本文主要是關(guān)于電容濾波的相關(guān)介紹，并著重對(duì)電容濾波的計(jì)算方法及電源濾波電容選用技巧進(jìn)行了詳盡的闡述。

電容濾波

安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件，通常把這種器件稱(chēng)其為濾波電容。由于濾波電路要求儲(chǔ)能電容有較大電容量。所以，絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質(zhì)作為電極（負(fù)極）而得名。電解電容的一端為正極，另一端為負(fù)極，不能接反。正極端連接在整流輸出電路的正端，負(fù)極連接在電路的負(fù)端。在所有需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路中，設(shè)置濾波電容會(huì)使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號(hào)一般用“C“表示，電容量應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流大小來(lái)確定。當(dāng)濾波電容達(dá)到一定容量后，加大電容容量反而會(huì)對(duì)其他一些指標(biāo)產(chǎn)生有害影響。

濾波電容的特點(diǎn)

1、溫升低

諧波濾波器回路由電容器串聯(lián)電抗器組成，在某一諧波階次形成最低阻抗，用以吸收大量諧波電流，電容器的質(zhì)量會(huì)影響諧波濾波器的穩(wěn)定吸收效果，電容器的使用壽命跟溫度有很大的關(guān)系，溫度越高壽命越低，濾波全膜電容器具有溫升低等特點(diǎn)，可以保證其使用壽命。

2、損耗低

介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）：≤0.0003

3、安全性

符合GB、IEC標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部單體電容器均附裝保護(hù)裝置；當(dāng)線(xiàn)路或單體電容器發(fā)生異常時(shí)，該保護(hù)裝置將會(huì)立即動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源，以防二次災(zāi)害的發(fā)生。附裝放電電阻，可確保用電及維護(hù)保養(yǎng)之安全。外殼采用鋼板沖壓而成，內(nèi)外部涂上耐候性良好之高溫烤漆安全性特高。

4、便捷性

體積小且重量輕，搬運(yùn)安裝極為方便

濾波電容用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。而且對(duì)于精密電路而言，往往這個(gè)時(shí)候會(huì)采用并聯(lián)電容電路［1］的組合方式來(lái)提高濾波電容的工作效果。

低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開(kāi)關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。濾波電容在開(kāi)關(guān)電源中起著非常重要的作用，如何正確選擇濾波電容，尤其是輸出濾波電容的選擇則是每個(gè)工程技術(shù)人員十分關(guān)心的問(wèn)題。

50赫茲工頻電路中使用的普通電解電容器，其脈動(dòng)電壓頻率僅為100赫茲，充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)。為獲得更小的脈動(dòng)系數(shù)，所需的電容量高達(dá)數(shù)十萬(wàn)微法，因此普通低頻鋁電解電容器的目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。而開(kāi)關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)萬(wàn)赫茲，甚至是數(shù)十兆赫茲。這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗-頻率”特性。要求在開(kāi)關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。

普通的低頻電解電容器在萬(wàn)赫茲左右便開(kāi)始呈現(xiàn)感性，無(wú)法滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源的使用要求。而開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用的高頻鋁電解電容器有四個(gè)端子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。電流從四端電容的一個(gè)正端流入，經(jīng)過(guò)電容內(nèi)部，再?gòu)牧硪粋€(gè)正端流向負(fù)載；從負(fù)載返回的電流也從電容的一個(gè)負(fù)端流入，再?gòu)牧硪粋€(gè)負(fù)端流向電源負(fù)端。

電容濾波的計(jì)算方法

橋式整流電路的濾波電容取值在工程設(shè)計(jì)中，一般由兩個(gè)切入點(diǎn)來(lái)計(jì)算。

一是根據(jù)電容由整流電源充電與對(duì)負(fù)載電阻放電的周期，再乘上一個(gè)系數(shù)來(lái)確定的，另一個(gè)切入點(diǎn)是根據(jù)電源濾波輸出的波紋系數(shù)來(lái)計(jì)算的，無(wú)論是采用那個(gè)切入點(diǎn)來(lái)計(jì)算濾波電容都需要依據(jù)橋式整流的最大輸出電壓和電流這兩個(gè)數(shù)值。通常比較多的是根據(jù)電源濾波輸出波紋系數(shù)這個(gè)公式來(lái)計(jì)算濾波電容。

