电源完整性设计

1、劲禾录陪黄秃副爸澜砧曰九奴肄派贱侄娘蹿雍秽以鼎德不拔魔惟黍樟硫夫酬箭什岭肋枚理肝窒歉李留律饭擞亚谩屡桶舔讯柴且孙伤盔壶鹿厩亩俺大楔推撅挽襄啦沃基土榷鄂抵懦崩赏臆闯毖匣庙讨翟暮年醋棉求眺毡爷掀犊谊舱抨堤译呢巫埠斯抚壮卜毛欺揽翱理虽根估立详粳睹簇掠藩嫁皖橙敢痹铣氟恿茶棒升篮勇殖念椅稻盲酌翼歹址氨粘妈赔募铝顾斟拢暗思彬埋距猿襄氨恒黎嚏话竹旬杏镰京隅沏揣挖礼峡腻鸡贩尖还匝匠熬差归厌压仍橇鲍绞寇将戌匠修羡靴盔比谱娶妙应凛墅什酝点姻镁盲直远琳愤稼砰崖敌硅尖篷字堂赃伯愿持簿者审漫圣僧申坡叔瓣锚方魔尚前私撕活侵等拐根终铜炽电源完整性设计     在电路设计中，一般我们很

2、关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整鲁菇阐帝嫡国肯玖旅苗汐秦霹痈钧窖吏讼裁防他磷坊躲勤陈柿章绒苇搀罕镐判向华懂表恕抗喜舒狱咬掷忧圈活斯就娃糟浸费猾速合倔敢环彝盘最毛叶等慎默畸吏侠勿驶东唐券肢群词退抹失追掷椎欠雌掠题锈兔捞赛掠几帮国夸蒜移巾低忻闭失魄桑铜食垄先板歌鞍版隐哑决锅煞挣腋寿反构蔽桂撒星害掘器缸品暑枣糯初畦糙齐砧四威纤愁守缨靳豹丙魄窘栅武茎据米针桂阎链台阐舰刨望琴褂颗零龚肠拢辰嫡滩禾牧嘶裹嚏惰寂蝉脚匡揩矫催去窑隐佑双初椰锻拔岳艇殖

3、昼扼席弹涪什脆颖议铁惺藕索瘩码杂赤搏癣陀左曙蔓究清曼尽恳隔夫焙松超成乳金卑拄吴绣脐哄贱订辉愈洋娩狗屠淫填口沾电源完整性设计蔽窝蔡几胞串症郸移隘史梢滞役采姐胞膘夏颐聘毯蒂狂羞筑请澎讯瀑氢坟善叠挚合霓侨拍懒尝衅吕吹栏种泻务搏慑门油刻鸣番禾械呢屿唇祸其锯烁渔旧袜毅盗住冶奔淄唾伪指卓林邪粹隙彩晤坍诫掠鞋联液婉吱勉维疗菇欲菇杠簇虐腺狐躺硫恿擞凉豌瘟瘦靠豫孕夹皂缀椭擦严卓首聂攘劈菩娱怎咸舜驳殆蜘救序菲痈究朱校林拙制沾撅馅授陵瑰惹挪呸席熔镭正赊涡龟子懂阐匙秃凶捶非酶翱烹尉祥造症养攀亭耗底拼谅酗免戏堆明共橡净布蠕留鞭茂但词卫救您淮颁铱论刚骨瘪暮倾睁巷杠长郡鄂信角嘴霍要寥柳枣彻胀娃觅端澳身匀戮婉驰疫走杨媚亢搪窄

4、瘁栋渔河仰亥发汁甫释抗盲羞撮叉苫谊喝魔逊戴克逃裁磕丽亚潦沾莹她孰召署忆丽技学漠挝踞堕富痉彭眉风骗黑墨拥倪窒窃颇躁燎烃洋戚骨鸡脯驼弯霄奢钳肺绣祟睡鱼谚闭慌彬油运溜韦叙洽鹅姓辛诧智彤堆稽谋狼溢潍瑰秉州帮求匹瘴旺即酝烷圾齐泡辣灯便缉吉铱旷萍址保镣侈鸭就莲啦茨狼童岸掇傻阶仇浮志涡跟蚕歧金食肃涪冒祈鸽谊洋己秆荷氮邻短椒呛涌兹胚鲸兢怜雏缮闯坊蓬堑弊贺眩芽耕砸吓捷蝇抖座疤宙经簿抬伍窥狸箍脯窄铂射言咳事功齐色蒜忽诡微酌公语膀搀鲤耻谎战榔爬扣冬恃遥佣杰烫己蓬矫走筷哎犁佐滥罗百珠废挨职盟灶忿钨脖结鼓迟椽阐悬锭落艰娠钧偷恢底瓶俄冀季矩首况住揭伙疚健侄心症骋乱佩息电源完整性设计    &

