(整理)开关电容滤波器的“共振”现象及其对策

开关电容滤波器的“共振”现象及其对策

在信号处理仪器的硬件系统中抗混滤波器是一重要的部件。根据信号分的的要求，抗混滤波器的截止频率范围控制在10Hz～20kHz。为了提高信号的频率分辨率，要求抗混滤波器的带宽是可变的。比如要分析100Hz以内的信号特征，该低通滤波器的带宽最好选为100Hz。设计时，按1、2、4、5倍乘的原则，将20kHz频率范围分成14档不同带宽来处理。若采用一般的模拟低通滤波器必须电路繁复、换档不便、体积太大、不甚实用。用集成开关电容滤波器发展很快，生产公司不少，器件目前已系列化。它改变截止频率非常方便，只要程近不同的采样频率即可。因此，选择8阶开关电容椭圆低通滤波器MAX293作抗混滤波器用。理论上8阶低通滤波器适合于制作抗混滤波器，其截止频率后的衰减为160dB/10倍频，由文献（1）可知，如截止频率为1kHz，则到1.5kHz处，信号衰减了80dB[1]，接近理想的低通滤波器，这是由椭圆滤波的特点所决定的。实测的滤特图（幅频特性）也有相似结果。但在试制过程中，发现该滤波器有“共振”现象，以下就此现象试作分析。 1 开关电容滤波器的“共振”现象在用NW1232低频频率特性测试M

AX293的幅频特性时，发现屏幕上除了预期的幅频特性之外，在采样频率及其整数倍的频率处具有窄带通形状的峰值，其高度达到甚至超过了前面幅频特性平坦部分的最大值。也就是说，当输入信号频率等于采样频率或为采样频率的整数倍时，出现了这一现象。此现象从未见文献报导过，暂时称之为“共振”现象，如在使用中对其不加处理，则将严重干扰有用信号。为了弄清原因，重复作了试验。采取自动扫描、手动扫描、变采样频率后扫描等方法，该现象始终如期而至。为了滤去该“高频干扰”，在MAX293电路之后，接上模拟低通滤波器。然而不管接二除低通还是四阶低通模拟滤波器，其输出仍然存在该“干扰”，而且幅值无任何减小。

2 “共振”现象的解释

用模拟低通滤波器做实验，当然不存在此现象。因此，原因必然在于具有采样环节的开关电容上。在开关电容滤波器中，当开关频率（即采样频率、时钟频率）大大于信号频率时（文献（2）指出，一般要大于20倍），开关电容等效于模拟阻容滤波器中的电阻，可推导出，其等效电阻R=1/（C·fc），其中C为电容，fc为开关滤波[3]。通过分析得到，当信号频率和采频率同频时，就会出现如图1所示的现象。

图中输入信号vi为正弦波（方波也一样），1、2……为同频采样信号。在相位适当的时候（如图1所示），开关电容滤波器的电容上将出现输入信号的峰值。相位的不同，采样到的值也不同，但各采样点所采样的值是相同的。因此在采样电容上产生一个直流信号，使流波器输出一个直流电平。当观察幅频特性时，在输入信号与采样信号同频且相位合适时，就出现了上述所谓的“共振”现象。而且其后的低通模拟滤波器对此无能为力。同理，当信号频率为采样频率的整数倍时，显然也会出现相同的现象。

3 试验结果

为了证实上述的分析，采用如图2（a）所示的一阶低通滤波器作了度验。图中vi为正弦波输入，φ1，φ2为两相脉冲作采样开关信号，vo为输出信号。

在低频特性测试仪上测试，φ1、φ2的频率fφ为10kHz，除了在近100Hz处转折的低通幅频特性外，在10kHz、20kHz处，出现了峰值。此处fφ即为上述的开关频率fc，其与低通滤波器的转折频率的关系，取决于图2（a）中的C1和C2之比值。此时用电压表测

量vo为直流电压4V，用晶体管毫伏表测得输入信号值为2.8V。从而证实了上述分析。

为了去除“共振”现象，要限制输入信号的范围，使之小于采样频率。因此采用集成开关电容低通滤波器（如MAX293一类）时，在其前面，必须要增加模拟低通滤波器，把采样频率及其以上的高频信号有效的排除在外才行。

4 基于MAX293的实用抗混滤波器

集成开关电容滤波器体积小、阶数高、衰减沿陡、改变通带宽度非常方便，因此用途十分广泛，特别是在要求有不同带宽的场合。其缺点是本身有开关噪声，尤其是存在上述的“共振”现象。因此在使用时，要根据不同的要求，采取必要的措施。现以采用MAX293制作抗混滤波器为例予以说明。

图3为信号处理仪器硬件框图。其中，MAX293及其前后的模拟低通滤波器一起，组成通带可编程抗混滤波器。

根据界面上测量显示信号的大小，用PC机上的键盘选取量程程控放大器的放大倍数，以得到幅度合适的信号。AMX293滤波器前后，接有两个可编程模拟低通滤波器，它们有同步的三个可编程转折频率，由PC机给出地址，切换到不同值的滤波电容来实现。用MAX293