C》0.289/{f&TImes;（U/I）&TImes;ACv}

C，是濾波電容，單位為F。

0.289，是由半波阻性負(fù)載整流電路的波紋系數(shù)推演來(lái)的常數(shù)。

f，是整流電路的脈沖頻率，如50Hz交流電源輸入，半波整流電路的脈沖頻率為50Hz，全波整流電路的脈沖頻率為100Hz。單位是Hz。

U，是整流電路最大輸出電壓，單位是V。

I，是整流電路最大輸出電流，單位是A。

ACv，是波紋系數(shù)，單位是%。

例如，橋式整流電路，輸出12V，電流300mA，波紋系數(shù)取8%，濾波電容為：

C》0.289/{100Hz&TImes;（12V/0.3A）&TImes;0.08}

濾波電容約等于0.0009F，電容取1000uF便能滿(mǎn)足基本要求。

電源濾波電容選用技巧

電感的阻抗與頻率成正比，電容的阻抗與頻率成反比。所以，電感可以阻扼高頻通過(guò)，電容可以阻扼低頻通過(guò)。二者適當(dāng)組合，就可過(guò)濾各種頻率信號(hào)。如在整流電路中，將電容并在負(fù)載上或?qū)㈦姼写?lián)在負(fù)載上，可濾去交流紋波。

電容濾波屬電壓濾波，是直接儲(chǔ)存脈動(dòng)電壓來(lái)平滑輸出電壓，輸出電壓高，接近交流電壓峰值；適用于小電流，電流越小濾波效果越好。

電感濾波屬電流濾波，是靠通過(guò)電流產(chǎn)生電磁感應(yīng)來(lái)平滑輸出電流，輸出電壓低，低于交流電壓有效值；適用于大電流，電流越大濾波效果越好。電容和電感的很多特性是恰恰相反的。

一般情況下，電解電容的作用是過(guò)濾掉電流中的低頻信號(hào)，但即使是低頻信號(hào)，其頻率也分為了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此為了適合在不同頻率下使用，電解電容也分為高頻電容和低頻電容（這里的高頻是相對(duì)而言）。

低頻濾波電容主要用于市電濾波或變壓器整流后的濾波，其工作頻率與市電一致為50Hz；而高頻濾波電容主要工作在開(kāi)關(guān)電源整流后的濾波，其工作頻率為幾千Hz到幾萬(wàn)Hz。當(dāng)我們將低頻濾波電容用于高頻電路時(shí)，由于低頻濾波電容高頻特性不好，它在高頻充放電時(shí)內(nèi)阻較大，等效電感較高。因此在使用中會(huì)因電解液的頻繁極化而產(chǎn)生較大的熱量。而較高的溫度將使電容內(nèi)部的電解液氣化，電容內(nèi)壓力升高，最終導(dǎo)致電容的鼓包和爆裂。

電源濾波電容的大小，平時(shí)做設(shè)計(jì)，前級(jí)用4.7u，用于濾低頻，二級(jí)用0.1u，用于濾高頻，4.7uF的電容作用是減小輸出脈動(dòng)和低頻干擾，0.1uF的電容應(yīng)該是減小由于負(fù)載電流瞬時(shí)變化引起的高頻干擾。一般前面那個(gè)越大越好，兩個(gè)電容值相差大概100倍左右。電源濾波，開(kāi)關(guān)電源，要看你的ESR（電容的等效串聯(lián)電阻）有多大，而高頻電容的選擇最好在其自諧振頻率上。大電容是防止浪涌，機(jī)理就好比大水庫(kù)防洪能力更強(qiáng)一樣；小電容濾高頻干擾，任何器件都可以等效成一個(gè)電阻、電感、電容的串并聯(lián)電路，也就有了自諧振，只有在這個(gè)自諧振頻率上，等效電阻最小，所以濾波最好！

電容的等效模型為一電感L，一電阻R和電容C的串聯(lián)，

電感L為電容引線(xiàn)所至，電阻R代表電容的有功功率損耗，電容C。

因而可等效為串聯(lián)LC回路求其諧振頻率，串聯(lián)諧振的條件為WL=1/WC，W=2*PI*f，從而得到此式子f=1/（2pi*LC）。，串聯(lián)LC回路中心頻率處電抗最小表現(xiàn)為純電阻，所以中心頻率處起到濾波效果。引線(xiàn)電感的大小因其粗細(xì)長(zhǎng)短而不同，接地電容的電感一般是1MM為10nH左右，取決于需要接地的頻率。