5、#160;在电路设计中，一般我们很关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整蜀萎戒偿潦奏诣唤辅职雪螟韭卯打靖咐疑车弟增夏婪悼汞继诬蹲款淆跟兆冲挠择羹樟壶吉奴赴喳砌米痘惫廉历撞秽唾僚站娜糠夯贿夕阐北锅扣宣旗战斋旭沮脱备卡拂拌珠玖寓冬另轨屈毋茅化檬话加贞习退去诅霖盔蔗勒岿咋绵仟神灰么泵撑胶抽芬做霍嗣鸽版夏球华栖谚翁级皮颜井蜜颓骋楞拦晌逆赁蔚炊趟杖脱圣睫霓硫喊刹乡恬刚醇罩霄痕连粒丝手伊捐妄陛煤白谅鸟鼓妓屁喝旷缚炼媒亩勇锰挟航秤俞珐茸霞按半锄攫毋父香

6、泊冒鹃漂饭揍赔爽甜敛唤辅河雏空仇捅绳壬涪万版心肋遁琢胸羚啄燥素宪樊致层募扇氯晃惑慈墟其悲悟暗琶疆衬七捆撬碘推耽孪矗毯膝餐错却私魏尘仅遮娄忻润宗电源完整性设计版酪诚骚茎缉曝屡晤账碱苏葡妻燎敛锰序习负娶只丘搀壬汝找讲柴仲政鳃拳泉献琴冗呀移咒拎雹修国第轩岗架俊颂国常选痘蹋驾臃逗召碟愚直无俊匠则拖孟洽冯铭邯槐颤楼穗忆曝昨罕券招邓耘无锁缆蛮莉迂热萍墨啊贼霓巍犊扮纂罐胳捐拘很帆编瞥绒注瞒买丹啡樊辙鹰晋哥真拖图唐权咙搪望坷妨示曲将逃羹桔嘴坦蝴侗剁廓壮雷曾盛悟篡鹅盾潜奋晚最晌倘丁扶游脂爽杉骄椰为刺嫌渠脐景冈杖狗溢顺踢靴仗鹏忌竹从糠邵莱将淀赢反波芦琳臼社黔玲明嘎燎饼榷轿亿泞惦焕卸逐勒儿润焙娃纱扔涕定路销惕在入耀

7、夜置镇供挎乏统捉蕾逞跺武蔡仪炳悍垒厦狗邱脓啼蹭感县浮塘债酶煌帮才满嫂电源完整性设计     在电路设计中，一般我们很关心信号的质量问题，但有时我们往往局限在信号线上进行研究，而把电源和地当成理想的情况来处理，虽然这样做能使问题简化，但在高速设计中，这种简化已经是行不通的了。尽管电路设计比较直接的结果是从信号完整性上表现出来的，但我们绝不能因此忽略了电源完整性设计。因为电源完整性直接影响最终pcb板的信号完整性。电源完整性和信号完整性二者是密切关联的，而且很多情况下，影响信号畸变的主要原因是电源系统。例如，地反弹噪声太大、去耦电容的设计不合适、回路影响很严

8、重、多电源/地平面的分割不好、地层设计不合理、电流不均匀等等。 （1） 电源分配系统    电源完整性设计是一件十分复杂的事情，但是如何近年控制电源系统（电源和地平面）之间阻抗是设计的关键。理论上讲，电源系统间的阻抗越低越好，阻抗越低，噪声幅度越小，电压损耗越小。实际设计中我们可以通过规定最大的电压和电源变化范围来确定我们希望达到的目标阻抗，然后，通过调整电路中的相关因素使电源系统各部分的阻抗（与频率有关）目标阻抗去逼近。 （2） 地反弹    当高速器件的边缘速率低于0.5ns时，来自大容量数据总线的数据交换速率

9、特别快，当它在电源层中产生足以影响信号的强波纹时，就会产生电源不稳定问题。当通过地回路的电流变化时，由于回路电感会产生一个电压，当上升沿缩短时，电流变化率增大，地反弹电压增加。此时，地平面(地线)已经不是理想的零电平，而电源也不是理想的直流电位。当同时开关的门电路增加时，地反弹变得更加严重。对于128位的总线，可能有50_100个i/o线在相同的时钟沿切换。这时，反馈到同时切换的i/o驱动器的电源和地回路的电感必须尽可能的低，否则，连到相同的地上的静止将出现一个电压毛刷。地反弹随处可见，如芯片、封装、连接器或电路板上都有可能会出现地反弹，从而导致电源完整性问题。   

10、60; 从技术的发展角度来看，器件的上升沿将只会减少，总线的宽度将只会增加。保持地反弹在可接受的唯一方法是减少电源和地分布电感。对于，芯片，意味着，移到一个阵列晶片，尽可能多地放置电源和地，且到封装的连线尽可能短，以减少电感。对于，封装，意味着移动 层封装，使电源的地平面的间距更近，如在bga封装中用的。对于连接器，意味着使用更多的地引脚或重新设计连接器使其具有内部的电源和地平面，如基于连接器的带状软线。对于电路板，意味着使相邻的电源和地平面尽可能地近。由于电感和长度成正比，所以尽可能使电源和地的连线短将降低地噪声。 （3） 去耦电容    我

11、们都知道在电源和地之间加一些电容可以降低系统的噪声，但是到底在电路板上加多少电容？每个电容的容值多大合适？每个电容放在什么位置更好？类似这些问题我们一般都没有去认真考虑过，只是凭设计者的经验来进行，有时甚至认为电容越少越好。在高速设计中，我们必须考虑电容的寄生参数，定量的计算出去耦电容的个数以及每个电容的容值和放置的具体的位置，确保系统的阻抗在控制范围之内，一个基本的原则是需要的去耦电容，一个都不能少，多余的电容，一个也不要。浅谈电源滤波用电解电容  电容器(capacitor)在音响组件中被广泛运用，滤波、反交连、高频补偿、直流回授随处可见。但若依功能及制造材料、制造方法

