電解電容的ESR，想說(shuō)三句話(huà)！

　　似乎所有的硬件工程師談起電解電容的好壞的時(shí)候，最后總是少不了一句，要選擇ESR參數(shù)低一點(diǎn)的電容云云，，但，公司采購(gòu)員按這個(gè)要求去采購(gòu)電容的時(shí)候，只能選擇好品牌，因?yàn)椴少?gòu)員心里知道，好品牌的電容ESR參數(shù)才低，因，電解電容的ESR值從不標(biāo)示出來(lái)。

　　最近eepw論壇有人問(wèn)，為什么電容的ESR不標(biāo)示出來(lái)，溫度特性不標(biāo)示出來(lái)。其實(shí)我也不知道，這里俺說(shuō)三句話(huà)，來(lái)分析一下電容的幾個(gè)參數(shù)。

　　一.先來(lái)說(shuō)ESR。

　　作為開(kāi)關(guān)電源的輸出整流濾波電容器，電容量往往是首要的選擇，鋁電解電容器的電容量完全可以滿(mǎn)足要求，而ESR則相對(duì)比較高?？梢酝ㄟ^(guò)多只并聯(lián)的方法降低ESR。也可以選擇更大的電容量來(lái)降低ESR

　　ESR是高頻電解電容里面最重要的性能參數(shù)，很多電容供應(yīng)商都強(qiáng)調(diào)“LOW ESR”這一性能特征，也就是ESR值很小的意思。那么，我們?nèi)绾握_理解LOW ESR的實(shí)際意義呢?由于現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，供應(yīng)給硬件的電壓正呈現(xiàn)越來(lái)越低的趨勢(shì)，例如FPGA、DSP、RAM系列的供電電壓都是很低，有的電路電壓小于2V，相比以前動(dòng)輒3、4V的電壓要低得多。但是，另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增，需求的功耗卻是有增無(wú)減，因此按P=UI的公式來(lái)計(jì)算，這些設(shè)備對(duì)電流的要求就越來(lái)越高了。

　　比如在電腦主板上，例如兩顆功耗同樣是70W的CPU，前者電壓是3.3V，后者電壓是1.8V。那么，前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，達(dá)到了前者的近一倍。在通過(guò)電容的電流越來(lái)越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個(gè)較小的范圍，那么就會(huì)產(chǎn)生比以往更高的漣波電壓(理想的輸出直流電壓應(yīng)該是一條水平線(xiàn)，而漣波電壓則是水平線(xiàn)上的波峰和波谷)。

　　此外，即使是相同的漣波電壓，對(duì)低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對(duì)于3.3V的MCU而言，0.2V漣波電壓所占比例較小，還不足以形成致命的影響，但是對(duì)用于1.8V供電的FPGA、DSP而言，同樣是0.2V的漣波電壓，其所占的比例就足以造成數(shù)字電路的判斷失誤。

　　那么ESR值與漣波電壓的關(guān)系何在呢?我們可以用以下公式表示：

　　V=R(ESR)×I

　　這個(gè)公式中的V就表示漣波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當(dāng)電流增大的時(shí)候，即使在ESR保持不變的情況下，漣波電壓也會(huì)成倍提高，采用更低ESR值的電容是勢(shì)在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設(shè)備上所用的電容，越來(lái)越強(qiáng)調(diào)低ESR的原因。

　　二.再說(shuō)生產(chǎn)廠家為何不愿標(biāo)示出來(lái)ESR呢?

　　從電解電容器的生產(chǎn)工藝上考慮，電解液的電阻是鋁電解電容器等效串聯(lián)電阻(ESR)的主要部分。多數(shù)鋁電解電容器生產(chǎn)廠商是不給出ESR數(shù)據(jù)的主要原因主要是：相對(duì)于其它介質(zhì)的電容器，鋁電解電容器的ESR顯得太大。如1μF/16V的普通鋁電解電容器，其ESR一般在20Ω左右;100μF的鋁電解電容器，其ESR也是在1.5~2Ω之間。