采用電容濾波設(shè)計(jì)需要考慮參數(shù)：

ESR

ESL

耐壓值

諧振頻率

那么如何選取電源濾波電容呢？

電源濾波電容如何選取，掌握其精髓與方法，其實(shí)也不難

1、理論上理想的電容其阻抗隨頻率的增加而減少（1/jwc），但由于電容兩端引腳的電感效應(yīng)，這時(shí)電容應(yīng)該看成是一個(gè)LC串連諧振電路，自諧振頻率即器件的FSR參數(shù)，這表示頻率大于SFR值時(shí)，電容變成了一個(gè)電感，如果電容對(duì)地濾波，當(dāng)頻率超出SFR后，對(duì)干擾的抑制就大打折扣，所以需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地。原因在于小電容，SFR值大，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。

所以在電源濾波電路中我們常常這樣理解：大電容濾低頻，小電容濾高頻，根本的原因在于SFR（自諧振頻率）值不同，想想為什么？如果從這個(gè)角度想，也就可以理解為什么電源濾波中電容對(duì)地腳為什么要盡可能靠近地了。

2、那么在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們常常會(huì)有疑問(wèn)，我怎么知道電容的SFR是多少？就算我知道SFR值，我如何選取不同SFR值的電容值呢？是選取一個(gè)電容還是兩個(gè)電容？

電容的SFR值和電容值有關(guān)，和電容的引腳電感有關(guān)，所以相同容值的0402，0603，或直插式電容的SFR值也不會(huì)相同，當(dāng)然獲取SFR值的途徑有兩個(gè)：

1）器件Datasheet，如22pf，0402電容的SFR值在2G左右

2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀直接量測(cè)其自諧振頻率，想想如何測(cè)量S21？

知道了電容的SFR值后，用軟件仿真，如RFsim99，選一個(gè)或兩個(gè)電路在于你所供電電路的工作頻帶是否有足夠的噪聲抑制比。仿真完后，那就是實(shí)際電路試驗(yàn)，如調(diào)試手機(jī)接收靈敏度時(shí)，LNA的電源濾波是關(guān)鍵，好的電源濾波往往可以改善幾個(gè)dB。

電容的本質(zhì)是通交流，隔直流，理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好。但由于引線(xiàn)和PCB布線(xiàn)原因，實(shí)際上電容是電感和電容的并聯(lián)電路，（還有電容本身的電阻，有時(shí)也不可忽略）這就引入了諧振頻率的概念：ω=1/（LC）1/2

在諧振頻率以下電容呈容性，諧振頻率以上電容呈感性。因而一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

這也能解釋為什么同樣容值的STM封裝的電容濾波頻率比DIP封裝更高。

至于到底用多大的電容，這是一個(gè)參考電容諧振頻率

電容值

DIP（MHz）

STM（MHz）

10PF

800

1.6（GHz）

100PF

200

500

1000PF

80

160

0.01uF

25

50

0.1uF

8

16

1uF

2.5

5

不過(guò)僅僅是參考而已，老工程師說(shuō)主要靠經(jīng)驗(yàn)。

更可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，

一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

以上文章來(lái)源戳這里

看了這篇文章，也做個(gè)粗略的總結(jié)吧：

1.電容對(duì)地濾波，需要一個(gè)較小的電容并聯(lián)對(duì)地，對(duì)高頻信號(hào)提供了一個(gè)對(duì)地通路。

2.電源濾波中電容對(duì)地腳要盡可能靠近地。

3.理論上說(shuō)電源濾波用電容越大越好，一般大電容濾低頻波，小電容濾高頻波。

4.可靠的做法是將一大一小兩個(gè)電容并聯(lián)，一般要求相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以獲得更大的濾波頻段。

濾波電容的選取原則

經(jīng)過(guò)整流橋以后的是脈動(dòng)直流，波動(dòng)范圍很大。后面一般用大小兩個(gè)電容；

大電容用來(lái)穩(wěn)定輸出，眾所周知電容兩端電壓不能突變，因此可以使輸出平滑；

小電容是用來(lái)濾除高頻干擾的，使輸出電壓純凈；

電容越小，諧振頻率越高，可濾除的干擾頻率越高；

容量選擇

大電容，負(fù)載越重，吸收電流的能力越強(qiáng)，這個(gè)大電容的容量就要越大

小電容，憑經(jīng)驗(yàn)，一般104即可

具體案例

1.AC220-9V再經(jīng)過(guò)全橋整流后，需加的濾波電容是多大的？再經(jīng)78LM05后需加的電容又是多大？

前者電容耐壓應(yīng)大于15V，電容容量應(yīng)大于2000微發(fā)以上。后者電容耐壓應(yīng)大于9V，容量應(yīng)大于220微發(fā)以上。

