• 首页
  • 摄像
  • 传感器
  • 音频
  • 电源
  • 充电
    • 有线充电
    • 无线充电
    • 充电头
    • 数据线
    • 电池
  • 接口
    • Type-C
    • SIM卡
  • 防护
  • 器件
    • 平台
    • 存储
    • 屏幕
  • 射频
    • 天线
  • PCB
  • 结构
  • 维修
  • 仪表
  • 电路图
人是万物的尺度
  1. 首页
  2. 电源
  3. 正文

克定祸乱,铝电解电容抑制振荡的妙用

2025年12月21日

华盛顿,异人也,起事勇于胜(陈胜)、广(吴广),割据雄于曹(曹操)、刘(刘备)。既已提三尺剑,开疆万里,乃不僭号位,不传子孙,而创为推举之法。几于天下为公,驳驳乎三代之遗意。其治国崇让善俗,不尚武功,亦迥与诸国异。余尝见其画像,气貌雄毅绝伦,呜呼!可不谓人杰矣哉!   -  徐继畲·《瀛环志略》

从上文不难看出清朝官员徐继畬对华盛顿出自内心的赞美,认为华盛顿作为大陆军总司令,以坚韧意志率领北美民众抗英,终克定祸乱,建基美利坚;并且激流勇退,不贪权势,还权于民。

权力如同魔戒一样让人无法自拔,在那个遍地帝王的年代,他是可以当皇帝,但他却拒绝独裁,而是把权力完整的交接给人民,不以革命的名义再次奴役、PUA他们,是真正的人杰和英雄。

而在电子产品设计领域,因电源输入口所接入线缆寄生电感、电源自身电容形成了LC振荡,使Vin管脚带有浪涌损坏的风险。而使用铝电解电容作为Vin滤波电容后,因其自身较大的ESR(寄生电阻),具有抑制振荡(学名叫阻尼)的作用,此时它就像华盛顿克定祸乱一般。

为了表述清楚,我们先要从几起损坏说起。

背景

在实验室,程控电源是必不可少的一个设备,相当于电路板的奶妈,用来给电路板供电。但在实践中发现,搭配较长的线缆时,遇到过负载端器件损坏的案例:

case1:大容量MLCC电容作为电源demo板的Vin电容,上电后,电源芯片Vin管脚损坏,可是程控电源输出的电压是低于芯片耐压的,为什么还会损坏?

cse2:钽电容用作电源demo板的Vin滤波电容,极性没有接反,且耐压是16V的,程控电源设定的是12V,但有时上电后就是会出现钽电容爆炸,像放了个烟花一样,为何?

......

损坏原理

程控电源通过长线给负载供电,如果仔细思考,电路包含了如下组件:

  • 鳄鱼夹长长的引线所带来的寄生电感;
  • 负载端Vin脚上的电容。

上述L和C在无意中形成了LC谐振电路,那么LC谐振意味着什么?

如下图,为了更好的理解谐振所带来的影响,用Tina简单做个仿真,L1代表寄生电感,C1代表负载Vin电容。

由幅频特性曲线可知,谐振意味着选频放大,即输入电压本来很小的,但经过LC的作用后,可能存在特定频率的信号得以充足的放大,那么在时域上就可能表现为振铃或浪涌。

而如果没有阻尼(阻尼电阻是0欧姆),则电压放大效应更是出奇的大,如下图中的第一张图。

而如果带有阻尼(阻尼电阻是1欧姆,可以理解为ESR),则电压放大效应显著减小。

故程控电源,虽然设定的电压小于器件的耐受电压,但如果发生了LC谐振,且这个谐振电路的品质因数(Q)很高,即阻尼很小,那么振铃幅度将会很大,并形成高压浪涌。如果超出负载端器件的耐压范围,将带来过压损坏。

激发振铃的场景总结为:

  • 热接入瞬间,将有个电压的阶跃冲击这个LC电路,从而激发振铃,像半夜有人敲门查水表一样,让你一惊;
  • 负载突变瞬间,负载电流的剧烈变化(di/dt)在寄生电感上产生感应电压,从而激发振铃,像急刹车,后座的人往前冲一样。

实验验证

richtek曾做过相关实验,如下图,如果电源demo输入端的电容全为MLCC电容,因其ESR较低,在程控电源接入时,能量测到振铃所带来的较大的电压尖峰,在12V电源热接入时,甚至带来了29.2V的尖峰电压!

此时电源demo板Vin端的MLCC,与程控电源的线缆的寄生电感一起发生谐振,导致高压振铃信号的出现。电源引线的长度为1.2m,寄生电感大约为1.5µH,两只MLCC各自的ESR约为5mΩ。

而如果在电源demo输入端加入一颗100µF/25V铝电解电容,如下图所示,则热接入实验表明,其过冲大部分会被抑制掉,损毁风险大大降低。

大多数100µF的电解电容在100kHz频率下有大约0.2Ω的ESR。

可见原先遭受鄙视的ESR反而起到妙用,在这里扮演了阻尼的角色,改变谐振特性,降低了LC谐振电路的Q值,使振铃幅度显著减小,并且快速衰减。

总结

本人在手机开发行业从业过程中,发现有的手机公司会在程控电源鳄鱼夹端并一颗电解电容以减少过压损坏等乌龙事件,与上面描述的事情本质相同,均是利用电解电容的ESR,减弱程控电源线缆的寄生电感所带来的EOS事件。

其实不用铝电解电容,我们在电路板Vin端用一颗MLCC串联一颗电阻也能起作用,只不过此时的电阻是外加的,不是寄生的,这种电路专业术语叫做RC Snubber。

如下图,在小功率充电时代,由于充电线寄生电感、充电芯片输入电容的存在,在USB口热插拔的过程中,芯片ACIN引脚可能会出现电压过冲。为了减小该过冲电压,提高可靠性,可以考虑在手机USB端口增加一个RC Snubber电路。

标签: ESR LC谐振 浪涌 电解电容 阻尼
最后更新:2026年1月5日


   备注:
   1、如果转载,请注明转载自:夜枭手机网(www.yexiaoshouji.com)  
   2、网站有部分图片素材来自互联网,不可考源头,或联系不上作者,仅为了讲述原理,不涉及商业用途,如果侵犯您的权利,请联系我删除
   3、如果有技术方面的疑问,可用微信/公众号私信联系我
   

夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

打赏 点赞
< 上一篇
下一篇 >

COPYRIGHT © 2025 关于手机的一切 ALL RIGHTS RESERVED.

粤ICP备2025461592号-1

粤公网安备44133002100310号