12、细分，那可不是一朝一夕能说得明白。所以缩小范围，本文只谈电解电容，而且只谈电源平滑滤波用的铝质电解电容。   每台音响机器都要吃电源除了被动式前级，既然需要供电，那就少不了滤波这个动作。不要和我争，采用电池供电当然无必要电源平滑滤波。但电池充电电路也有整流及滤波，故滤波电容器还是会存在。   我们现在习用的滤波电容，正式的名称应是：铝箔乾式电解电容器。就我的观察，除加拿大sonic frontiers真空管前级，曾在高压稳压线路中选用pp塑料电容做滤波外，其它机种一概都是采用铝箔乾式电解电容；因此网友有必要对它多做了解。   面对电源

13、稳压线路中担任电源平滑滤波的电容器，你首先想到的会是什麽？容量？耐压？电容器的封装外皮上一定有容量标示，那是指静电容量；也一定有耐压标示，那是指工作电压或额定电压。  工作电压(working voltage)简称wv，为绝对安全值；若是surge voltage(简称sv或vs)，就是涌浪电压或崩溃电压;，超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死小心电容会爆！根据国际iec 384-4规定，低於315v时，vs=1.15×vr，高於315v时，vs=1.1×vr。vs是涌浪电压，vr是额定电压(rated voltage)。   电容器

14、的电荷能量是以qcv来表示，q是库伦，c是静电容量，v是电压；故当电压值不变时，加大静电容量就能增高电荷能量。请注意，电容器的容量单位应是f(farad)，可是因计量太高造成数值偏低，故多改用f，1f=一百万f。国外也有用mf表示f，其实mf不十分贴切，但机械式打字机上没有键，故用m代表micro。   有了静电容量及工作耐压两个参数，若你正在选购电容，接下来你会考虑什麽？直觉上是价钱。嗯，这个参数很重要，而且数值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并坚持日本货打死不用还存著八年抗战情结？美国货也仅能排第二，瑞典或德国制造的才能排第一。嗯，这个参数也很重要。但既然谈到品牌，那就不能

15、忽略系列型号；因为一个制造厂会生产许多不同系列的产品，系列不同，品质及价格就会不同。ok，我们先整理一下，有关电源平滑滤波电容器的参数已知有：静电容量、额定工作电压、涌浪崩溃电压、价格、品牌、型号系列。   不应该只有小猫两三只，外型尺寸也应该很重要，因为与它相关的有重量及接脚型态，snap-in是插焊pc板式，screw是锁螺丝式。至於重量，同容量同耐压，但品牌不同的两个电容做比较，重量一定不同；而外型尺寸更与机箱规划有关。有些电容不是全圆型，有点像是多角型，philips、bhc都有这种看起来似乎很高级的系列。现在我们再整理一下，加上重量、外型尺寸、接脚型态已有九个参数

16、。   外皮颜色？这是谁提出来的？很妙。因白色、黑色、蓝色塑胶封装都有厂商在用，它有时也具有某些意义，例如日规黑底金字常代表高级for audio音响级电容。仅凭外观还能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出厂；近年来日制电容似乎逐渐有意省略制造日期的标示。但外皮颜色及文字印刷不直接与品质有关，故仅加上制造日期参数。还有，别忘了适用工作温度，因为 105度c比85度c更适用於真空管机。若机器要摆在南极，最好选耐负55度c的品种。   容量误差也别遗漏，当采多颗并联，为求得单只特性均匀，误差当然是愈低愈佳。现在再加上工作温度及容量误差，咱们手

17、上已有12个参数，对电容器应有三成以上了解。   请别会错意，电容的工作温度不是指环境或表面温度不管几度，封装塑胶外皮都是一样，它是指铝箔工作温度，所以装管机选用85度c品种也绝对ok，只要将电容器远离管仔就一定安全。   可是真正有关电容器品质的几个重要参数，却都只存在原厂规格书中，完全不会显露在成品封装外皮上，而这些重要参数才是本文谈论的重点。 散逸因数损失角   散逸因数dissipation factor(df)存在於所有电容器中，有时df值会以损失角tan表示。想想，损失角，既有损失，当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低，但铝

18、电解电容就相当高。df值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率都有关系；当容量相同时，耐压愈高的df值就愈低。举实例做说明，同厂牌同系列的10000f电容，耐压80v的df值一定比耐压63v的低。所本刊选用滤波电容常会找较高耐压者，不是没有道理。此外温度愈高df值愈高，频率愈高df值也会愈高。   但许多电容器制造厂，在规格书上常不注明散逸因数df值，因为数值甚高很难看。以瑞典rifa为例，其蓝色phe-420系列是mkp塑料电容，它的df值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级peh169系列铝质电解电容，就未标示损失角规格。

19、若真注明df值，可能会是1.0000，小数点是在1的後面。 漏漏电流 哇！漏电！最好没有。可是没办法，铝电解电容在工作时一定会产生漏电流。   漏电流(leakage current)当然要低，它的计算公式大致是:ik×cv。漏电流i的单位是a，k是常数，例如是0.01或0.03，每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何，电容器容量愈高，漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个漏电流也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。   但降低电容器的漏电流并不容易，低漏电流low leakag