滤波器前的双二阶可编程模拟低通滤波器消除“共振”现象，用后边的二阶低通滤波器消除采样频率信号fc所引起的噪声。由于MAX293

从10z～20kHz分成14档，其截止频率与采样频率fc之比值为1：100[1]，所以模拟滤波器的转折频率为100Hz、1kHz、10kHz三档，它们能将盯应于fc及其以上的信号谐滤排除在外。MAX293的不同

截止频率是由PC机通过改变fc而得到的。所有模拟滤波器设计成Butterworth滤波器。本硬件系统及相应的软件系统已销售多套，并

于2001年11月通过由机械工业技术发展基金会组织的鉴定。

接近开关原理及接线图

电容/电感/霍尔式接近开关的工作原理 1、电感式接近开关工作原理 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。工作流程方框图及接线图如下所示：

2、电容式接近开关工作原理 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。工作流程方框图及接线图如下所示：

3、霍尔式接近开关工作原理 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U， 其表达式为U=K·I·B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。 由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。我门销售的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。 霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。 霍尔开关的功能类似干簧管磁控开关，但是比它寿命长，响应快无磨损，而且安装时要注意磁铁的极性，磁铁极性装反无法工作。 内部原理图及输入/输出的转移特性和接线图如下所示：

滤波电容的选择

滤波电容起平滑电压的作用；容值大小与输入桥式整流的输入电压无关；一般是越大越好。但要明白它取值的原理：滤波电容的取值与后级电路的突变电流有关。 打个比方：电容就好比一个水桶，输入往这个水桶中倒水，输出（后级电路）从这个水桶中抽水。如果恒定的抽水，只要倒入的水量大于抽水量，那么水桶将永远是满的，所以这个水桶可以不需要（当然这是理想情况）。假如某时刻需要抽出大量的水，大于输入的量，你会怎么办？ 你可以准备一个较大的水桶，在这个时刻到来之前，将这个水桶的水灌满；等到了抽水的时刻，水桶中已经有足够的水抽取，就不会出现缺水的情况。 滤波电容就好比这个较大的水桶! 至于它的具体值，你将后级电路的突变电流与电容充、放电系数联系起来考虑，相信你能领悟出合适的计算方法。 滤波电容的作用和大小是怎样的? 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂 滤波电容在电路中作用 滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。 去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。 容的容抗为1/ωC欧姆（类似电阻，如果是非电类大学以上学历就把它当作电容器的电阻看吧），ω为角频率，ω=2πf，f为频率。容抗与自身容量C和频率ω（或者说f）有关，当C一定时，频率越高，容抗越小，对电流的阻碍作用就越小；频率越低，容抗越大。……人们所说的“电容通高频阻低频，通交流阻直流”是在不同情况下说的，也可以说是在不同容量C的情况下说的，都是正确的。 到此就不必再多说了吧，分析1/ωC就行了。 电路中的电容滤波问题解析

开关电源相关 开关电容一次侧滤波高压电容计算

开关电源一次滤波大电解电容 开关电源决定一次侧滤波电容，主要影响电源的性能参数为输出低频交流纹波与保持时间. 滤波电容越大，电容器上的Vin(min)越高，可以输出较大功率的电源，但相对价格也提高了。 输入电解电容计算方法(举例说明)： 1.因输出电压12V 输出电流2A, 故输出功率：Pout=Vo*Io=1 2.0V*2A=24W 。 2.设定变压器的转换效率约为80%，则输出功率为24W 的电源其输入功率：Pin=Pout/效率=W W 30% 8024=. 3.因输入最小交流电压为90VAC ，则其直流输出电压为： Vin=90*2=127Vdc 故负载直流电流为：I=Vin Pin =A Vac W 236.012730= (若电源的等级要求较高时, 可考虑如下参数进行推算; 因输入最小交流电压为90VAC ，则其最低输出直流电压为： Vin(min)=90*2-30(直流纹波电压)=97Vdc ，故最大负载直流电流为：I MAX =(min)Vin Pin =A Vac W 309.09730=) 4.设计允许30V PP 的直流纹波电压V ?，并且电容要维持电压的时间为半周期t （即半周期的工频率交流电压在约是8ms ，T=f 1=60 1=0.0167S=16.7 ms ）则：C=uF V t I 9.6230 10*8*236.0*3 ==?- 62uH 在常用电容47-82uH 之间，因考虑成本问题。 故实际选择电容量47uF. 5.因最大输入交流电压为264Vac ，则最高直流电压为:V=264*2=373VDC. 实际选用通用型耐压400Vdc 的电解电容,此电压等级,电容有95%的裕度. 6.电容器的承受的纹波电流值决定电容器的温升,进而决定电容器的寿命.(电容器的最大纹波电流值与其体积,材质有关.体积越大散热越好耐受纹波电流值越高)故在选用电容器要考虑实际纹波电流值＜电容器的最大纹波电流值. 7.开关源元器件温升一般较高,通常选用105℃电容器,在特殊情况无法克服温升时可选用125℃电容器. 故选用47uF,400v, 105℃电解电容器可以满足要求(在实际使用时还考虑安装机构尺寸,体种大小,散热环境好坏等)

