電容的深入剖析

什么是電容?它有哪些技術(shù)知識?電容主要受兩個參數(shù)控制。一個是ESR，另一個是ESL。他們分別是做什么的，又能起到什么作用呢?

理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈?。這個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串聯(lián)在一起，所以就起了個名字叫做“等效串聯(lián)電阻”。

比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源一類的，都使用低ESR的電容器。

同樣的，在振蕩電路等場合，ESR也會引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴重后果。所以在多數(shù)場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。不過事情也有例外，有些時候，這個ESR也被用來做一些有用的事情。

比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負載發(fā)生瞬變的時候，會立即產(chǎn)生波動而引發(fā)反饋電路動作，這個快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴格限制的時候。這種情況見于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時候，太低的ESR反而會降低整體性能。

實際上，需要更低ESR的場合更多，而低ESR的大容量電容價格相對昂貴，所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個ESR相對高的鋁電解并聯(lián)，形成一個低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少，很多時候都是劃算的。

和ESR類似的另外一個概念是ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電容經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會成為ESR的一部分，并且ESL也會引發(fā)一些電路故障，比如串聯(lián)諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現(xiàn)問題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。

順便，電容也存在一個和電感類似的品質(zhì)系數(shù)Q，這個系數(shù)反比于ESR，并且和頻率相關(guān)，也比較少使用。

由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測，而且ESR的影響也很容易在設(shè)計過程中被忽視。簡單的做法是，在仿真的時候，如果無法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串聯(lián)一個小電阻來模擬ESR的影響，通常的，鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個數(shù)值，有些種類電容的ESR甚至?xí)哌_數(shù)歐姆。

ESR值與紋波電壓的關(guān)系可以用公式V=R(ESR)×I表示。這個公式中的V就表示紋波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。以上就是電容的一些技術(shù)知識，希望能給大家?guī)椭?