　　試想，這樣的數(shù)據(jù)寫(xiě)在數(shù)據(jù)手冊(cè)里肯定會(huì)影響應(yīng)用者的應(yīng)用鋁電解電容器的信心。因此，在某種以上說(shuō)，應(yīng)用鋁電解電容器是一種無(wú)奈的選擇。會(huì)影響鋁電解電容器的應(yīng)用。

　　對(duì)于一般應(yīng)用的鋁電解電容器，多數(shù)鋁電解電容器生產(chǎn)廠商是不給出ESR數(shù)據(jù)的，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源用的低ESR鋁電解電容器或電容量比較大的插腳式鋁電解電容器則給出這個(gè)數(shù)據(jù)。

　　三.順便說(shuō)說(shuō)還有幾個(gè)電容參數(shù)也不標(biāo)示的原因

　　其實(shí)，作為硬件工程師，總有這樣的感覺(jué)，電容的參數(shù)，我們將其分為“顯性參數(shù)”和“隱性參數(shù)”。所謂“顯性參數(shù)”，就是印在電容表面的一些基本參數(shù)，這些參數(shù)在我們看到一顆電容之后往往可以直接得知。例如電容的容量(比如“470μF”等等)、容量偏差范圍、耐溫范圍、電壓值(比如“16V”)。

　　所謂“隱性參數(shù)”，就是我們需要根據(jù)電容的型號(hào)來(lái)查詢(xún)的參數(shù)。例如我們常說(shuō)的ESR值，如今已成為區(qū)別電容性能的重要參數(shù)，而我們?cè)陔娙萆鲜强床坏竭@個(gè)參數(shù)的，我們得去相關(guān)的網(wǎng)站通過(guò)電容的型號(hào)來(lái)查詢(xún)。和ESR相同命運(yùn)的類(lèi)似的參數(shù)還有不少，其中包括如下一些：

　　1.額定的紋波電流值;所說(shuō)額定紋波電流，將在其ESR上產(chǎn)生損耗而使鋁電解電容器發(fā)熱，這個(gè)發(fā)熱的限度對(duì)紋波電流的限制就是額定紋波電流值。其定義為在最高工作溫度下可以確保鋁電解電容器額定壽命時(shí)間的最大紋波電流值。對(duì)于一般應(yīng)用的鋁電解電容器，多數(shù)鋁電解電容器生產(chǎn)廠商是不給出額定紋波電流數(shù)據(jù)的，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源用的低ESR鋁電解電容器或電容量比較大的插腳式鋁電解電容器則給出這個(gè)數(shù)據(jù)。

　　2.能夠耐受的漣波電流值; 上文中已有解釋。

　　3.損耗角的正切(TAN);相當(dāng)于無(wú)功功率和有功功率的比值，這個(gè)值跟電容的品質(zhì)以及發(fā)熱量有關(guān)系，這個(gè)值越小電容性能越好。

　　4.漏電流值;無(wú)論絕緣體多大，總是會(huì)有細(xì)微的電流漏過(guò)電容，這個(gè)值則代表具體漏過(guò)的多少。而這個(gè)參數(shù)生產(chǎn)廠家也不愿詳細(xì)標(biāo)稱(chēng)。

　　5. ESL等效電感;等效電感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(lái)說(shuō)，ESL的比例太小，出現(xiàn)問(wèn)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。

　　其實(shí)關(guān)心這些電容參數(shù)，就是關(guān)心電容的使用壽命，具體不多說(shuō)，其他資料或者網(wǎng)上都有大量的介紹。

　　結(jié)果，多數(shù)鋁電解電容器生產(chǎn)廠商是不給出ESR數(shù)據(jù)的主要原因主要是：相對(duì)于其它介質(zhì)的電容器，鋁電解電容器的ESR顯得太大(個(gè)別的如日本個(gè)別公司電容的除外)。全球眾多鋁電解電容器生產(chǎn)廠商中，能過(guò)給出其生產(chǎn)的鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)很少。有的是沒(méi)有這方面的數(shù)據(jù)(如國(guó)內(nèi)眾多鋁電解電容器生產(chǎn)廠家)，而有的則是技術(shù)保密的需要，當(dāng)然也有感到自己生產(chǎn)的鋁電解電容器的ESR值太大，過(guò)于羞澀，公布出去有傷大雅。