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Back to top輸入電容擺放位置的考量
對於雜訊敏感的電路，使用多個不同電容值的電容並聯能實現較佳的濾除交流雜訊效果、抑制電壓快速變化以及改善回授迴路。依照雜訊頻率範圍計算電容值，再正確的配置電容器，才更能發揮濾波效能。本文介紹輸入電容於電路板佈局方面的考量以及相關注意事項。
緒論
設計直流轉直流轉換器時，使用正確的電路拓樸和適當的零件規格非常重要。輸入電容作為PCB上不可或缺的元件之一，其主要功能如下
- 濾波作用: 輸入電容能有效抑制輸入電壓的高頻雜訊，提供直流轉直流轉換器一個相對穩定的輸入電壓，減少電磁干擾（EMI）.
- 儲能作用: 當負載電流突然增加時，輸入電容能快速提供額外的電流，以滿足負載的需求，進而提升轉換器的動態響應。
- 保護元件: 在電源接通或斷開的瞬間，輸入電容能吸收浪湧電流，保護轉換器內的元件。
- 阻抗匹配: 輸入電容能降低轉換器對電源的負載影響，提高電源的穩定性。
因此了解如何配置所有元件也甚為重要。因為不恰當的輸入電容擺放會導致雜訊過大、增加PCB尺寸、電磁干擾增加、甚至負載切換時系統不穩定等問題。本文會針對不同容值提供哪種電容器類型，互相比較利弊，以及擺放位置的的選擇，讓使用者事先規劃好元件位置就可以提高產品的性能、穩定性與可靠性。
輸入電容器的配置排列
隔離型轉換器在升壓運作時，輸入電容會流過輸入電壓與輸出電壓比例的大電流，甚至當高頻切換時會出現瞬間大電感漣波電流。因此輸入電容會使較大電流急劇反覆流動。轉換器常使用大電容值的鋁電解電容器才足夠儲存電荷，防止大電流瞬態響應時電壓下跌並且處理較低頻率的雜訊，但是它在高頻特性特別差，能量損耗也比較大。因此還特別使用具有低等效串聯電阻（ESR）和低等效串聯電感（ESL）特性的表面貼裝型多層陶瓷電容來進行高頻去耦。並聯多個不同電容值的電容器能獲得更好的雜訊衰減效果，讓訊號衰減曲線從第一個極點開始並在最後一個零點結束，理論上，最大容值的電容器決定開始衰減的起始頻率，而最小容值的電容器決定衰減的結束頻率，因此同時並聯大容量的鋁電解電容器和小容量多層陶瓷電容，能兼顧低頻和高頻濾波效果。
在主要電流流經的路徑上該如何配置這兩種電容是一大重點。輸入電容是PCB佈局後的第一個元件，配置輸入電容器後，必須確保接到轉換器的路徑上沒有其他元件，將輸入電容盡量靠近轉換器輸入接腳，使用寬而短的走線、放置於與電壓器同一面，以及縮小接地環路皆可以最大限度地減少寄生電感。
實際設計上，電源先經過大容量的電容Cin1(如10μF)然後到小電容Cin2(如0.1μF)，才進入變壓器或功率晶體的輸入端，以下各圖為例
圖2的輸入電容佈置在緊貼轉換器輸入端的位置，兩者之間沒有其他干擾元件，可實現最小電流環路。
圖3的大容量電容放置離轉換器輸入端較遠，但路徑上沒有其他干擾元件，也不會有太大問題，但請遵循上述提到的「輸入電容盡量靠近轉換器輸入接腳」。
圖4的輸入電容配置於PCB背面，再透過導通孔(VIA)與轉換器輸入接腳連接。該主要影響是導通孔的電阻與電感會增加走線阻抗，進而導致輸入電壓瞬態響應變差，甚至在大電流啟動時引起電壓降。
圖5的多層陶瓷電容到輸入接腳的迴路面積過大，可能會增加高頻雜訊的電磁干擾。
圖6的從輸入電容到輸入接腳的走線必須短且寬，避免窄走線導致的電流擁塞，並且使用寬銅箔或直接鋪銅方式，讓地回路更低阻抗，降低雜訊耦合。
實驗結果
實驗PCB走線與導通孔的電感對輸入訊號的影響。使用一個隔離型電源轉換器測試離輸入電容的距離，會造成什麼影響。實驗使用短接地探棒測試不同的輸入電容的距離，將測試點C1緊鄰輸入電容而測試點C2緊鄰直流轉直流轉換器，C1與C2之間間距約20mm，如下圖所示。
| Input voltage | 24Vdc |
| Output voltage/current | 12 Vdc / 2.5A |
| Operating frequency | 400kHz |
| Ripple & noise | 750mVp-p (max) |
該實驗結果如下:
離輸入電容較近的測試點的峰對峰電壓20.6mV，然而離輸入電容較遠的測試點的峰對峰電壓50.2mV，可見震鈴電壓明顯變大一倍以上。
結論
如果使用者正在處理的電路或應用對輸入雜訊敏感，那麼輸入電容器在PCB上擺放位置就非常重要。佈局PCB的注意事項為縮短與轉換器的距離、加粗輸入走線，並且不能跨其他層，以上均可以有效地減少任何噪聲，提供更清潔的電源並減少電磁干擾。
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