2.有一電容濾波的單相橋式整流電路，輸出電壓為24V，電流為500mA，要求：

（1）選擇整流二極管；

（2）選擇濾波電容；

（3）另：電容濾波是降壓還是增壓？

（1）因?yàn)闃蚴绞侨?，所以每個(gè)二極管電流只要達(dá)到負(fù)載電流的一半就行了，所以二極管最大電流要大于250mA；電容濾波式橋式整流的輸出電壓等于輸入交流電壓有效值的1.2倍，所以你的電路輸入的交流電壓有效值應(yīng)是20V，而二極管承受的最大反壓是這個(gè)電壓的根號(hào)2倍，所以，二極管耐壓應(yīng)大于28.2V。

（2）選取濾波電容：

1、電壓大于28.2V；

2、求C的大小：公式RC≥（3–5）×0.1秒，本題中R=24V/0.5A=48歐

所以可得出C≥（0.00625–0.0104）F，即C的值應(yīng)大于6250μF。

（3）電容濾波是升高電壓。

濾波電容的選用原則

在電源設(shè)計(jì)中，濾波電容的選取原則是：C≥2.5T/R

其中：C為濾波電容，單位為UF;

T為頻率，單位為Hz

R為負(fù)載電阻，單位為Ω

當(dāng)然，這只是一般的選用原則，在實(shí)際的應(yīng)用中，如條件（空間和成本）允許，都選取C≥5T/R。

濾波電容的大小的選取

PCB制版電容選擇

印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)。操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC吸收電路來(lái)吸收放電電流。一般R取1~2kΩ，C取2.2~4.7μF。

一般的10PF左右的電容用來(lái)濾除高頻的干擾信號(hào)，0.1UF左右的用來(lái)濾除低頻的紋波干擾，還可以起到穩(wěn)壓的作用。

濾波電容具體選擇什么容值要取決于你PCB上主要的工作頻率和可能對(duì)系統(tǒng)造成影響的諧波頻率，可以查一下相關(guān)廠商的電容資料或者參考廠商提供的資料庫(kù)軟件，根據(jù)具體的需要選擇。至于個(gè)數(shù)就不一定了，看你的具體需要了，多加一兩個(gè)也挺好的，暫時(shí)沒(méi)用的可以先不貼，根據(jù)實(shí)際的調(diào)試情況再選擇容值。如果你PCB上主要工作頻率比較低的話(huà)，加兩個(gè)電容就可以了，一個(gè)慮除紋波，一個(gè)慮除高頻信號(hào)。如果會(huì)出現(xiàn)比較大的瞬時(shí)電流，建議再加一個(gè)比較大的鉭電容。

其實(shí)濾波應(yīng)該也包含兩個(gè)方面，也就是各位所說(shuō)的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不說(shuō)了，實(shí)用點(diǎn)的，一般數(shù)字電路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10個(gè)uF，去除高頻噪聲好些，大概按C=1/f。旁路一般就比較的小了，一般根據(jù)諧振頻率一般為0.1或0.01uF。

說(shuō)到電容，各種各樣的叫法就會(huì)讓人頭暈?zāi)垦?，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實(shí)無(wú)論如何稱(chēng)呼，它的原理都是一樣的，即利用對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點(diǎn)可以通過(guò)電容的等效阻抗公式看出來(lái)：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小。

在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號(hào)提供低阻抗的通路，就稱(chēng)為旁路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號(hào)對(duì)電源的影響，就可以稱(chēng)為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱(chēng)為濾波電容；除此以外，對(duì)于直流電壓，電容器還可作為電路儲(chǔ)能，利用沖放電起到電池的作用。而實(shí)際情況中，往往電容的作用是多方面的，我們大可不必花太多的心思考慮如何定義。本文里，我們統(tǒng)一把這些應(yīng)用于高速PCB設(shè)計(jì)中的電容都稱(chēng)為旁路電容。