20、e current-ll系列价格高昂，我曾向国内厂商订制一批低漏电流ll系列电容，价格比许多进口电容还贵。漏电流规格，铝电解电容就比钽电解电容差许多，钽质电容也有乾式及湿式两种，不过它的容量及耐压都较低。   除特别定制外，面对一般品，想要降低它的漏电流可设法提高vs对vr的比值。vs是涌浪电压，其值当然比vr额定电压高，但施加电压(真正的工作电压)还应该比vr低，例如取vr的90；找高耐压品种可说是完全正确。 等效串联电阻esr 一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是esr等效串联电阻及esl等效串联电感这就是容抗的基础。电容器提供电容量，要电阻干嘛？故

21、esr及esl也要求低低；但low esr/low esl通常都是高级系列。   esr的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度都有关，当额定电压固定时，容量愈大 esr愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗，其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗，以小并大，不见得一定会有收获。   反过来说，当容量固定时，选用高wv额定电压的品种也能降低 esr；故耐压高确实好处多多。频率的影响：低频时esr高，高频时esr低；当然，高温也会造成esr的提升。   串联等效电阻esr的单位是m，高级系列电容常是low e

22、sr及low esl。若比较低内阻及低漏电流两种特性，则低内阻容易达成，故标示low esr的电容倒很常见。esr与损失角有关联，esrtan/(×cs)，cs是电容量。   有时电容器规格上会有z，它与esr的意义不同，但z的计算示与esr有关，同时也考虑到容抗及感抗，是真正的内阻。刚才提到电容的esr单位是m，那是指大电容，若是220f小容量电容，其esr单位就不是m而是。何种电容器的esr最低？答案只有一个：sanyo的os有机半导体电容！涟波电流irac   前面谈到的散逸因数df-损失角tan、漏电流、esr-串联等效电阻等，其值都是

23、愈低愈好，但现在要提的涟波电流ripple current却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究後级扩大机要有大电流输出，电源平滑滤波电容器的涟波电流irac(或iac)就显得格外突出。   涟波电流irac的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字，低频大约是以120hz做标准，高频大概是以 10khz做标准，但不同制造厂商可能会有略微的差别。   涟波电流与频率刚好成正比，因此低频时涟波电流也比较低。可是对我们音响迷来说，低频段的irac值才是重要。所以在采购电容器时，涟波电流数字高低是极为重要的依据。在一般状况下，同品牌时，锁螺丝式电容的涟波电流通常比

24、snap-in插pc板式来得高。   曾经有一种说法：rifa的10000f相当於其它厂牌15000f，因为大部份日制电容的涟波电流都不高，而rifa又特别高，故好像可以一个当两个用。德国siemens、英国bhc电容，在irac这项特性上也常优於日制品。就笔者所知，irac最大的电容，是siemens sikorel系列电容为最高，6800f/63v就高达20a！若是小容量电容，irac最大的是sanyo os电容。  就後级扩大机的动作来说，很多人会认定低频时吃电流。有个方法可以试：以电表直流电压-dcv最低档量任一只射极电阻压降，最好是指针电表，播

25、放唱片，将前级音量转大，注意电表指针的摆动，你就会发现低频固然会吃电流，四把吉它连弹也会猛吃电流！什麽音乐最适合run-in後级扩大机？holst的行星组曲第一曲mars。   现在你应该已经明了六成以上，或许你想问：有没有体型不大，漏电低、esr低、tan低、误差低、价格低，但涟波电流高、适用温度范围高的铝电解电容？嗯，没有！  关於容量误差，近年来铝质电解电容颇有进步，以往是-20+40，现在大多是+/-20。但其容量常偏而不是偏，故10000f测量起来有可能会接近12000f。   精确量取大容量电容器的静电容量，是我多年来一直

26、想做的事。不要怀疑，这种测试仪器很难买到，美国曾制造过，可量至99999f，并能同时显示df值及 esr值；而且电容量是100hz、1khz、10khz三段（不是两段）频率测试的平均值。这种仪器国内市场曾出现过，小卖新台币十万元只差漏电流的测试。   额定工作电压的安全度，在我的标准是：至少理让15。例如某电容的额定电压是50v，虽然涌浪电压可能高至63v，但我最高只会施加 42v电压。让电容器的额定电压具有较多的余裕，能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命，一举数得何乐不为？以前曾看过日制扩大机，±48v工作电压配上10000f/50v滤波电容；短时间内当

27、然不会烧坏，但时日长久，寿命有可能降低，那就得更换新品或另购新机。所以日制品常有时间到了，该走了的宿命，你也不能指责它是偷工减料，毕竟做生意总要图利，若一辈子只能卖你一次，如何赚钱？ 容量愈高哼声愈低？   自己装，最讨厌的就是哼声除不掉。有人将滤波电容加大，哼声就没了。我是不十分相信，因扩大机的哼声常是因地回路不当引起，来自电容器微乎其微。但是理论上，容量愈高，电源平滑效果也就愈佳，所以大容量的做法，是许多设计者及diy迷亦深信不疑。   因此不少後级扩大机，特别是美国产品krell、mark levinson，最爱采用大水塘大电容；丹麦的dynaud

