CN107257235A - 一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥 - Google Patents

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阳元江
王安玖
代东升
石洪富
杨生川
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Abstract

本发明公开了一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，低通滤波电桥由电容器、电阻器和电感器组成，滤波电桥分为四个桥臂，桥臂1和桥臂3上电容器C1和C2主要用于滤除高频信号，桥臂2和桥臂4上的电阻器和电感器则分别用于消除电容器本身的寄生等效串联电阻ESR和寄生等效串联电感ESL。本发明通过电桥式连接方法，将电容器本身寄生的ESR和ESL通过桥臂上的电阻器和电感器抵消，从而降低或消除电容器本身寄生参数的影响，提高电容器的上限工作频率。本发明可以极大程度地消除电容器本身因材料和结构等因素引入的ESR和ESL对滤波效果的影响，提高电容器的高频性能，具有使用简单、效果明显的特点。

Description

一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥
技术领域
本发明属于电容器技术领域，具体地涉及一种可以消除电容器寄生参数的低通滤波电桥。
背景技术
各类电容器因其具有同交流、隔直流的特性，广泛用于交流、直流或脉动电路中做为滤波元件。随着电子装备不断朝小型化方向发展，而小型化发展的特征之一是工作频率越来越高，对电子元器件的工作频率提出了更高的要求。为此，电容器制造行业一直在为不断降低电容器的ESR和ESL做持续不断的努力。由于受到现有结构设计、材料和制造技术的限制，电容器寄生的ESR和ESL无法消除，尤其是电解电容器，其寄生参数较大，影响了其在高频电路中的应用，难以适应高频化的发展需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可以消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，该低通滤波电桥利用电桥平衡原理，消除滤波电容器寄生参数ESR和ESL的影响，最大限度提高电容器滤波效果，解决了高寄生参数电容器不能适应高频化发展需求的问题。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，低通滤波电桥由电容器、电阻器和电感器组成，滤波电桥分为四个桥臂，桥臂1、桥臂2、桥臂3和桥臂4，其特征在于，桥臂1为滤波电容器C1，滤波电容器C1的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs1、ESR1和ESL1；桥臂2由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R2和L2；桥臂3为滤波电容器C3，滤波电容器C3的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs3、ESR3和ESL3；桥臂4由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R4和L4，待滤波信号U由桥臂1、桥臂2连接点和桥臂3、桥臂4连接点输入，经过滤波后的信号Uab由桥臂1、桥臂4连接点和桥臂2、桥臂3连接点输出到负载端；桥臂1和桥臂3上电容器C1和C2用于滤除高频信号，桥臂2和桥臂4上的电阻器和电感器则分别用于消除电容器本身的寄生等效串联电阻ESR和寄生等效串联电感ESL；
所述的低通滤波电桥滤波电容器C1和C3其电参数相匹配，即Cs1=Cs3、ESR1=ESR3、ESL1=ESL3；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4，其电阻值R2、R4和电感量L2、L4相匹配，即R2=R4，L2=L4；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4的电阻值和电感量与桥臂1和桥臂3的寄生等效电阻和等效电感相匹配，即ESR1=R2=ESR3=R4，ESL1=L2=ESL3=L4；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4的电阻值和电感量与桥臂1和桥臂3的寄生等效电阻和等效电感具有相同的温度系数。
所述的低通滤波电桥滤波电容器可以是铝电容器、钽电容器、铌电容器，也可以是薄膜电容器、陶瓷电容器，或者是其它需要消除器寄生参数的任何类型滤波电容器。
所述的低通滤波电桥可以把所需的电容器、电阻器和电感器制作成一个独立的滤波器元件，也可以按电路拓扑结构把所需的电容器、电阻器和电感器直接安装在电路板上实现电桥滤波功能。
所述低通滤波电桥可以由一级或多级低通滤波电桥组成，为了获得更优的滤波效果，各级低通滤波电桥其特性可以是相同的，也可以是不相同的。
所述的低通滤波电桥，用于电源滤波电路，或信号处理电路。
所述的低通滤波电桥，桥臂2和桥臂4中电阻器的电阻值可以为偏离滤波电容器寄生等效串联电阻值的任何值。
所述低通滤波电桥，桥臂2和桥臂4中电感器的电感量可以为偏离滤波电容器寄生等效串联电感量的任何值。
所述的低通滤波电桥，可以通过选取滤波电容器的电容量，获得所需滤波特性。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明利用电桥平衡原理，引入与电容器寄生参数相同的桥臂，消除电容器寄生参数影响，利用电路的方法克服现有电容器因结构设计、材料等带来寄生缺陷，提高电容器的高频性能，拓展其应用领域，具有设计新颖、使用简单、效果明显的特点。
附图说明
图1是本发明的电路拓扑结构图。
图2是本发明的实施例电路拓扑结构图。