各种接近开关的应用

不同种类接近开关 1、无源接近开关 这种开关不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。特点：不需要电源，非接触式，免维护，环保。触发必须为铁，镍之类的磁性材料。 2、涡流式接近开关 这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。翼闸闸板上就用到了这种接近开关。 3、电容式接近开关 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 4、霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 5、光电式接近开关 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 6、热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 7、其它型式的接近开关 当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。 主要用途

开关电容式变换器的工作原理

开关电容式变换器的工作原理 多种倍增输出的开关电容式变换器的工作原理利用更多的受控开关和电容，改变 输出电压与输入电压之比，并在供电电池使用过程中，随着电压的降低，自动地依次 改变电路的倍增因子，伎其由小到大变化，就能保证在电池电压变化时，有足够高的 输出电压来驱动。电压倍增的原理—。最大效率为，平均效率为腮。采用脚薄型则封装，尺寸为，方形。关于输出电压倍增及其模式的自动切换和没有多少区别，这里不 再重复。软启动含有软启动线路，以限制电源接退时和过渡模式下输入端的浪涌电流。在电源接通之初，输出ABC电子电容直接由输入以斜升的电流充电电荷泵还没有工作，经过，如果所有的阴极电位没有到以上，则毗转入倍模式，的输出电流按的阶梯向预 设值步进增大如果再经过，所有的阴极电位仍然没有在以上，则转入倍模式，的输出 电流再一次按的阶梯向预设值步进增大。 不论何时，如果输出电压低于，则软启动程序都将复位到倍输出模式。输出电流 的设置利用串行接口，可以对主屏副屏和闪光灯皿的电流进行设置。此串行接口有两 条线和，用来控制主副屏删亮度闪光灯和的变化以及四最大电流随温度的降额情况， 为串行数据线，为串行时钟线，采用标准的串行接口写字节命令。只是一个从设备受 控设备，依赖于主设备一般为微处艾博希电子理器来产生时钟信号。主设备在总线上 启动数据传送并产生时钟信号，先向传送位的地址字节，接着传送位的控制字节，控 制字节包含位的命令编码和位的数据。每次传送序列以”打头，而以”结束。控制字 节的格式如表。输出电流为的开关电容型变换器是凌特公司产品，和的功能相似，能 驱动个主屏个副屏和个删四，总输出电流为有个电流为的恒流源分别驱动每个最大的 显示电流由内部的精确的基准电流源确定亮度调节有级利用两条串行接口线，位的数 模转换器信号对每个电流源独立地控制其迈断调光和改变亮度水平输出电压按倍倍倍 倍增电路自动切换工作模式，接通电源后开始按倍电压模式工作，只要有一个皿电流 下降，电路自动转入增压模式。 它是一种高效低噪声的电荷泵型器件。电路采用脚塑料封装，尺寸为咖，其实 用电路中一实际为条引出线，分别和的阴极相连，为每个阴极提供恒定的电流，此电流可由。调高到，按级阶梯调节，由内部的位和软件确定，如果内部的数 据寄存器四一设置为，则输出电流为。通过电路采用脚薄型封装，尺寸为删皿皿，厚度仅为咖。是的外形及实用电路。的开关管及二极管均需外接，内部集 成有驱动开关管栅极的输出，它能提供驱动的源电流和的灌电流。由接于脚电 源高端及脚的电阻决定的电流人印。串行口的控制，一还刃以用作漏极开路输出，—。是两条串行输入线，输IC现货商入时钟和数据。每来一个时钟脉冲， 其作用和上面介绍的中的串行口相似，冉重复。引脚是所有数据线的电源，将 置于欠电压封锁阉值以下时，的数据寄存器均被复位为。该脚应当用或的陶瓷 电容旁路接地。脚是的伎能禁止脚，当该脚由低变高时，四按预定的亮度点亮。

