電磁干擾濾波電容器使用方法

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電
源解耦是所有電路設計人員都熟悉的。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不到預期濾波效果的
事情時有發生。本文介紹一些容易被忽略的影響電容濾波性能的參數及使用電容
器抑制電磁騷擾時需要注意的事項。

　　1電容引線的作用在用電容抑制電磁騷擾時，zui容易忽視的問題就是電容引
線對濾波效果的影響。電容器的容抗與頻率成反比，正是利用這一特性，將電容
并聯在信號線與地線之間起到對高頻噪聲的旁路作用。然而，在實際工程中，很
多人發現這種方法并不能起到預期濾除噪聲的效果，面對頑固的電磁噪聲束手無
策。出現這種情況的一個原因是忽略了電容引線對旁路效果的影響。

　　實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 ）構成的串聯網絡。

　　理想電容的阻抗是隨著頻率的升高降低，而實際電容的阻抗是圖1所示的網
絡的阻抗特性，在頻率較低的時候，呈現電容特性，即阻抗隨頻率的增加而降低，
在某一點發生諧振，在這點電容的阻抗等于等效串聯電阻ESR.在諧振點以上，由
于ESL 的作用，電容阻抗隨著頻率的升高而增加，這是電容呈現電感的阻抗特性。
在諧振點以上，由于電容的阻抗增加，因此對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外，電容的
引線長度是一個十分重要的參數，引線越長，則電感越大，電容的諧振頻率越低。
　　根據LC電路串聯諧振的原理，諧振點不僅與電感有關，還與電容值有關，電
容越大，諧振點越低。許多人認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生
了諧振，阻抗開始隨頻率的升高而增加，因此對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，電容的引線長度是1.6mm （你使用的電容
的引線有這么短嗎？）。

表1

　　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。當要濾除的噪聲頻率確定時，可以通過調整電容的容量，使諧
振點剛好落在騷擾頻率上。

　　2.溫度的影響由于電容器中的介質參數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。不同的介質隨著溫度變化的規律不同，有些電容器的容
量當溫度升高時會減小70% 以上，常用的濾波電容為瓷介質電容，瓷介質電容器
有超穩定型：COG 或NPO ，穩定型：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變化70% 以上。這
些特性是必須注意的，否則會出現濾波器在高溫或低溫時性能變化而導致設備產
生電磁兼容問題。

　　COG 介質雖然穩定，但介質常數較低，一般在10～100 ，因此當體積較小時，
容量較小。X7R 的介質常數高得多，為2000～ 4000 ，因此較小的體積能產生較
大的電容，Y5V 的介質常數zui高，為5000～ 25000. 許多人在選用電容器時，片
面追求電容器的體積小，這種電容器的介質雖然具有較高的介質常數，但溫度穩
定性很差，這會導致設備的溫度特性變差。這在選用電容器時要特別注意，尤其
是在軍用設備中。

　　3.電壓的影響電容器的電容量不僅隨著溫度變化，還會隨著工作電壓變化，
這一點在實際工程必須注意。不同介質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% ！了解了這個特性，在選用電容時要在電壓或電
容量上留出余量，否則在額定工作電壓狀態下，濾波器會達不到預期的效果。

　　5.穿心電容的使用在實際工程中，要濾除的電磁噪聲頻率往往高達數百MHz ，
甚至超過1GHz. 對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，是因為兩個原因，一個原因是電容引線電
感造成電容諧振，對高頻信號呈現較大的阻抗，削弱了對高頻信號的旁路作用；
另一個原因是導線之間的寄生電容使高頻信號發生耦合，降低了濾波效果。穿心
電容之所以能有效地濾除高頻噪聲，是因為穿心電容不僅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，要注意的問題是安裝問題。穿心
電容zui大的弱點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造成
很大困難。許多電容在焊接過程中發生損壞。特別是當需要將大量的穿心電容安
裝在面板上時，只要有一個損壞，就很難修復，因為在將損壞的電容拆下時，會
造成鄰近其它電容的損壞。

　　隨著電子設備復雜程度的提高，設備內部強弱電混合安裝、數字邏輯電路混
合安裝的情況越來越多，電路模塊之間的相互騷擾成為嚴重的問題。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的電路隔離開。但是所有
穿過隔離艙的導線要通過穿心電容，否則會造成隔離失效。當不同電路模塊之間
有大量的聯線時，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
這個問題，國外許多廠商開發了“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成的器件，使用濾波陣列板能夠輕而易舉地解決大量導線
穿過金屬面板的問題。但是這種濾波陣列板的價格往往較高，每針的價格約30元。

　　1999年，北京天亦通公司開發成功了TLZ – 1系列濾波陣列板（申請中）。
這種濾波陣列板的濾波性能接近國外產品，但價格僅為國外產品的1/10以下。TLZ
– 1系列濾波陣列板的密度是標準2.54mm，可以直接與扁平電纜插座配合，便于
安裝，可廣泛用于電子設備的濾波隔離。