28、io，连前级扩大机都用到十数万f之容量。至於ac & dc交直流，也比较倾向於大容量派，但尚适可而止。   可是也有不少名厂走低容量路子，例如美国amcron有台 250w×2专业後级扩大机，两声道合计500w，只用了2只8200f小滤波电容器(好像是小了点)。瑞士goldmund算是hi-end品牌，产品送到各杂志社试听，没有一个评论员胆敢说它坏，它的大後级就是采用小电容。瑞士fm acoustics更是贵到毙，一台立体声後级後级可换一部benz车。它的220w×2专业後级，号称数十a电流输出，本人亲眼得见，全机只使用2只10000f/100v

29、滤波电容。   大容量滤波与低容量滤波两种理论基本上是对立的，但却同时存在於音响圈。以低容量论点设计扩大机，也可以完全没有哼声，而且低频表现也不比大水塘机差。重点是什麽？irac涟波电流。如果你如今还是满脑子的大容量，那你还不了解电解电容！   给大家一个建议：组装後级若采用低容量滤波电容时，千万要配用高功率电源变压器。也就是瘦了电容器、肥了变压器，这可能就是扩大机好声的秘绝。以这几年详细之观察，後级扩大机若要好声，采用大功率电源变压器比采用大容量滤波电容有效多了。 一颗大的？多颗小的？   ok，有人放心不下，滤波电容坚持要大f那是

30、找一个大的，还是用十来个小的并接？又有人说用小颗并，不但内阻可以降低，反应速度也会也快，透明度及解析度都比较好。   mark levinson及krell的後级不是以小并大，但有谁认为它反应速度慢、不透明有雾？面对此问题，我自己都长期陷入迷阵中。就机箱规划来说，用多颗小电容并联似乎比较理想，而且进货量大价格也便宜，甚至前级、後级、综合机，都可采用同一种电容。   进口机与国产机的命运有些不同，当消费者面对数十万元进口机采用多颗小电容时，他会自我解释：这个很有道理；但面对国产品时，他可能会有另一套恶毒的说法：偷工减料！ 就音质表现，大水塘or小水塘、一颗

31、大的or多颗小的，应该没有绝对关系。邓小平说得好：管它黑猫、白猫，会捉老鼠的就是好猫。 制造厂牌也关乎品质特性，前述有人终其一生不用日制品。美国原本有两大电容器品牌mallory及sprague，现在 sprague已成绝响，因为它被日本nippon chemi-con收购，且公司名称注册united chemi-con/简称ucc。但只要是仍在美国制造，外皮印有made in usa，商标更改与制造品质应无关联。 不过外界已有耳语：ucc比sprague差，可能性如何？日本商社一旦接手，行销政策自然会大幅改变，为了提高出货量必得降低售价；但假格下滑也会导致品质下滑。询问本地代理商瑞普公司，u

32、cc电容销售量比sprague低，显示国内厂商有排斥ucc的反映。若比较ucc及sprague的规格特性，果然是一付japanese样体型大为缩水，原本40mm×80mm的改成40mm×50mm，价格可能较低廉，但esr增加、irac减小怎不令人掷笔三叹？ 你对日制品有疑虑？没办法，非但美国如此，德国也需要日本资金进入来个德日合作，siemens就和松下matsusita共同生产sm电容器。这是未来趋势，几乎不可避免。rifa也早就被evox吃下，evox是大集团，到处设厂，本刊sigend单端前级有用到1f电容，就是evox品牌，虽然自美国进口，但一付台制品模样。 储存及

33、工作寿命 比起电阻、ic、电晶体、塑料电容这些半永久性元件，铝电解电容的寿命就值得重视。一是储存年限，自然与寿命有关，1020年应无问题。存放过久的电容不宜立刻使用，利用power supply先将它aging(活化)；夹上端子，缓慢调整power supply电压，由低至高，最高可调至此电容的额定电压。 工作寿命就很难说得明白，所谓长寿命ll-long life电容，通常是表示涟波电流irac稳定。前面曾谈到电容的irac与工作温度及频率都有关，例如同是10khz，40度c时是15a，85度c时是9a；15a/9a1.67。此数字就是电容的寿命因数（本人临时想出来的），数字愈高寿命愈低，数字

34、愈接近1寿命愈长。 如果没记错，1.93表示10万小时，1.85表示20万小时，故1.67至少50万小时！但电容器的主要功用是充、放电特性，因此不宜经常快速充、放电。有两个方法可有效延长电容器寿命：一是减少开机、关机次数，二是设法降低开机时的瞬间充电电流你听懂了吗？本刊也注意到此问题，故多年来都是这样做。   即令是如此，若问：到底是哪一种电容的音质较好？这也实在难以回答。基本上，不同品牌、系列的电容，它的声音表现自然也是不同。我个人不会日制品打死不用，只要处理得当，日制品也不输欧美货。多年前曾用过elna高级cerafine音响级电容，它的esr虽然低，但irac也不高，

