电源设计中不可或缺的电容细谈

发布时间:2021-10-27 发布时间:
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  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。

  1 电容的重要参数

  好了,言归正转,先跟大家介绍一下电容。首先对电容品牌有一个大概的了解,市面上的国产电容有三环电容、风华电容等品牌,台企龙头YAGEO电容(即国巨电容),以及国外进口品牌如TDK电容、SAMSUNG电容和MURATA电容都是比较知名的品牌。

  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:

  当然,电容相关的参数还有很多,不过,设计中最重要的还是C和ESR。


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