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电源设计中的电容应用
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,根源是研发风气吧,大多研发工程师毛燥、不踏实;而公司为求短期效益也只
求功能丰富,只管今天杀鸡饱餐一顿,不管明天还有没有蛋吃,“路有饿死骨”也不值得可
惜。
好了,言归正转,先跟大家介绍一下电容。
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:
ESR C ESL