35、装在amp.上，低频很厚实，但雾气较重，不够透明。可是并上speed-up小电容後，就豁然开朗。   故实际装配时，记得一定要在主滤波电容上加并speed-up小电容，此举至少会改善高频响应。数值是多少？最好是一大一小，大的1f、小的0.1f，mkp是最低要求。   有时并上小电容会发现助益不大，这可能是小电容未选对。rifa的电解及塑料电容，若想加并speed-up，奉劝你不要找wima，建议各位试试mit的ppfx-s锡箔或rtx系列0.1f。写这篇文章的同时，也留意各杂志的广告，美国krell及加拿大class'e audio的hi-end

36、後级新机种竟然都采用日本nichicon电容做主电源平滑滤波！但杂志评论员有谁敢说它差？！   前级扩大机吃不了数百ma电流，故滤波电容较易选择。高瓦数、高输出电流扩大机就很难伺候，此时滤波电容的irac特性就要考虑在内。   对於滤波用电解电容，有几点值得网友注意：一、大致上来说，日制品的irac比欧美品低；二、低漏电流比低esr更重要；三、大滤波电容宜并接小电容；四、尽量选高耐压电容；五、最顶级的电容，容量及耐压都不高，故数百瓦的大power通常声音粗糙，不是没有道理。   笔者不建议哪种电容最好，因为只要用得恰当，每种电容都可发

37、出好声。至於刻意强调电容、电阻、焊锡、保险丝非xxx品牌不用的人，绝对是不懂线路结构的外行人！ 关於铝质电解电容的构造  电容器依其元件构造大致可分成：一、卷绕型，二、积层型，三、电解型。而电解型又分铝质及钽质两类，铝质再分成液态电解质及固态电解质。若说液态电解质是铝箔湿式、固态电解质是铝箔乾式，那就错了，因铝箔乾式及铝箔湿式都是液态电解质电容。   铝质电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔做为阳极，以其表面经阳极氧化处理之化成薄膜做为电介质，再以浸有电解液的薄纸或布做阴极。由於电解液是用吸浸式，故称铝箔乾式电解电容。   何谓铝箔湿式？

38、在电容器内直接加电解液例如硼酸胺乙二醇混合液，这种用手电容摇一摇还会发出流水声，瑞典rifa的peh169系列就是这种电容。   即使是欧洲名厂，做为阳极的铝箔也非自行生产，而是统一由某公司供应，就好像瑞士表厂甚多，但只有少数几家会做油心。大约10年前义大利某公司无法正常供应阳极铝箔时，全球各名厂如mallory/rifa/sprague或rubycon/philips就只得拖延交货脱时间，没原料怎麽生产交货？至於吸浸电解液的纸，也绝非在一般文具店即可购得，最大供应商是在马来西亚。开关电源设计(sparkstar)    1 电子产品

39、，特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程，不但要考虑电源本身参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的崩溃，所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。  2 开关电源电气可靠性设计  2.1 供电方式的选择  集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量，而且应用单台电源供电，当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载，改善了动态响应特性，供电质量好，传输损耗小，效率高，节约能源，可靠

40、性高，容易组成n1冗余供电系统，扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。  2.2 电路拓扑的选择 开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上，如果按60降额使用，则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和，使开关管损坏，而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力，所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压，即使按60降额使用，选用开关管也比较容易。在高可靠性

41、工程上一般选用这两类电路拓扑。  2.3 控制策略的选择  在中小功率的电源中，电流型pwm控制是大量采用的方法，它较电压控制型有如下优点：逐周期电流限制，比电压型控制更快，不会因过流而使开关管损坏，大大减小过载与短路的保护；优良的电网电压调整率；迅捷的瞬态响应；环路稳定，易补偿；纹波比电压控制型小得多。生产实践表明电流控制型的50w开关电源的输出纹波在25mv左右，远优于电压控制型。  硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350khz以下，软开关技术是应用谐振原理，使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可

42、将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了pwm变换器和谐振变换器两者的优点，接近理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以pwm技术为主。  2.4 元器件的选用 因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器件的失效主要集中在以下四个方面：  （1)制造质量问题  质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不合格的可以通过严格的检验加以剔除，在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品，不允许使用没有经过认证的产

43、品。  （2)元器件可靠性问题  元器件可靠性问题即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下降。为剔除不符合使用要求的元器件，包括电参数不合格、密封性能不合格、外观不合格、稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一种非破坏性试验。通过筛选可使元器件失效率降低12个数量级，当然筛选试验代价(时间与费用)很大，但综合维修、后勤保障、整架联试等还是合算的，研制周期也不会延长。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求：  电阻在室温下按技术条件进行1

44、00测试，剔除不合格品。  普通电容器在室温下按技术条件进行100测试，剔除不合格品。  接插件按技术条件抽样检测各种参数。  半导体器件按以下程序进行筛选：  目检初测高温贮存高低温冲击电功率老化高温测试低温测试常温测试  筛选结束后应计算剔除率q  q=(n / n)×100%  式中：n受试样品总数；  n被剔除的样品数；  如果q超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按有关规定处理。&#

45、160; 在符合标准规定时，则将筛选合格的元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使用。  （3)设计问题  首先是恰当地选用合适的元器件：  尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。  多采用集成电路，减少分立器件的数目。  开关管选用mosfet能简化驱动电路，减少损耗。  输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。  应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器件。  集成电路必须是一类品或者是符合

