淺析電子之濾波電容選擇

對于低頻率電路來說，濾波電容越大，紋波越小，濾波效果越好，但濾波電容越大，其等效串聯(lián)電阻也越大，電源的高頻內(nèi)阻也越大，一般在大容量濾波電容的兩端都會并聯(lián)上一個小容量的無極性CBB電容，降低電源的高頻內(nèi)阻。提高濾波效果。

另外，濾波電容太大，電路在上電瞬間，電源對電容的充電電流會達(dá)到很大值，如果充電電流過大，超過了整流二極管的IF，二極管會燒掉。

深入理解電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）

電容器的主要技術(shù)指標(biāo)有電容量、耐壓值、耐溫值。除了這三個主要指標(biāo)外，其他指標(biāo)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(biāo)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(zhì)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(zhì)有損耗。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(jīng)常有很高的ESL，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會引起串聯(lián)諧振等現(xiàn)象。但是相對電容量來說，ESL的比例很小，出現(xiàn)問題的幾率很小，后來由于電容制作工藝的提高，現(xiàn)在已經(jīng)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(shù)值，有些種類電容的 ESR甚至?xí)哌_(dá)數(shù)歐姆。ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度都有關(guān)系，當(dāng)額定電壓固定時，容量愈大 ESR愈低。同樣當(dāng)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(xiàn)在電子技術(shù)正朝著低電壓高電流電路的設(shè)計方向發(fā)展，供應(yīng)給元器件的電壓呈現(xiàn)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(chǎn)生更高的紋波電壓（理想的輸出直流電壓應(yīng)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(shè)計時，要使用最小的ESR電容器。

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?？梢钥吹剑?dāng)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(shù)字電路的判斷失誤。

例如《電子報》2007年第26期17版的《由NCP1200構(gòu)成的12V、1A開關(guān)電源》的文章中，對開關(guān)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(zhì)電解電容，等效電阻不僅會影響轉(zhuǎn)換率還會影響輸出紋波電壓?！?/p>

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(guān)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(fù)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，而且在電容器的體積、容量受到嚴(yán)格限制的情況。這種情況多見于一些使用MOS管做調(diào)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