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電容的ESR是什么意思?

ESR,是EquivalentSeriesResistance三個(gè)單詞的縮寫,翻譯過來就是“等效串連電阻”。

理論上,一個(gè)完美的電容,自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失,但是實(shí)際上,因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮,電容的絕緣介質(zhì)有損耗,各種原因?qū)е码娙葑兊貌?ldquo;完美”。這個(gè)損耗在外部,表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串連在一起,所以就起了個(gè)名字叫做“等效串連電阻”。

ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。

比如,我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變,當(dāng)突然對(duì)電容施加一個(gè)電流,電容因?yàn)樽陨沓潆,電壓?huì)從0開始上升。但是有了ESR,電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降,這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無疑的,這會(huì)降低電容的濾波效果,所以很多高質(zhì)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(chǎng)合,ESR也會(huì)引起電路在功能上發(fā)生變化,引起電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。

所以在多數(shù)場(chǎng)合,低ESR的電容,往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。

不過事情也有例外,有些時(shí)候,這個(gè)ESR也被用來做一些有用的事情。

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(shí)候,會(huì)立即產(chǎn)生波動(dòng)而引發(fā)反饋電路動(dòng)作,這個(gè)快速的響應(yīng),以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價(jià),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,并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時(shí)候。這種情況見于一些使用mos管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時(shí)候,太低的ESR反而會(huì)降低整體性能。

ESR是等效“串連”電阻,意味著,將兩個(gè)電容串連,會(huì)增大這個(gè)數(shù)值,而并聯(lián)則會(huì)減少之。

實(shí)際上,需要更低ESR的場(chǎng)合更多,而低ESR的大容量電容價(jià)格相對(duì)昂貴,所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略,用多個(gè)ESR相對(duì)高的鋁電解并聯(lián),形成一個(gè)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(shí)候都是劃算的。

和ESR類似的另外一個(gè)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,而且容量越大的電容,ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會(huì)成為ESR的一部分,并且ESL也會(huì)引發(fā)一些電路故障,比如串連諧振等。但是相對(duì)容量來說,ESL的比例太小,出現(xiàn)問題的幾率很小,再加上電容制作工藝的進(jìn)步,現(xiàn)在已經(jīng)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(gè)和電感類似的品質(zhì)系數(shù)Q,這個(gè)系數(shù)反比于ESR,并且和頻率相關(guān),也比較少使用。

由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測(cè),而且ESR的影響也很容易在設(shè)計(jì)過程中被忽視。簡(jiǎn)單的做法是,在仿真的時(shí)候,如果無法選擇電容的具體參數(shù),可以嘗試在電容上人為串連一個(gè)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(gè)數(shù)值,有些種類電容的ESR甚至?xí)哌_(dá)數(shù)歐姆。