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因为他们的存在,电容变得不完美

2019-08-14 09:45 来源:互联网 编辑:Emma

电容主要受两个参数控制。一个是ESR,另一个是ESL。他们分别是做什么的,又能起到什么作用呢?

理论上,一个完美的电容,自身不会产生任何能量损失,但是实际上,因为制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。这个损耗在外部,表现为就像一个电阻跟电容串联在一起,所以就起了个名字叫做“等效串联电阻”。

比如,我们认为电容上面电压不能突变,当突然对电容施加一个电流,电容因为自身充电,电压会从0开始上升。但是有了ESR,电阻自身会产生一个压降,这就导致了电容器两端的电压会产生突变。无疑的,这会降低电容的滤波效果,所以很多高质量的电源一类的,都使用低ESR的电容器。

同样的,在振荡电路等场合,ESR也会引起电路在功能上发生变化,引起电路失效甚至损坏等严重后果。

所以在多数场合,低ESR的电容,往往比高ESR的有更好的表现。

不过事情也有例外,有些时候,这个ESR也被用来做一些有用的事情。

比如在稳压电路中,有一定ESR的电容,在负载发生瞬变的时候,会立即产生波动而引发反馈电路动作,这个快速的响应,以牺牲一定的瞬态性能为代价,获取了后续的快速调整能力,尤其是功率管的响应速度比较慢,并且电容器的体积/容量受到严格限制的时候。这种情况见于一些使用mos管做调整管的三端稳压或者相似的电路中。这时候,太低的ESR反而会降低整体性能。

实际上,需要更低ESR的场合更多,而低ESR的大容量电容价格相对昂贵,所以很多开关电源采取的并联的策略,用多个ESR相对高的铝电解并联,形成一个低ESR的大容量电容。牺牲一定的PCB空间,换来器件成本的减少,很多时候都是划算的。

和ESR类似的另外一个概念是ESL,也就是等效串联电感。早期的卷制电容经常有很高的ESL,而且容量越大的电容,ESL一般也越大。ESL经常会成为ESR的一部分,并且ESL也会引发一些电路故障,比如串联谐振等。但是相对容量来说,ESL的比例太小,出现问题的几率很小,再加上电容制作工艺的进步,现在已经逐渐忽略ESL,而把ESR作为除容量之外的主要参考因素了。

顺便,电容也存在一个和电感类似的品质系数Q,这个系数反比于ESR,并且和频率相关,也比较少使用。

由ESR引发的电路故障通常很难检测,而且ESR的影响也很容易在设计过程中被忽视。简单的做法是,在仿真的时候,如果无法选择电容的具体参数,可以尝试在电容上人为串联一个小电阻来模拟ESR的影响,通常的,钽电容的ESR通常都在100毫欧以下,而铝电解电容则高于这个数值,有些种类电容的ESR甚至会高达数欧姆。

ESR值与纹波电压的关系可以用公式V=R(ESR)×I表示。这个公式中的V就表示纹波电压,而R表示电容的ESR,I表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。

总结:通过学习能了解更多关于电容的相关知识。

标签: 电容 ESR ESL

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