到預(yù)期的效果。
5.穿心電容的使用在實(shí)際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz ，
甚至超過1GHz. 對(duì)這樣高頻的電磁噪聲必須使用穿心電容才能有效地濾除。普通
電容之所以不能有效地濾除高頻噪聲，是因?yàn)閮蓚€(gè)原因，一個(gè)原因是電容引線電
感造成電容諧振，對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的阻抗，削弱了對(duì)高頻信號(hào)的旁路作用；
另一個(gè)原因是導(dǎo)線之間的寄生電容使高頻信號(hào)發(fā)生耦合，降低了濾波效果。穿心
電容之所以能有效地濾除高頻噪聲，是因?yàn)榇┬碾娙莶粌H沒有引線電感造成電容
諧振頻率過低的問題，而且穿心電容可以直接安裝在金屬面板上，利用金屬面板
起到高頻隔離的作用。但是在使用穿心電容時(shí)，要注意的問題是安裝問題。穿心
電容zui大的弱點(diǎn)是怕高溫和溫度沖擊，這在將穿心電容往金屬面板上焊接時(shí)造成
很大困難。許多電容在焊接過程中發(fā)生損壞。特別是當(dāng)需要將大量的穿心電容安
裝在面板上時(shí)，只要有一個(gè)損壞，就很難修復(fù)，因?yàn)樵趯p壞的電容拆下時(shí)，會(huì)
造成鄰近其它電容的損壞。
隨著電子設(shè)備復(fù)雜程度的提高，設(shè)備內(nèi)部強(qiáng)弱電混合安裝、數(shù)字邏輯電路混
合安裝的情況越來(lái)越多，電路模塊之間的相互騷擾成為嚴(yán)重的問題。解決這種電
路模塊相互騷擾的方法之一是用金屬隔離艙將不同性質(zhì)的電路隔離開。但是所有
穿過隔離艙的導(dǎo)線要通過穿心電容，否則會(huì)造成隔離失效。當(dāng)不同電路模塊之間
有大量的聯(lián)線時(shí)，在隔離艙上安裝大量的穿心電容是十分困難的事情。為了解決
這個(gè)問題，國(guó)外許多廠商開發(fā)了“濾波陣列板”，這是用特殊工藝事先將穿心電
容焊接在一塊金屬板構(gòu)成的器件，使用濾波陣列板能夠輕而易舉地解決大量導(dǎo)線
穿過金屬面板的問題。但是這種濾波陣列板的價(jià)格往往較高，每針的價(jià)格約30元。
1999年，北京天亦通公司開發(fā)成功了TLZ – 1系列濾波陣列板（申請(qǐng)中）。
這種濾波陣列板的濾波性能接近國(guó)外產(chǎn)品，但價(jià)格僅為國(guó)外產(chǎn)品的1/10以下。TLZ
– 1系列濾波陣列板的密度是標(biāo)準(zhǔn)2.54mm，可以直接與扁平電纜插座配合，便于
安裝，可廣泛用于電子設(shè)備的濾波隔離。