電容大百科:什麼是電容ESR?電路中的神奇作用?
發布時間:2015-01-13 責任編輯:sherryyu
【導讀】工程師都明白如果電路中的故障是由ESR引發的話,那麼想要查找出故障點是比較困難的,是因為在設計過程中,ESR的存在很容易被忽略。說這麼多到底什麼是電容ESR,為何它在電路中如此神奇!
電容是一種容納電荷的器件,其主要作用是對電能進行存儲,並進行能量轉換 。在學習電容相關知識時,大家可能會發現“ESR”這個詞出現的比較頻繁,但是從網絡上又找不到關於這個詞比較詳盡的解釋,所以資料看起來也隻能一知半解。ESR是EquivalentSeriesResistance的縮寫,翻譯成中文就是“等效串連電阻”的意思。
從(cong)理(li)論(lun)上(shang)來(lai)說(shuo),如(ru)果(guo)電(dian)容(rong)的(de)性(xing)能(neng)近(jin)乎(hu)於(yu)完(wan)美(mei),那(na)麼(me)它(ta)自(zi)身(shen)是(shi)不(bu)會(hui)造(zao)成(cheng)能(neng)量(liang)損(sun)失(shi)的(de)。但(dan)是(shi)實(shi)際(ji)上(shang),因(yin)為(wei)製(zhi)造(zao)電(dian)容(rong)的(de)材(cai)料(liao)有(you)電(dian)阻(zu),電(dian)容(rong)的(de)絕(jue)緣(yuan)介(jie)質(zhi)有(you)損(sun)耗(hao),各(ge)種(zhong)原(yuan)因(yin)導(dao)致(zhi)電(dian)容(rong)變(bian)得(de)不(bu)“完美”。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,我們認為電容上麵電壓不能突變,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後果。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。
比如在穩壓電路中,有一定ESR的de電dian容rong,在zai負fu載zai發fa生sheng瞬shun變bian的de時shi候hou,會hui立li即ji產chan生sheng波bo動dong而er引yin發fa反fan饋kui電dian路lu動dong作zuo,這zhe個ge快kuai速su的de響xiang應ying,以yi犧xi牲sheng一yi定ding的de瞬shun態tai性xing能neng為wei代dai價jia,獲huo取qu了le後hou續xu的de快kuai速su調tiao整zheng能neng力li,尤you其qi是shi功gong率lv管guan的de響xiang應ying速su度du比bi較jiao慢man,並bing且qie電dian容rong器qi的de體ti積ji/容量受到嚴格限製的時候。這種情況見於一些使用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。
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ESR是等效“串連”電阻,這意味著將兩個電容串連,會增大這個數值,而並聯則會減少之。
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並聯的策略,用多個ESR相對高的鋁電解並聯,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。

電容ESR的特性
和ESR類似的另外一個概念是ESL,也就是等效串聯電感。早期的卷製電感經常有很高的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,並且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,再加上電容製作工藝的進步,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係數Q,這個係數反比於ESR,並且和頻率相關,也比較少使用。
需要注意的是,如果電路中的故障是由ESR引發的話,那麼想要查找出故障點是比較困難的,這點是因為在設計過程中,ESR的存在很容易被忽略。針對於此,在仿真時如果無法確定電容的參數,可在電容上添加小電阻來對受ESR影響的情況進行模擬。一般來說,鉭電容ESR小於100毫歐,而鋁電解電容會大於這個參數,更有甚者,其ESR高達數歐姆。
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