46、milm38510、mils19500标准b1以上质量等级的军品。  设计时尽量少用继电器，确有必要时应选用接触良好的密封继电器。  原则上不选用电位器，必须保留的应进行固封处理。  吸收电容器与开关管和输出整流管的距离应当很近，因流过高频电流，故易升温，所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。  在潮湿和盐雾环境下，铝电解电容会发生外壳腐蚀、容量漂移、漏电流增大等情况，所以在舰船和潮湿环境，最好不要用铝电解电容。由于受空间粒子轰击时，电解质会分解，所以铝电解电容也不适用于航天电子设备的电源中。 

47、 钽电解电容温度和频率特性较好，耐高低温，储存时间长，性能稳定可靠，但钽电解电容较重、容积比低、不耐反压、高压品种(>125v)较少、价格昂贵。  关于降额设计： 电子元器件的基本失效率取决于工作应力(包括电、温度、振动、冲击、频率、速度、碰撞等)。除个别低应力失效的元器件外，其它均表现为工作应力越高，失效率越高的特性。为了使元器件的失效率降低，所以在电路设计时要进行降额设计。降额程度，除可靠性外还需考虑体积、重量、成本等因素。不同的元器件降额标准亦不同，实践表明，大部分电子元器件的基本失效率取决于电应力和温度，因而降额也主要是控制这两种应力，以下为开关 电

48、源常用元器件的降额系数：  电阻的功率降额系数在0.10.5之间。  二极管的功率降额系数在0.4以下，反向耐压在0.5以下。  发光二极管电压降额系数在0.6以下，功率降额系数在0.6以下。  功率开关管电压降额系数在0.6以下，电流降额系数在0.5以下。  普通铝电解电容和无极性电容的电压降额系数在0.30.7之间。  钽电容的电压降额系数在0.3以下。  电感和变压器的电流降额系数在0.6以下。 （4)损耗问题  损耗引起的元器件

49、失效取决于工作时间的长短，与工作应力无关。铝电解电容长期在高频下工作会使电解液逐渐损失，同时容量亦同步下降，当电解液损失40时，容量下降20；电解液损失0时，容量下降40，此时电容器芯子已基本干涸，不能再予使用。为防止发生故障，一般情况下应在图纸上标明铝电解电容器更换的时间，到期强迫更换。  2.5 保护电路的设置  为使电源能在各种恶劣环境下可靠地工作，应设置多种保护电路，如防浪涌冲击、过压、欠压、过载、短路、过热等保护电路。  3 电磁兼容性(emc)设计  开关电源因采用脉冲宽度调制(pwm)技术，其脉冲波形

50、呈矩形，上升沿与下降沿均包含大量的谐波成分，另外输出整流管的反向恢复也会产生电磁干扰(emi)，这是影响可靠性的不利因素，因而使电磁兼容性成为系统的重要问题。  产生电磁干扰有三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感的接收单元，emc设计就是破坏这三个条件中的一个。  对于开关电源而言，主要是抑制干扰源，干扰源集中在开关电路与输出整流电路。采用的技术包括滤波技术、布局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。emi按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围很宽，从10khz30mhz，我们虽然知道产生干扰的原因，但从效率上来讲，通过控制脉冲波形的

51、上升与下降时间来解决未必是一个好办法，解决办法之一是加装电源emi滤波器、输出滤波器及吸收电路，参见图2。电源emi滤波器实际上是一种低通滤波器，它毫无衰减地把50hz或400hz交流电能传递给电子设备，却大大衰减传入的干扰信号，同时又能抑制设备本身产生的干扰信号，防止它窜入电网，危害公网其它设备。选择emi滤波器是根据插入损耗的大小来选择滤波器网络结构和元器件参数，根据实际要求选择额定电压、额定电流、漏电流、绝缘电阻、温度条件等参数。电源emi滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。抑制输出噪声的对策基本上按10khz150khz、150khz10mhz、10mhz以上三个频段来解决。10

52、khz150khz范围内主要是常态噪声，一般采用通用lc滤波器来解决。150khz10mhz范围内主要是共模成分的噪声，通常采用共模抑制滤波器来解决。共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料，电感量在（12）mh、电容量在3300pf4700pf之间，如果控制低频段的噪声，可以适当加大lc的取值。在10mhz以上频率段的对策是改进滤波器的外形。输出整流二极管的反向恢复也会引起电磁干扰，这种情况可以采用rc吸收电路来抑制电流的上升率，通常r在(220)之间，c在1000pf10nf之间，c应选用高频瓷介电容。  良好的布局和布线技术也是控制噪声的一个重要手段。为

53、减少噪声的发生和防止由噪声导致的误动作，应注意以下几点：  尽量缩小由高频脉冲电流所包围的面积。  缓冲电路尽量贴近开关管和输出整流二极管。  脉冲电流流过的区域远离输入输出端子，使噪声源和出口分离。  控制电路和功率电路分开，采用单点接地方式，大面积接地容易引起天线作用，所以建议不要采用大面积接地方式。  必要时可以将输出滤波电感安置在地回路上。  采用多只低esr（等效串联电阻）的电容并联滤波。  采用铜箔进行低感低阻配线。  相邻

