電容知識：你了解電容器的等效串聯(lián)電阻嗎？

電容器的主要技術(shù)指標有電容量、耐壓值、耐溫值。除了這三個(gè)主要指標外，其他指標中較重要的就是等效串聯(lián)電阻（ESR）了。有的電容器上有一條金色的帶狀線(xiàn)，上面印有一個(gè)大大的空心字母“I”，它表示該電容屬于LOW ESR低損耗電容。有的電容還會(huì )標出ESR值（等效串聯(lián)電阻），ESR越低，損耗越小，輸出電流就越大，電容器的品質(zhì)越高。

ESR是Equivalent Series Resistance的縮寫(xiě)，即“等效串聯(lián)電阻”。理想的電容自身不會(huì )有任何能量損失，但實(shí)際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗。這個(gè)損耗在外部，表現為就像一個(gè)電阻跟電容串聯(lián)在一起，所以就稱(chēng)為“等效串聯(lián)電阻”。和ESR類(lèi)似的另外一個(gè)概念是ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電感經(jīng)常有很高的ESL，容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會(huì )成為ESR的一部分，并且ESL會(huì )引起串聯(lián)諧振等現象。但是相對電容量來(lái)說(shuō)，ESL的比例很小，出現問(wèn)題的幾率很小，后來(lái)由于電容制作工藝的提高，現在已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量、耐壓值、耐溫值之外選用電容器的主要參考因素了。

串聯(lián)等效電阻ESR的單位是毫歐（mΩ）。通常鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個(gè)數值，有些種類(lèi)電容的 ESR甚至會(huì )高達數歐姆。ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度都有關(guān)系，當額定電壓固定時(shí)，容量愈大 ESR愈低。同樣當容量固定時(shí)，選用高的額定電壓的品種也能降低 ESR；故選用耐壓高的電容確實(shí)有許多好處；低頻時(shí)ESR高，高頻時(shí)ESR低；高溫也會(huì )造成ESR的升高。

現在電子技術(shù)正朝著(zhù)低電壓高電流電路的設計方向發(fā)展，供應給元器件的電壓呈現越來(lái)越低的趨勢，但對功率的要求卻絲毫沒(méi)有降低。按P=UI的公式來(lái)計算，要獲得同樣的功率，電壓降低了，那就必須得增大電流。例如INTEL、AMD的最新款CPU，電壓均小于2V，和以前3、 4V的電壓相比低得多。但另一方面這些芯片由于晶體管和頻率的激增，需求的功耗卻是增大了許多，對電流的要求就越來(lái)越高了。例如兩顆功率都是70W的CPU，前者電壓是3.3V，后者電壓是1.8V。那么，前者的電流I=P/U=70W/3.3V=21.2A；而后者的電流I=P/U=70W/1.8V=38.9A，將近是前者電流的兩倍。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)生更高的紋波電壓（理想的輸出直流電壓應該是一條水平線(xiàn)，而紋波電壓則是水平線(xiàn)上的波峰和波谷）,因此就促使工程師在設計時(shí)，要使用最小的ESR電容器。

ESR值與紋波電壓的關(guān)系可以用公式V=R（ESR）×I表示。這個(gè)公式中的V就表示紋波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流?？梢钥吹?，當電流增大的時(shí)候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會(huì )成倍提高，因此采用更低ESR值的電容是勢在必行的。

此外，即使是相同的紋波電壓，對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對于3.3V的CPU而言，0.2V紋波電壓所占比例較小，不足以形成很大的影響，但是對于1.8V的CPU，同樣是0.2V的紋波電壓，其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。

例如《電子報》2007年第26期17版的《由NCP1200構成的12V、1A開(kāi)關(guān)電源》的文章中，對開(kāi)關(guān)變壓器次級二極管整流后的LCπ型濾波器中電容C6、C7的要求就是“要選用等效串聯(lián)電阻小的優(yōu)質(zhì)電解電容，等效電阻不僅會(huì )影響轉換率還會(huì )影響輸出紋波電壓?！?/P>

ESR是等效“串聯(lián)”電阻，將兩個(gè)電容串聯(lián)，會(huì )使ESR值增大，而并聯(lián)則會(huì )使之減小。因此在需要更低ESR的場(chǎng)合，而低ESR的大容量電容價(jià)格又相對昂貴的情況下，用多個(gè)ESR相對高的鋁電解電容并聯(lián)，形成一個(gè)低ESR的大容量電容也是一種常用的辦法。很多開(kāi)關(guān)電源采取的電容并聯(lián)的策略，以犧牲一定的PCB空間，換來(lái)器件成本的減少。

不過(guò)一定等效串聯(lián)電阻的存在也有好的方面。比如在穩壓電路中，有一定ESR的電容，在負載發(fā)生瞬變的時(shí)候，會(huì )立即產(chǎn)生波動(dòng)而引發(fā)反饋電路動(dòng)作，這個(gè)快速的響應，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價(jià)，獲取了后續的快速調整能力，尤其是功率管的響應速度比較慢，而且在電容器的體積、容量受到嚴格限制的情況。這種情況多見(jiàn)于一些使用MOS管做調整管的三端穩壓器或相似的電路中，采用太低的ESR電容器反而會(huì )降低整體的性能。