几种开关电容网络及其对DC_DC变换器的改善

○ 理论探讨　 ○ 几种开关电容网络及其对DC -DC 变换器的改善 国家自然科学基金资助项目。 收到稿件。 刘　健　陈治明　严百平(西安理工大学　710048) 摘　要　提出三种开关电容网络,包括串并电容组合结构、极性反转开关电容网络和推挽开 关电容网络,并讨论了它们的性质。将这三种开关电容网络和传统DC -DC 变换器相结合,提出了一系列新的变换器拓扑结构。理论分析和实验结果表明,上述措施有助于提高具有悬殊电压变比的DC -DC 变换器的性能。 关键词　开关电容网络　DC -DC 变换器 1　引言 传统DC -DC 变换器中(如buck 、boost 和cuk 等),在进行较大电压变比的升压变换或较悬殊电压变比的降压变换时,必须令功率开关工作在很大 或很小的导通比下,这影响了变换器的效率,也使变换器的动态特性降低[1]。本文研究了将几种特殊的开关电容(SC )网络与传统的开关DC -DC 变换器相结合,利用SC 网络对电压进行预变换,借以改善传统的变换器性能的方法,提出一系列新的拓扑结构,如SC buck 变换器,SC boost 变换器以及SC cuk 变换器等。 2　几种开关电容网络 SC 网络是仅含有电容器和功率开关的电路单元,功率开关一般分作交替导通的两组。能够直接用于开关DC -DC 变换器来改善其性能的SC 网络有以下三种,如图1所示。 2.1　串并电容组合结构(Series -parallel capacitor group ,简写为SP ) 图1a 为典型的串并电容组合结构(SP ),一般情况下构成SP 的各个电容器取值均相等。我们定义一个SP 中所含独立电容的个数为该SP 的阶(order ),用n 表示。这样图1a 所示为二阶SP 。 SP 具有这样的特点:当外部给它充电时(即开关S 1导通,S 2断开时),组成SP 的各个电容C 1i 相互串联;而当SP 放电时(即S 2导通,S 1断开 时),组成SP 的各个电容C 1i 相互并联。因此,假如对SP 的充电状态的持续时间和放电状态的持续 时间分别大于其充电状态时间常数和放电状态时间常数的话,则在稳态下n 阶SP 可以看作一个n ∶1的降压器,即 图1　三种开关电容网络 (a )二阶SP (b )R SC 网络(c )二阶Pus h -Pull SC 网络 第5期 电工技术杂志1999年9月

电容式接近开关及其应用

电容式接近开关及其应用 作者：邓重一 1 引言 随着我国经济的快速发展，现代城市人 口的增加、城市范围的扩大，能源紧张问题越来越突出了。特别是水资源，它与工农业生产以及人民的生活息息相关，由于一些地区以前无计划性地乱的开采，出现了缺水的现象。 如何有效地管理和节约用水是当务之急。本文利用电容 式接近开关和其它器件设计了一种 控制水龙头开与关的系统。本系统具有控制灵敏、使用方便、工作寿命长的特点。 2 电容式接近开关介绍 电容式接近开关属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数ε发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。被这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn（Sn为电容式接近开关的标准检测距离）的位置动作。这里选用的是浙江省洞头县光电开关厂生产的CLG型M18×70标准结构的开关。它的外型图与尺寸标示图分别如图1与图2所示。 图1 CLG型M18×70电容式接近开关外型图 图2CLG型M18×70标准结构开关外部尺寸图

操作参数如表1所示。 部分常用材料介电常数如表2所示。

3系统组成及设计过程 系统组成框图如图3所示，从框图可以看出控制信号的流程：当人或其它物体接近电容式接近开关时，等效电容的容量值会发生变化，从而改变LC振荡器的振荡频率，F/V电路将LC振荡器输出的频率量转化成电压量后，交给信号处理电路，该部分将电压信号进行一系列的处理（包括：放大、整形等）后传给开关量变换电路，开关量转换电路实际上是A/D 转换器，它将模拟电压转换为数字量，水龙头控制电路由开关量转换电路的输出量控制，它产生控制信号控制水龙头的开与关。本系统设计成当人接近水龙头一定距离时，水龙头自动开启，离开一定距离后水龙头自动关闭。 图3 控制系统组成框图 3．1 部分关键电路介绍振荡电路与F/V变换电路及信号处理部分 连线图如图4所示，由555定时器组成的振荡器，它的振荡频率为：f=1/0．69*（R1+2*R2）*（C//CT），C就是电容式接近开关的等效电容值，CT为频率调节电容，通过C的变化从而使振荡频率变化，将此种变化传给F/V电路，引起F/V电路的输出电压变化。由锁相环CD4046组成的F/V变换电路将频率值变成电压值后，经精密运放OP-07线性放大后输入到开关量转换器（A/D转换器）的输入端。 图4 振荡电路与F/V部分及信号处理电路连线图 A/D转换器将模拟信号转换成数字信号后，输入到水龙头控制电路的输入端，由水龙水控制电路控制水龙头的开与关，这些电路简单，这里限于篇幅，不作介绍。 3．2 系统安装要求 安装要求示意图如图5所示，图中S1表示检测面与支架的间距，要求≥1Sn，S2表示检测