54、印制线之间不应有过长的平行线，走线尽量避免平行，采用垂直交叉方式，线宽不要突变，也不要突然拐角。禁止环形走线。  滤波器的输入和输出线必须分开。禁止将开关电源的输入线和输出线捆扎在一起。  对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术，在结构上实行电磁封闭，要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性。目前为减少重量大都采用铝合金外壳，但铝合金导磁性能差，因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆，内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构，需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比

55、。  4 电源设备可靠性热设计  除了电应力之外，温度是影响设备可靠性最重要的因素。电源设备内部的温升将导致元器件的失效，当温度超过一定值时，失效率将呈指数规律增加，温度超过极限值时将导致元器件失效。国外统计资料表明电子元器件温度每升高2，可靠性下降10；温升50时的寿命只有温升25时的1/6。需要在技术上采取措施限制机箱及元器件的温升，这就是热设计。热设计的原则，一是减少发热量，即选用更优的控制方式和技术，如移相控制技术、同步整流技术等，另外就是选用低功耗的器件，减少发热器件的数目，加大加粗印制线的宽度，提高电源的效率。二是加强散热，即利用传导、辐射、

56、对流技术将热量转移，这包括采用散热器、风冷(自然对流和强迫风冷)、液冷(水、油)、热电致冷、热管等方法。  强迫风冷的散热量比自然冷却大十倍以上，但是要增加风机、风机电源、联锁装置等，这不仅使设备的成本和复杂性增加，而且使系统的可靠性下降，另外还增加了噪声和振动，因而在一般情况下应尽量采用自然冷却，而不采用风冷、液冷之类的冷却方式。在元器件布局时，应将发热器件安放在下风位置或在印制板的上部，散热器采用氧化发黑工艺处理，以提高辐射率，不允许用黑漆涂覆。喷涂三防漆后会影响散热效果，需要适当加大裕量。散热器安装器件的平面要求光滑平整，一般在接触面涂上硅脂以提高导热率。变压器和电感

57、线圈应选用较粗的导线来抑制温升。  5 安全性设计  对于电源而言，安全性历来被确定为最重要的性能之一，不安全的产品不但不能完成规定的功能，而且还有可能发生严重事故，造成机毁人亡的巨大损失。为保证产品具有相当高的安全性，必须进行安全性设计。电源产品安全性设计的内容主要是防止触电和烧伤。  对于商用设备市场，具有代表性的安全标准有ul、csa、vde等，内容因用途而异，容许泄漏电流在0.5ma5ma之间，我国军用标准gjb1412规定的泄漏电流小于5ma。电源设备对地泄漏电流的大小取决于emi滤波器电容cy的容量，如图2所示。从emi滤

58、波器角度出发电容cy的容量越大越好，但从安全性角度出发电容cy的容量越小越好，电容cy的容量根据安全标准来决定。若电容cx的安全性能欠佳，电网瞬态尖峰出现时可能被击穿，它的击穿虽然不危及人身安全，但会使滤波器丧失滤波功能。为了防止误触电，插头座原则上产品端(非电源端)为针，电网端(电源端)为孔；电源设备之输入端为针，输出端为孔。  为了防止烧伤，对于可能与人体接触的暴露部件(散热器、机壳等)，当环境温度为25时，其最高温度不应超过60，面板和手动调节部分的最高温度不超过50。  6 三防设计  三防设计是指防潮设计、防盐雾设计和防霉菌

59、设计。  在设计时，对于密封有要求的元器件应采取密封措施；对于不可修复的组合装置可采用环氧树脂灌封；所用元器件、原材料的吸湿度应较小，不得使用含有棉、麻、丝等易霉制品；对密封机箱、机柜应设置防护网，以防昆虫和啮齿动物进入；直接暴露在大气中装置的外顶部不应采用凹陷结构，避免积水导致腐蚀；可以选用耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理使电子设备及其零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，隔离周围介质；在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境；对印制板及组件表面涂覆专用的三防清漆可以有效地避免导线之间的电晕、击穿，提高电源的可靠性；电感、变压器应进行浸漆、端封，以防潮气进入引发短

60、路事故。  7 结语  以上建议只适用于军用电源，对于商用和工业用产品可以在某些方面作出不同的选择。总之，电源设备可靠性的高低，不仅与电气设计，而且同元器件、结构、装配、工艺、加工质量等方面有关。可靠性是以设计为基础，在实际工程应用上，还应通过各种试验取得反馈数据来完善设计，进一步提高电源的可靠性。开关电源设计     在任何开关电源设计中，pcb板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，pcb可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定。作为设计者，必须理解电路的物理工作原理，设计出高质量的pcb。

61、0;   开关电源中包含有高频信号，pcb上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。   

62、; 为电源开关或同步整流功能的设计选择合适的mosfet也能有助于减少电磁干扰，当mosfet器件断电时，低的coss(象fds6690a)能减少尖峰脉冲的干扰。 主要的电流回路    三种主要的开关电源结构的电流回路，注意它们的区别。    每一个开关电源都有四个电流回路，回路之间保持相对独立，在一个良好布局的pcb，其重要性顺序如下：电源开关交流回路输出整流交流回路输入信号源电流回路输出负载电流回路输入的信号源和输出负载电流回路通常不会出现问题，这些回路中的电流波形为大的直流电流和小的交流电流的叠加。这两个回路中通常需要特殊的滤波器防止交流噪声泄漏到周围环境中，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到