電容器的選擇關鍵

 

針zhen對dui任ren何he應ying用yong選xuan擇ze電dian容rong器qi時shi
，必bi須xu了le解jie一yi些xie關guan鍵jian特te性xing，以yi便bian分fen析xi其qi電dian路lu適shi用yong性xing。在zai簡jian單dan的de電dian容rong器qi等deng效xiao電dian路lu模mo型xing中zhong
，三san個ge關guan鍵jian特te性xing影ying響xiang電dian路lu性xing能neng：

 

電容、等效串聯電阻（ESR）和電感。

 

本技術說明中
，我們將研究鉭電容器的ESR如何影響電路性能。ESR是shi構gou成cheng電dian容rong器qi阻zu抗kang所suo有you純chun阻zu性xing負fu載zai的de總zong和he。因yin此ci，這zhe是shi一yi種zhong熱re損sun耗hao特te性xing。電dian容rong器qi工gong作zuo時shi

，還hai會hui影ying響xiang充chong放fang電dian電dian流liu的de大da小xiao。在zai固gu體ti鉭tan電dian容rong器qi中zhong
，ESR由以下幾個部分的阻抗構成：

 

● 固體電解質係統（MnO2）

● 介電層（Ta2O5）

● 端子

、引線框和其他連接PCB的元件

 

固體鉭電容器製造商可在物理設計和材料方麵做出改進
，降低電容器的整體 ESR。這些ESR較低的電容器可以減少電容器內部產生的熱量，從而提高整體電路效率和長期可靠性。降低ESR還可以增加電容器充放電期間的電流，從而提高電路性能。常見的阻抗（Z）和ESR數據典型值如圖1所示。

 

圖 1：ESR典型數據值

 

鉭電容器兩個主要功能為：大容量儲能和紋波濾波。我們將在下麵更詳細地討論這些應用。

 

1 大容量

 

除(chu)了(le)最(zui)大(da)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)壓(ya)降(jiang)額(e)
，電(dian)容(rong)器(qi)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)特(te)性(xing)是(shi)存(cun)儲(chu)電(dian)荷(he)的(de)能(neng)力(li)。有(you)些(xie)應(ying)用(yong)要(yao)求(qiu)電(dian)容(rong)器(qi)存(cun)儲(chu)大(da)量(liang)電(dian)荷(he)。固(gu)體(ti)鉭(tan)電(dian)容(rong)器(qi)具(ju)有(you)高(gao)度(du)穩(wen)定(ding)的(de)容(rong)值(zhi)
，非(fei)常(chang)適(shi)合(he)大(da)容(rong)量(liang)儲(chu)能(neng)
，廣(guang)泛(fan)用(yong)於(yu)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)期(qi)間(jian)保(bao)持(chi)電(dian)壓(ya)穩(wen)定(ding)。這(zhe)方(fang)麵(mian)

，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)兩(liang)個(ge)因(yin)素(su)。

 

● 首(shou)先(xian)是(shi)電(dian)容(rong)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)能(neng)量(liang)所(suo)需(xu)的(de)總(zong)容(rong)量(liang)。有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)
，單(dan)個(ge)鉭(tan)電(dian)容(rong)器(qi)就(jiu)足(zu)夠(gou)了(le)
，但(dan)在(zai)更(geng)苛(ke)刻(ke)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)，需(xu)要(yao)並(bing)聯(lian)配(pei)置(zhi)多(duo)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)
，它(ta)們(men)的(de)容(rong)值(zhi)累(lei)加(jia)，陣(zhen)列(lie)的(de)組(zu)合(he)電(dian)阻(zu)減(jian)小(xiao)。

● 第二個因素是電容器的ESR。ESR小可以增加傳輸的電流量
，降低放電期間的壓降，改善電路性能。

 

通過3.3V電dian源yuan為wei微wei處chu理li器qi供gong電dian時shi就jiu需xu要yao這zhe種zhong大da容rong量liang電dian容rong。對dui於yu處chu理li需xu求qiu較jiao大da的de應ying用yong，在zai開kai啟qi後hou，必bi須xu為wei微wei處chu理li器qi提ti供gong滿man足zu需xu求qiu的de大da電dian流liu。電dian容rong器qi有you效xiao提ti供gong這zhe種zhong大da容rong量liang的de能neng力li通tong常chang稱cheng為wei“轉換速率”

，定義為“空閑電流”除以“峰值電流”的轉換
，以 “A/μs”表示。峰值需求期間，電軌電壓可能需要保持在規定範圍以內（例如
，壓降小於10%=0.33V）。ESR小的電容器可以提供更高的放電電流
，同時減少熱量的產生
，更快、更有效地滿足這些要求。

 

設計師實際上可在處理器附近放置幾個低容量多層陶瓷電容器（MLCC）用於短時供電，在稍遠的位置增加大容量電容器（鉭電容、聚合物電容或鋁電解電容），滿足長期電流需求。超低ESR的MLCCkeyitigongfeichanggaodeshunshidianliu，danqiyouxianderongliangyiweizhezhinengzaiduanshijianneitigongsuoxudianliu。zhihou，darongliangdianrongqikeyiyonglaimanzudianluxuqiu。zhezhongyingyongzhongshiyongjiaodiESR鉭電容器，可以降低MLCC的依賴，減少其所需數量
，從而節省PCB板空間和元件成本。同時
，有助於利用更堅固的結構提高板級可靠性。

 

圖2：各種外形尺寸的低ESR電容器

 

低ESR鉭電容用作大容量電容器的另一個優點是減少充/放電過程中產生熱量。這樣可以提高電路功效
，降低電路的工作溫度。而且可以使用更小的電源
，進一步節省成本。

 

2 紋波濾波

 

使用低ESR電容實現平滑信號，可以減少DC總線中的紋波電流，例如，開關電源 （SMPS）中的輸出濾波電容。這樣可以提高波形峰穀期間電壓周期和電源的充/放電電流。由於減少了紋波電流（峰-峰）
，每次充電/放電周期產生的熱量更少。低ESR（低電感）電容器還便於具有高頻AC噪聲分量的電路有效利用紋波濾波電容器。

 

以Vishay TR3低ESR產品線，TR3同類最佳ESR提高電路電氣性能
、功效和可靠性（降低工作溫度）。此係列器件以不同的外形尺寸提供多種電容/電壓（CV）選擇，每種組合含有特定ESR值（見圖3，D型示例）。

 

圖 3：各電容/電壓組合的ESR值

 

除ESR之外
，設計人員濾波電容設計還必須考慮額定電壓、ESL
、DCL和介電特性。鉭電容器通常采用超薄緊湊設計

，其堅固的結構可實現PCB級高可靠性。

 

 

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