开关电容滤波器的设计

开关电容低通滤波器的设计原理分析 为了滤除信号中掺杂的高频噪声，设计一种六阶级联式开关电容低通滤波器，以数据采样技术代替传统有源RC滤波器中的大电阻，有利于电路的大规模集成。滤波器由双二阶子电路级联而成，电路中的电容值利用动态定标技术计算确定。用Hspice进行仿真验证，结果表明：开关电容低通滤波器能较好地时信号进行整形，其频率特性符合设计指标。 滤波技术是信号分析和处理中的重要分支，它的作用是从接收到的信号中提取有用的信息，抑制或消除无用的或有害的干扰信号，有助于提高信号完整度和系统稳定性。滤波器正是采用滤波技术的具有一定传输选择性的信号处理装置。随着现代集成电路技术和MOS工艺的飞速发展，模拟集成滤波器的实现已经成为现代工业的一个重大课题，也是当今国际上的前沿课题。 传统的连续时间模拟滤波器采用有源RC结构，能够应用到较高的频率，但是电路中多采用大电容和大电阻，在集成电路制造时会占用大量的芯片面积。在现代集成电路工艺中，很难得到精确的电阻值和电容值，而且电阻值随温度变化很大，精度只能达到30%。 1972年，美国科学家Fried发表了用开关和电容模拟电阻R的论文，由此开关电容技术成为模拟集成滤波器设计中常用的方法。开关电容滤波器是由运算放大器、电容器和MOS 开关组成的有源开关电容网络，以数据采样技术代替大电阻，减小了芯片的面积和功耗，且电路的极点和时间常数由电容的比值确定，可实现高精度的模拟集成滤波器。本文设计一种开关电容低通滤波器，用于滤除有用信号中掺杂的高频噪声。 1 开关电容技术的原理 图1中的开关电容等效电阻电路由两个独立的电压源V1、V2，两个受控开关S1、S2和电容C组成。开关S1和S2受两相不交叠的时钟φ1和φ2控制，时钟频率均为fs。

旁路电容使用和选择

简介 旁路电容常见于电子设备的每个工作部分。大多数工程师都知道要对系统、电路甚至每个芯片进行旁路。很多时候我们选择旁路电容是根据过往的设计经验而没有针对具体电路进行优化。本应用指南旨在对看似简单的旁路电容的设计思路进行探讨。在分析为什么要使用旁路电容之后，我们会介绍有关电容基础知识、等效电路、电介质所用材料和电容类型。 接下来对旁路电容的主要功能和使用场合进行区分。与仅工作在高频的电路不同，会产生大尖峰电流的电路有不同的旁路需求。另外还会讨论一些有针对性的问题，如,运用多个旁路电容以及电路板布局的重要性。 最后，我们给出了四个具体的示例。这四个例子涉及了高、低电流和高、低频率。 为什么要使用旁路电容 非常常见（和相当令人痛心）的是用面包板搭建一个理想配置电路时，经常会遇到电路运行不稳定或者根本就不能运行的情况（见图1）。来自电源、内部IC 电路或邻近IC 的噪声可能被耦合进电路。连接导线和电路连接起到了天线的作用而电源电压产生变化，电流随之不稳定。 图2所示为通过示波器所观察到的电源引脚上的信号波形。 . 图2. 示波器所观察到的同相放大器直流电源引脚的波形 我们可以看到，直流电压附近有很多高频噪音(约10mV P-P ) 。此外，还有之前提到的幅度超出50mVr 的周期性电压脉冲。因假定电源为稳定值（恒定为直流电压），那么任何干扰都将被直接耦合到电路并可能因此导致电路不稳定。 电源的第一道抗噪防线是旁路电容。通过储存电荷抑制电压降并在有电压尖峰产生时放电，旁路电容消除了电源电压的波动。旁路电容为电源建立了一个对地低阻抗通道，在很宽频率范围内都可具有上述抗噪功能。 要选择最合适的旁路电容，我们要先回答四个问题： 1、需要多大容值的旁路电容 2、如何放置旁路电容以使其产生最大功效 3、要使我们所设计的电路/系统要工作在最佳状态， 应选择何种类型的旁路电容？ 4、隐含的第四个问题----所用旁路电容采用什么样的封装最合适？（这取决于电容大小、电路板空间以及所选电容的类型。） 其中第二个问题最容易回答，旁边电容应尽可能靠近每个芯片电源引脚来放置。距离电源引脚越远就等同于增加串联电感，这样会降低旁路电容的自谐振频率（使有效带宽降低）。 图1. 同相放大器实验电路板(A V =2) 1 注：这类器件对静电放电比较敏感；请遵守正确的IC 操作规程。 1-888-INTERSIL 或1-888-468-3774|Intersil (和设计)是Intersil Americas Inc 的注册商标。 版权 ? Intersil Americas Inc . 2008，本公司保留一切权利。 文中提到的所有其它商标均归其持有者个人所有。

