电源技术中的电源设计中不可或缺的电容细谈
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2020-10-20
16:23:15
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电源技术中的电源设计中不可或缺的电容细谈电源技术中的电源设计中不可或缺的电容细谈
电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要
的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。 这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这
往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM,搞DSP,搞FPGA,乍一看似乎搞的很高深，但未必有能
力为自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。这也是我们国产电子产品功能丰富而性能差的一个主要原因。
1 电容的重要参数 好了，言归正转，先跟大家介绍一下电容。首先对电容品牌有一个大概的了解，市
面上的国产电容有三环电容、风华电容等品牌，台企龙头YAGEO电容（即国巨电容），以及国外进口品牌
电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程
度影响了整个系统的性能和成本。
这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM,搞
DSP,搞FPGA,乍一看似乎搞的很高深，但未必有能力为自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。这也是我们国产电子产品
功能丰富而性能差的一个主要原因。
1 电容的重要参数
好了，言归正转，先跟大家介绍一下电容。首先对电容品牌有一个大概的了解，市面上的国产电容有三环电容、风华电容
等品牌，台企龙头YAGEO电容（即国巨电容），以及国外进口品牌如TDK电容、SAMSUNG电容和MURATA电容都是比较知
名的品牌。
大家对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段，一般认为电容就是一个C.却不知道电容还有很多重要的参数，也不知道
一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。
实际的电容可以等效成下面的电路形式：
C:电容容值。一般是指在1kHz,1V等效AC电压，直流偏压为0V情况下测到的，不过也可有很多电容测量的环境不同。但
有一点需注意，电容值C本身是会随环境发生改变的。
ESL:电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小，所以可以不考虑。当频率较高时，就要考
虑这个电感了。举个例子，一个 0805封装的0.1uF贴片电容，每管脚电感1.2nH,那么ESL是2.4nH,可以算一下C和ESL的谐振
频率为10MHz左右，当频率高于 10MHz,则电容体现为电感特性。
ESR:电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻，当电容工作在谐振点频率时，电容的容抗和感抗大小
相等，于是等效成一个电阻，这个电阻就是ESR.因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧，瓷
片电容一般为几十毫欧，钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。
下面我们看一些X7R材质瓷片电容的频率特性：
当然，电容相关的参数还有很多，不过，设计中最重要的还是C和ESR.
下面简单介绍一下我们常用到的三种电容：铝电解电容，瓷片电容和钽电容。
1）铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制，然后再浸电解质液制成的，其原理是化学原理，电容充放电靠的是化学
反应，电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制，一般都应用在频率较低（1M以下）的滤波场合，ESR主
要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和，值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效，随温度升高挥发速度
加快。温度每升高10度，电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27度时能使用10000小时的话，57 度的环境下只能使用
1250小时。所以铝电解电容尽量不要太靠近热源。
2）瓷片电容存放电靠的是物理反应，因而具有很高的响应速度，可以应用到上G的场合。不过，瓷片电容因为介质不
同，也呈现很大的差异。性能最好的是 C0G材质的电容，温度系数小，不过材质介电常数小，所以容值不可能做太大。而性
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