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作者：songzhige 似乎所有的硬件工程師談起電解電容的好壞的時候，最后總是少不了一句，要選擇ESR參數低一點的電容云云，，但，公司采購員按這個要求去采購電容的時候，只能選擇好品牌，因為采購員心里知道，好品牌的電容ESR參數才低，因，電解電容的ESR值從不標示出來。 最近有人問，為什么電容的ESR不標示出來，溫度特性不標示出來。其實我也不知道，這里俺說三句話，來分析一下電容的幾個參數。 一.先來說ESR。 作為開關電源的輸出整流濾波電容器，電容量往往是首要的選擇，鋁電解電容器的電容量完全可以滿足要求，而ESR則相對比較高。可以通過多只并聯的方法降低ESR。也可以選擇更大的電容量來降低ESR ESR是高頻電解電容里面最重要的性能參數，很多電容供應商都強調“LOW ESR”這一性能特征，也就是ESR值很小的意思。那么，我們如何正確理解LOW ESR的實際意義呢?由于現在電子技術的發展，供應給硬件的電壓正呈現越來越低的趨勢，例如FPGA、DSP、RAM系列的供電電壓都是很低，有的電路電壓小于2V，相比以前動輒3、4V的電壓要低得多。但是，另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增，需求的功耗卻是有增無減，因此按P=UI的公式來計算，這些設備對電流的要求就越來越高了。 比如在電腦主板上，例如兩顆功耗同樣是70W的CPU，前者電壓是3.3V，后者電壓是1.8V。那么，前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，達到了前者的近一倍。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，那么就會產生比以往更高的漣波電壓(理想的輸出直流電壓應該是一條水平線，而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。 此外，即使是相同的漣波電壓，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MCU而言，0.2V漣波電壓所占比例較小，還不足以形成致命的影響，但是對用于1.8V供電的FPGA、DSP而言，同樣是0.2V的漣波電壓，其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。 那么ESR值與漣波電壓的關系何在呢?我們可以用以下公式表示： V=R(ESR)×I 這個公式中的V就表示漣波電壓，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，漣波電壓也會成倍提高，采用更低ESR值的電容是勢在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設備上所用的電容，越來越強調低ESR的原因。 二.再說生產廠家為何不愿標示出來ESR呢? 從電解電容器的生產工藝上考慮，電解液的電阻是鋁電解電容器等效串聯電阻(ESR)的主要部分。多數鋁電解電容器生產廠商是不給出ESR數據的主要原因主要是：相對于其它介質的電容器，鋁電解電容器的ESR顯得太大。如1μF/16V的普通鋁電解電容器，其ESR一般在20Ω左右;100μF的鋁電解電容器，其ESR也是在1.5~2Ω之間。 試想，這樣的數據寫在數據手冊里肯定會影響應用者的應用鋁電解電容器的信心。因此，在某種以上說，應用鋁電解電容器是一種無奈的選擇。會影響鋁電解電容器的應用。 對于一般應用的鋁電解電容器，多數鋁電解電容器生產廠商是不給出ESR數據的，對于開關電源用的低ESR鋁電解電容器或電容量比較大的插腳式鋁電解電容器則給出這個數據。 三.順便說說還有幾個電容參數也不標示的原因 其實，作為硬件工程師，總有這樣的感覺，電容的參數，我們將其分為“顯性參數”和“隱性參數”。所謂“顯性參數”，就是印在電容表面的一些基本參數，這些參數在我們看到一顆電容之后往往可以直接得知。例如電容的容量(比如“470μF”等等)、容量偏差范圍、耐溫范圍、電壓值(比如“16V”)。 所謂“隱性參數”，就是我們需要根據電容的型號來查詢的參數。例如我們常說的ESR值，如今已成為區別電容性能的重要參數，而我們在電容上是看不到這個參數的，我們得去相關的網站通過電容的型號來查詢。和ESR相同命運的類似的參數還有不少，其中包括如下一些： 1.額定的紋波電流值;所說額定紋波電流，將在其ESR上產生損耗而使鋁電解電容器發熱，這個發熱的限度對紋波電流的限制就是額定紋波電流值。其定義為在最高工作溫度下可以確保鋁電解電容器額定壽命時間的最大紋波電流值。對于一般應用的鋁電解電容器，多數鋁電解電容器生產廠商是不給出額定紋波電流數據的，對于開關電源用的低ESR鋁電解電容器或電容量比較大的插腳式鋁電解電容器則給出這個數據。 2.能夠耐受的漣波電流值; 上文中已有解釋。 3.損耗角的正切(TAN);相當于無功功率和有功功率的比值，這個值跟電容的品質以及發熱量有關系，這個值越小電容性能越好。 4.漏電流值;無論絕緣體多大，總是會有細微的電流漏過電容，這個值則代表具體漏過的多少。而這個參數生產廠家也不愿詳細標稱。 5. ESL等效電感;等效電感ESL經常會成為ESR的一部分，并且ESL也會引發一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現問題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進步，現在已經逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。 其實關心這些電容參數，就是關心電容的使用壽命，具體不多說，其他資料或者網上都有大量的介紹。 結果，多數鋁電解電容器生產廠商是不給出ESR數據的主要原因主要是：相對于其它介質的電容器，鋁電解電容器的ESR顯得太大(個別的如日本個別公司電容的除外)。全球眾多鋁電解電容器生產廠商中，能過給出其生產的鋁電解電容器的等效串聯電阻(ESR)很少。有的是沒有這方面的數據(如國內眾多鋁電解電容器生產廠家)，而有的則是技術保密的需要，當然也有感到自己生產的鋁電解電容器的ESR值太大，過于羞澀，公布出去有傷大雅。 |
