寄生的含义就是本来没有在那个地方设计电容,但由于布线之间存在互容,或者两个相互靠近却绝缘的金属存在互容,就象寄生在布线之间、金属导体之间、金属平面之间,所以叫寄生电容。
寄生电容本身不是电容,根据电容的原理可以知道,电容是由两个极板和绝缘介质构成的,那么寄生电容是无法避免的。寄生电容一般是指电感绕线间、芯片引脚之间、功率半导体引脚之间在高频情况下表现出来的电容特性。
1.1、半导体功率器件寄生电容
功率半导体的核心是PN结,当N型和P型半导体结合后,在结合面处的两侧形成空间电荷区,也称为耗尽层,当PN结两端的电压变化的时候,PN结的空间电荷区的电荷也发生改变;另外,N区电子和P区空穴因为浓度的差异相互扩散,也会在PN结的两侧产生电荷存储效应,这些因素作用在一起,在任何半导体功率器件内部,就会产生相应的寄生电容。
二极管寄生电容
1.2、磁性器件寄生电容
变压器寄生电容
共模电感、电感、变压器等磁性器件,在绕线之间会形成分布电容,此电容容量通常为PF级,PF级电容为高频共模电流提供了耦合路径。
1.3、功率器件/磁性器件对参考地平面寄生电容
功率器件对参考地平面寄生电容
1.4、金属体之间的寄生电容
1.4、PCB布线间寄生电容
二、寄生电容的影响分析
寄生电容无处不在,又很隐蔽,且无法通过仪器进行测量。故寄生电容的影响就非常难分析,给EMC问题分析调试带来巨大挑战。
2.1、寄生电容改变信号回流路径
高频电流环路面积是影响辐射发射的重要因素,可控的电流环路面积是保证EMC性能的重要前提。寄生电容的存在会改变高频电流的回流路径,其环路面积也随之变大,引发严重的EMC问题。
2.2、寄生电容容性耦合串扰
在开关电源EMC问题分析与调试过程中,发现容性耦合是引发电源端传导骚扰测试不达标的重要原因。容性耦合往往发生在电位差比较大的两条布线之间,容性耦合会将滤波器的性能降低,甚至旁路掉而失效。
2.3、寄生电容产生寄生振荡
二极管、MOS管、半导体芯片等功率器件引脚间的寄生电容与线路中电感器件、变压器、磁珠、及PCB Layout布线的寄生电感之间往往会产生寄生振荡。开关电源产品中寄生振荡是EMI测试不达标的重要原因之一,却很容易被设计工程师所忽略。
在开关电源EMC问题分析与调试过程中,发现容性耦合是引发电源端传导骚扰测试不达标的重要原因。容性耦合往往发生在电位差比较大的两条布线之间,容性耦合会将滤波器的性能降低,甚至旁路掉而失效。
2.4、寄生电容产生偶极子天线
金属导体经常用于电磁干扰屏蔽,金属导体之间的良好搭接设计是保证实现高质量的屏蔽效果的前提。而实际结构设计时考虑到金属导体的氧化问题,在金属表面喷涂绝缘漆来避免金属氧化的问题。喷完绝缘漆的两个金属搭接在一起的时候,不能够良好导通形成等电位体,当高频噪声电流流过其中的一个导体,就会在另个导体上产生感应电动势形成电偶极天线,将噪声辐射出去。