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技術文章

DC-DC電路電容等效電阻ESR和等效電感ESL

      

    理論上,一個上乘的電容,自身不會產生任何能量損失,但是實際上,因為制造電容的材料有電阻,電容的絕緣介質有損耗,各種原因導致電容變得不“上乘”。這個損耗在外部,表現為就像一個電阻跟電容串連在一起,所以就起了個名字叫做“等效串連電阻”。

   ESR的出現導致電容的行為背離了原始的定義。

   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,電阻自身會產生一個壓降,這就導致了電容器兩端的電壓會產生突變。無疑的,這會降低電容的濾波效果,所以很多高質量的電源啦一類的,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生變化,引起電路失效甚至損壞等嚴重后果。

   所以在多數場合,低ESR的電容,往往比高ESR的有更好的表現。

  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。深圳立業電子提供www.mvs4.com

  比如在穩壓電路中,有一定ESR的電容,在負載發生瞬變的時候,會立即產生波動而引發反饋電路動作,這個快速的響應,以犧牲一定的瞬態性能為代價,獲取了后續的快速調整能力,尤其是功率管的響應速度比較慢,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管做調整管的三端穩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。

   ESR是等效“串連”電阻,意味著,將兩個電容串連,會增大這個數值,而并聯則會減少之。

   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,所以很多開關電源采取的并聯的策略,用多個ESR相對高的鋁電解并聯,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,也就是等效串聯電感。早期的卷制電感經常有很高的ESL,而且容量越大的電容,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。

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

   由ESR引發的電路故障通常很難檢測,而且ESR的影響也很容易在設計過程中被忽視。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,可以嘗試在電容上人為串連一個小電阻來模擬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值,有些種類電容的ESR甚至會高達數歐姆。

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