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。

 

● shouxianshidianrongtigongbiyaonengliangsuoxudezongrongliang。youxieqingkuangxia
，dangetandianrongqijiuzugoule，danzaigengkekedeyingyongzhong，xuyaobinglianpeizhiduogedianrongqi，tamenderongzhileijia，zhenliedezuhedianzujianxiao。

● 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MLCC可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)瞬(shun)時(shi)電(dian)流(liu)
，但(dan)其(qi)有(you)限(xian)的(de)容(rong)量(liang)意(yi)味(wei)著(zhe)隻(zhi)能(neng)在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)電(dian)流(liu)。之(zhi)後(hou)
，大(da)容(rong)量(liang)電(dian)容(rong)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)滿(man)足(zu)電(dian)路(lu)需(xu)求(qiu)。這(zhe)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)使(shi)用(yong)較(jiao)低(di)ESR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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