1.04_曹文静_反激式开关电容PWM直流变换器_6

非隔离反激式开关电容PWM直流变换器 曹文静金科阮新波 (南京航空航天大学，江苏 南京 210016) Non-Isolated Flyback Switching Capacitor PWM DC-DC Converter CAO Wenjing, JIN Ke, RUAN Xinbo (Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: This paper proposes a novel non-isolated flyback switching capacitor PWM DC-DC converter. The converter is a combination of a switching capacitor converter and a traditional PWM DC-DC converter, and it has the following advantages: 1) Zero voltage switching of all the MOSFETs. 2) The transformer leakage inductor and the blocking capacitor resonate to reach the soft-switching of the switches. 3) Its efficiency is not sensitive to leakage inductor, so that the ordinary discrete transformer which is easy to install can be used to save the cost. 4) Single phase option makes it more flexible. A single-phase 700kHz 1.2V/35A output POL prototype was built to verify the analysis. 摘要：本文介绍了一种非隔离反激式开关电容PWM直流变换器，该变换器是开关电容变换器和传统的调压直流变换器的结合，具有如下优点：1）开关管的零电压开关(Zero-voltage-switching, ZVS)；2）变压器漏感与隔直电容谐振，实现开关管的软开关；3）变压器漏感对效率的影响小，可以使用常规的分立式变压器，节约成本且易于安装；4）变换器是单相的，结构简单，应用灵活。在理论分析的基础上，搭建了一台单相700kHz 1.2V/35A POL原理样机验证了理论分析的正确性。 关键词：开关电容变换器调压变换器漏感零电压开关1. 引言 新一代的计算机和通讯设备，采用开放式结构，用模块化的方法处理信号、数据和功率。这使得分布式电源系统(Distributed power systems, DPS) 的应用成为必然。互联网的广泛普及需要更先进的、高品质和更可靠的能源网络作为基础设施的支持，自然需要采取分布式发电、配电以及电能调节的方式。未来的电能处理系统在实际操作上应该全部都是通过功率变换装置将电力负载连接到电源。先进的功率处理系统应当具备可控、可重构的特点，可以在通讯、计算机、互联网基础设施、汽车、航空等领域应用。并且 国家自然科学基金（51007038）资助项目；台达环境与教育基金会《电 力电子科教发展计划》资助项目。能够实现从给定的源变换到所需形式的电能，提供给相应的负载。 随着信息产业的快速发展，高效率高动态特性负载点(Point-of-load, POL)变换器得到了越来越多的应用。例如给CPU供电的VRM就是一种特殊的POL 变换器。随着计算机和通讯技术的快速发展，目前CPU的工作电压降低到1V，甚至1V以下，且动态电流上升率达到2A/ns[1]。高功率密度和高效率是当今DC/DC模块的主要目标。 增大开关频率可以增大控制带宽，减少输出滤波电容的数量。然而，目前广泛运用的传统多相Buck 变换器在高频工作时存在开关损耗大、驱动损耗大、SR体二极管损耗大等严重的缺点[2-8]。 文献[9]-[10]提出了自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器，如图1所示。与传统两相Buck变换器相比，它具有以下优点：1)功率管的零电压开关； 2)消除了SR驱动器，降低了成本；3)不需要调节死区时间，减小了SR体二极管导通损耗；4) 增大占空比，减小了主开关管关断损耗和SR体二极管的反向恢复损耗。与Buck相比，自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器可以实现更高效率的电能转换。然而，该变换器具有以下缺点：1) 必须两相工作，环流损 图1 自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器

开关电源设计技巧连载十六：推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算

开关电源设计技巧连载十六：推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 1-8-1-3．推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 图1-33中，储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算，与图1-2的串联式开关电源中储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算方法很相似。 根据图1-33和图1-34，我们把整流输出电压uo和LC滤波电路的电压uc、电流iL画出如图1-35，以便用来计算推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容的参数。 图1-35-a）是整流输出电压uo的波形图。实线表示控制开关K1接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形；虚线表示控制开关K2接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形。Up表示整流输出峰值电压（正激输出电压），Up-表示整流输出最低电压（反激输出电压），Ua表示整流输出电压的平均值。 图1-35-b）是滤波电容器两端电压的波形图，或滤波电路输出电压的波形图。Uo表示输出电压，或滤波电容器两端电压的平均值；ΔUc表示电容充电电压增量，2ΔUc等于输出电压纹波。

1-8-1-3-1．推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 在图1-33中，当控制开关K1接通时，输入电压Ui通过控制开关K1加到开关变压器线圈N1绕组的两端，在控制开关K1接通Ton期间，开关变压器线圈N3绕组输出一个幅度为Up（半波平均值）的正激电压uo，然后加到储能滤波电感L 和储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL 为： 式中：Ui为输入电压，Uo为直流输出电压，即：Uo为滤波电容两端电压uc的平均值。 在此顺便说明：由于电容两端的电压变化增量ΔU相对于输出电压Uo来说非常小，为了简单，我们这里把Uo当成常量来处理。 对（1-136）式进行积分得：