图中标记：C1-滤波电容器，C3-滤波电容器，Cs1-滤波电容器等效电容，Cs3-滤波电容器等效电容，ESR1-滤波电容器等效串联电阻，ESR3-滤波电容器等效串联电阻，ESL1-滤波电容器等效串联电感，ESL2-滤波电容器等效串联电感，R2-桥臂电阻，R4-桥臂电阻，L2-桥臂电感，L4-桥臂电感，Uab-低通滤波电桥输出信号，U-低通滤波电桥输入信号。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，包括桥臂1、桥臂2、桥臂3和桥臂4，其中：桥臂1为滤波电容器C1，滤波电容器C1的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs1、ESR1和ESL1；桥臂2由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R2和L2；桥臂3为滤波电容器C3，滤波电容器C3的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs3、ESR3和ESL3；桥臂4由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R4和L4。
如图1所示的低通滤波电桥，待滤波信号U由桥臂1、桥臂2连接点和桥臂3、桥臂4连接点输入，经过滤波后的信号Uab由桥臂1、桥臂4连接点和桥臂2、桥臂3连接点输出到负载端。
如图1所述的低通滤波电桥，当取Cs1=Cs3、ESR1=R2=ESR3=R4及ESL1=L2=ESL3=L4时，信号频率很低时（如直流电压），滤波电容器的容抗趋于无穷大，根据电桥平衡原理，电桥处于非平衡状态，输出Uab无限接近输入U，即输入信号频率越低，对输出信号幅度的衰减越小。
如图1所述的低通滤波电桥，当取Cs1=Cs3、ESR1=R2=ESR3=R4及ESL1=L2=ESL3=L4时，随着信号频率的升高，滤波电容器的容抗不断变小，根据电桥平衡原理，电桥趋向于平衡，输出Uab也不断趋于零，即输入信号频率越高，输出信号幅度越小，达到抑制高频信号的目的。
实施例，如图2所述的低通滤波电桥，其输入为U为直流供电电源，经过滤波电桥给电机驱动器供电，最终负载为电机。直流供电电源U同时还为其它负载供电。滤波电容器C1和C2选用有引线钽电解电容器，其电容量为1000μF，ESL为15nH，ESR为0.15Ω，则桥臂2和桥臂4的电感器和电阻器其值分别为15nH、0.15Ω。
如图2所述的低通滤波电桥，当供电总线因其它负载工作出现高频干扰时，低通滤波电桥可以将这些高频干扰滤除，从而不影响电机驱动器正常工作。
如图2所述的低通滤波电桥，根据滤波电桥的对称性，当电机驱动器工作时会导致电源总线出现高频干扰，而低通滤波电桥可以将这些高频干扰滤除，从而不影响电源总线上其它负载的正常运行。
本发明通过电桥式连接方法，将电容器本身寄生的ESR和ESL通过桥臂上的电阻器和电感器抵消，从而降低或消除电容器本身寄生参数的影响，提高电容器的上限工作频率。本发明可以极大程度地消除电容器本身因材料和结构等因素引入的ESR和ESL对滤波效果的影响，提高电容器的高频性能，具有使用简单、效果明显的特点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，低通滤波电桥由电容器、电阻器和电感器组成，滤波电桥分为四个桥臂，桥臂1、桥臂2、桥臂3和桥臂4，其特征在于：桥臂1为滤波电容器C1，滤波电容器C1的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs1、ESR1和ESL1；桥臂2由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R2和L2；桥臂3为滤波电容器C3，滤波电容器C3的等效电容量、寄生等效电阻和寄生等效电感分别为Cs3、ESR3和ESL3；桥臂4由电阻器和电感器组成，其电阻值和电感量分别为R4和L4，待滤波信号U由桥臂1、桥臂2连接点和桥臂3、桥臂4连接点输入，经过滤波后的信号Uab由桥臂1、桥臂4连接点和桥臂2、桥臂3连接点输出到负载端；桥臂1和桥臂3上电容器C1和C2用于滤除高频信号，桥臂2和桥臂4上的电阻器和电感器则分别用于消除电容器本身的寄生等效串联电阻ESR和寄生等效串联电感ESL；
所述的低通滤波电桥滤波电容器C1和C3其电参数相匹配，即Cs1=Cs3、ESR1=ESR3、ESL1=ESL3；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4，其电阻值R2、R4和电感量L2、L4相匹配，即R2=R4，L2=L4；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4的电阻值和电感量与桥臂1和桥臂3的寄生等效电阻和等效电感相匹配，即ESR1=R2=ESR3=R4，ESL1=L2=ESL3=L4；
所述的低通滤波电桥桥臂2和桥臂4的电阻值和电感量与桥臂1和桥臂3的寄生等效电阻和等效电感具有相同的温度系数。
2.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述低通滤波电桥滤波电容器可以是铝电容器、钽电容器、铌电容器，也可以是薄膜电容器、陶瓷电容器，或者是其它需要消除器寄生参数的任何类型滤波电容器。
3.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述的低通滤波电桥可以把所需的电容器、电阻器和电感器制作成一个独立的滤波器元件，也可以按电路拓扑结构把所需的电容器、电阻器和电感器直接安装在电路板上实现电桥滤波功能。
4.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述低通滤波电桥可以由一级或多级低通滤波电桥组成，为了获得更优的滤波效果，各级低通滤波电桥其特性可以是相同的，也可以是不相同的。
5.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述的低通滤波电桥，用于电源滤波电路，或信号处理电路。
6.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述的低通滤波电桥，桥臂2和桥臂4中电阻器的电阻值可以为偏离滤波电容器寄生等效串联电阻值的任何值。
7.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述低通滤波电桥，桥臂2和桥臂4中电感器的电感量可以为偏离滤波电容器寄生等效串联电感量的任何值。
8.如权利要求1所述的一种消除电容器寄生参数的低通滤波电桥，其特征在于：所述的低通滤波电桥，可以通过选取滤波电容器的电容量，获得所需滤波特性。
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