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    電解電容器的篩選方法

    文章出處:新聞中心 責任編輯:東莞市卓旺電子科技有限公司 發(fā)表時間:2018-06-01
        電容器的主要技術指標有電容量、耐壓值、耐溫值。除了這三個主要指標外,其他指標中較重要的就是等效串聯(lián)電阻(ESR)了。有的電容器上有一條金色的帶狀線,上面印有一個大大的空心字母“I”,它表示該電容屬于LOW ESR低損耗電容。有的電容還會標出ESR值(等效串聯(lián)電阻),ESR越低,損耗越小,輸出電流就越大,電容器的品質越高。
      ESR是Equivalent Series Resistance的縮寫,即“等效串聯(lián)電阻”。理想的電容自身不會有任何能量損失,但實際上,因為制造電容的材料有電阻,電容的絕緣介質有損耗。這個損耗在外部,表現為就像一個電阻跟電容串聯(lián)在一起,所以就稱為“等效串聯(lián)電阻”。和ESR類似的另外一個概念是ESL,也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電感經常有很高的ESL,容量越大的電容,ESL一般也越大。ESL經常會成為ESR的一部分,并且ESL會引起串聯(lián)諧振等現象。但是相對電容量來說,ESL的比例很小,出現問題的幾率很小,后來由于電容制作工藝的提高,現在已經逐漸忽略ESL,而把ESR作為除容量、耐壓值、耐溫值之外選用電容器的主要參考因素了。
      串聯(lián)等效電阻ESR的單位是毫歐(mΩ)。通常鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下,而鋁電解電容則高于這個數值,有些種類電容的 ESR甚至會高達數歐姆。ESR的高低,與電容器的容量、電壓、頻率及溫度都有關系,當額定電壓固定時,容量愈大 ESR愈低。同樣當容量固定時,選用高的額定電壓的品種也能降低 ESR;故選用耐壓高的電容確實有許多好處;低頻時ESR高,高頻時ESR低;高溫也會造成ESR的升高。
      現在電子技術正朝著低電壓高電流電路的設計方向發(fā)展,供應給元器件的電壓呈現越來越低的趨勢,但對功率的要求卻絲毫沒有降低。按P=UI的公式來計算,要獲得同樣的功率,電壓降低了,那就必須得增大電流。例如INTEL、AMD的最新款CPU,電壓均小于2V,和以前3、 4V的電壓相比低得多。但另一方面這些芯片由于晶體管和頻率的激增,需求的功耗卻是增大了許多,對電流的要求就越來越高了。例如兩顆功率都是70W的CPU,前者電壓是3.3V,后者電壓是1.8V。那么,前者的電流I=P/U=70W/3.3V=21.2A;而后者的電流I=P/U=70W/1.8V=38.9A,將近是前者電流的兩倍。在通過電容的電流越來越高的情況下,假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍,那么就會產生更高的紋波電壓(理想的輸出直流電壓應該是一條水平線,而紋波電壓則是水平線上的波峰和波谷),因此就促使工程師在設計時,要使用最小的ESR電容器。
    ESR值與紋波電壓的關系可以用公式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,因此采用更低ESR值的電容是勢在必行的。
      此外,即使是相同的紋波電壓,對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對于3.3V的CPU而言,0.2V紋波電壓所占比例較小,不足以形成很大的影響,但是對于1.8V的CPU,同樣是0.2V的紋波電壓,其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。
      例如《電子報》2007年第26期17版的《由NCP1200構成的12V、1A開關電源》的文章中,對開關變壓器次級二極管整流后的LCπ型濾波器中電容C6、C7的要求就是“要選用等效串聯(lián)電阻小的優(yōu)質電解電容,等效電阻不僅會影響轉換率還會影響輸出紋波電壓。”
      ESR是等效“串聯(lián)”電阻,將兩個電容串聯(lián),會使ESR值增大,而并聯(lián)則會使之減小。因此在需要更低ESR的場合,而低ESR的大容量電容價格又相對昂貴的情況下,用多個ESR相對高的鋁電解電容并聯(lián),形成一個低ESR的大容量電容也是一種常用的辦法。很多開關電源采取的電容并聯(lián)的策略,以犧牲一定的PCB空間,換來器件成本的減少。
      不過一定等效串聯(lián)電阻的存在也有好的方面。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,會立即產生波動而引發(fā)反饋電路動作,這個快速的響應,以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價,獲取了后續(xù)的快速調整能力,尤其是功率管的響應速度比較慢,而且在電容器的體積、容量受到嚴格限制的情況。這種情況多見于一些使用MOS管做調整管的三端穩(wěn)壓器或相似的電路中,采用太低的ESR電容器反而會降低整體的性能。
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