常用的接近开关应用简介

建议删除该贴!!| 收藏| 回复| 2008-08-08 09:57:08 楼主 一、性能特点 在各类开关中，有一种对接近它的物体有感知能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。 二、种类 因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种： 1．涡流式接近开关 这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 2．电容式接近开关 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 3．霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 4．光电式接近开关 利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 5．热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 6．其它型式的接近开关 当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。 三、主要用途 接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。 四、选用注意事项 在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。则应选用电容式接近开关。这种开关的响应频率低，但稳定性好。安装时应考虑环境因素的影响。若被物为导磁材料或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物

开关电容滤波器的设计与应用

开关电容滤波器的设计与应用 吴　猛 (中国兵器工业第214研究所　蚌埠　233042) 摘　要　本文介绍了开关电容滤波器的结构与工作原理,并对美国L I N E AR 公司开关电容滤波器器件LTC1068系列具体应用做了介绍。 关键词　开关电容　滤波器 1　引　言 开关电容滤波器是利用开关电容网络构成的滤波器,它的出现促进了有源滤波器的集成化,随着集成电路制造工艺水平的提高,集成开关电容 滤波器的尺寸变得越来越小,设计也越来越简单,已大量运用到通讯及其他数字化系统。目前,国际市场上开关电容滤波器件主要是美国MAX I M 和L I N E AR 公司生产的MAX29X 和LT C1068系列。本文将介绍L I N EAR 公司LT C1068 的原 图1　LTC1068结构图 第23卷第4期2005年12月 集成电路通讯 J ICH EN GD I ANLU TON GXUN Vol .23　No .4 Dec .2005

理及应用。 2　LTC1068电路结构 美国L I N E AR公司的LTC1068系列是低噪 声、高精度的通用滤波器组合模块,由4个相同的2阶开关电容滤波器单元组成。内部结构如图1所示: LT C1068系列芯片之间差别仅仅是时钟频率与中心频率之比(f CLK /f O)不同,单块芯片可以被设计成2阶、4阶或8阶滤波器。L I N ERA公司 的开关电容滤波器按固定标称比f CLK /f O而设计。 多数应用场合设计滤波器要求不同的f CLK /f O,可通过用外部电阻和不同的连接方式加以解决。 3　引脚功能及技术特点 3.1　引脚排列 引脚排列如图2所示 : 图2　LTC1068引脚图3.2　引脚功能 LTC1068引脚功能如表1所示: 表1　LTC1068引脚功能 引脚序号符　号功 能引脚序号符　号功 能1I N VB信号反相输入端28I N VC信号反相输入端 2HP B/NB信号高通输入端27HPC/NC信号高通输入端 3BP B信号带通输入端26BPC信号带通输入端 4LP B信号低通输入端25LPC信号低通输入端 5S B求和端24SC求和端 6NC空脚23V-负电源 7AG ND数字地22NC空脚 8V+正电源21CLK时钟信号输入端 9NC空脚20NC空脚 10S A求和端19S D求和端 11LP A信号低通输入端18LP D信号低通输入端 12BP A信号带通输入端17BP D信号带通输入端 13HP A/NA信号高通输入端16HP D/ND信号高通输入端 14I N VA信号反相输入端15I N VD信号反相输入端 3.3　技术特点 a.工作电压可选择双电源±5V,单电源5V 或3.3V; b.2阶滤波器中心频率误差±0.3%(典型 13 　第23卷第4期 集成电路通讯

如何选择和计算滤波电容

如何选择和计算滤波电容 问：在电路设计过程中,要用电容来进行滤波.有时要用电解电容,有时要陶瓷电容.有时两种均要用到.我想问一下:用电解电容的作用是什么?用普通陶瓷电容的作用是什么?如何计算其容量的???对于电解电容的耐压又该如何选择确定? 哪些情况用电解电容,哪些情况下用陶瓷电容,哪些情况下两种均要用? ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 答： ----- 滤波电容范围太广了，这里简单说说电源旁路（去藕）电容。 滤波电容的选择要看你是用在局部电源还是全局电源。对局部电源来说就是要起到瞬态供电的作用。为什么要加电容来供电呢？是因为器件对电流的需求随着驱动的需求快速变化（比如DDR controller）,而在高频的范围内讨论，电路的分布参数都要进行考虑。由于分布电感的存在，阻碍了电流的剧烈变化，使得在芯片电源脚上电压降低－－也就是形成了噪声。而且，现在的反馈式电源都有一个反应时间－－也就是要等到电压波动发生了一段时间（通常是ms或者us级）才会做出调整，对于ns 级的电流需求变化来说，这种延迟，也形成了实际的噪声。所以，电容的作用就是要提供一个低感抗（阻抗）的路线，满足电流需求的快速变化。 基于以上的理论，计算电容量就要按照电容能提供电流变化的能量去计算。选择电容的种类，就需要按照它的寄生电感去考虑－－也就是寄生电感要小于电源路径的分布电感。 具体的说明在很多书上都有。提供一个参考书:high speed digital design ch8.2. ------------------------------ 讨论问题必须从本质上出发。首先，可能都知道电容对直流是起隔离作用的，而电感器的作用则相反。所有的都是基于基本原理的。那这时，电容就有了最常见的两个作用。一是用于极间隔离直流，有人也叫作耦合电容，因为它隔离了直流，但要通过交流信号。直流的通路局限在几级间，这样可以简化工作点很复杂的计算，二是滤波。基本上就是这两种。作为耦合，对电容的数值要求不严，只要其阻抗不要太大，从而对信号衰减过大即可。但对于后者，就要求从滤波器的角度出发来考虑，比如输入端的电源滤波，既要求滤除低频（如有工频引起的）噪声，又要滤除高频噪声，故就需要同时使用大电容和小电容。有人会说，有了大电容，还要小的干什么？这是因为大的电容，由于极板和引脚端大，导致电感也大，故对高频不起作用。而小电容则刚好相反。巨细据此可以确定电容量。而对于耐压，任何时候都必须满足，否则，就会爆炸，即使对于非电解电容，有时不爆炸，其性能也有所下降。讲起来，太多了，先谈这么多。 --------------------- 都是滤波的作用，铝电解电容容量比较大，主要用于虑除低频干扰。容量大约为1mA电流对应2～3μf，如过要求高的时候可以1mA对应5～6μf。无极性电容用于虑除高频信号。单独使用的时候大部分是去藕用的。有时可以与电解电容并联使用。陶瓷电容的高频特性比较好，但是在某个频率（大约是6MHz记不太清了）是容量下降的很快。 ---------- 电容的寄生电感主要包括内部结构决定的电感和引线电感。电解电容的寄生电感主要由内部结构决定。印象中铝电解电容在20～30k以上就表现除明显的电感特性。钽电容在1MHz 左右。陶瓷电容的高频特性就好很多。但是陶瓷电容有压电效应，不适于音频放大电路的输入和输出。

矩阵变换器研究综述

矩阵变换器研究综述 1 引言 随着电力电子技术的迅速发展，交-交变频器在传动系统中已经得到了广泛的应用，但也存在一些固有的缺陷，因此研究新型的既有优良控制性能和输入电流品质而又成本低、结构紧凑、性能可靠的交-交变频器已成为当前的发展趋势。 矩阵式变换器是一种直接交-交变频器，与传统的自然换流变频器相比，具有以下优点: l 无中间直流环节，结构紧凑，体积小，效率高，便于实现模块化; l 无需较大的滤波电容，动态响应快; l 能够实现能量双向流动, 便于电动机实现四象限运行; l 控制自由度大,输出电压幅值和频率范围连续可调; l 输入功率因数可控，带任何负载时都能使功率因数为1.0; l 输出电压和输入电流的低次谐波含量较小; l 实现功率集成后能够改善变换器内部的电磁兼容性，其输出的pwm电压和输入功率因数可调的特点能够改善电动机、变换器与电源之间的电磁兼容性[1]。 矩阵变换器的原理在80年代被提出，由于具有性能优良的潜在优势，越来越引起人们的重视，有逐步取代交-直-交变频器、周波变流器的趋势[2]。特别是它具有本身不产生谐波污染的同时,能够对电网进行无功补偿的能力，其总体性能高于其它变换器。在日益关注可持续发展问题，大力推行电力环保、绿色电源的今天，研究与开发矩阵式变换器特别具有现实意义。 矩阵变换器的关键技术主要包括:主回路的拓扑结构和工作原理、安全换流技术、调制策略和保护电路设计等，下面就这些关键技术的研究进行一一介绍。

2 主回路拓扑结构和工作原理 矩阵变换器的名称来源于它的矩阵状拓扑结构。一个m相输入、n相输出的矩阵变换器，由m×n个双向开关组成，它们排列成矩阵形状，分单级和双级两种。 图1 单级矩阵变换器拓朴结构 2.1 单级矩阵变换器 常规的矩阵变换器是一种单级交-交变换器(见图1)，其结构简单，可控性强，但存在以下缺陷: l 最大电压增益为0.866，并且与控制算法无关; l 主电路的9个双向开关存在控制和保护问题，应采用安全换流技术; l 必须采用复杂的pwm控制和保护策略，同时要求复杂的箝位保护电路。 单级矩阵变换器的理论和控制技术得到了飞速的发展，但仍然停留在实验阶段，而不能在工业中推广应用，原因在于: l 其控制策略复杂，计算量大; l 四步换流法增加了控制的难度, 降低了系统的可靠性; l 开关数量多，系统成本过高[3,4]。

开关电源中如何正确选择滤波电容(

开关电源中如何正确选择滤波电容(2009-05-22 16:00:29)转载标签：开关电源明纬电源开关电源厂杂谈分类：开关电源 滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。 50Hz工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。 普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。 由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段，用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子，提高了电容器承受大电流的能力。