【導(dǎo)讀】工程師都明白如果電路中的故障是由ESR引發(fā)的話，那么想要查找出故障點(diǎn)是比較困難的，是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，ESR的存在很容易被忽略。說(shuō)這么多到底什么是電容ESR，為何它在電路中如此神奇！
電容是一種容納電荷的器件，其主要作用是對(duì)電能進(jìn)行存儲(chǔ)，并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換 。在學(xué)習(xí)電容相關(guān)知識(shí)時(shí)，大家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)“ESR”這個(gè)詞出現(xiàn)的比較頻繁，但是從網(wǎng)絡(luò)上又找不到關(guān)于這個(gè)詞比較詳盡的解釋，所以資料看起來(lái)也只能一知半解。ESR是EquivalentSeriesResistance的縮寫(xiě)，翻譯成中文就是“等效串連電阻”的意思。
從理論上來(lái)說(shuō)，如果電容的性能近乎于完美，那么它自身是不會(huì)造成能量損失的。但是實(shí)際上，因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮?，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌?ldquo;完美”。這個(gè)損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串連在一起，所以就起了個(gè)名字叫做“等效串連電阻”。
ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。
比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對(duì)電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)樽陨沓潆姡妷簳?huì)從0開(kāi)始上升。但是有了ESR，電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無(wú)疑的，這會(huì)降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源一類的，都使用低ESR的電容器。
同樣的，在振蕩電路等場(chǎng)合，ESR也會(huì)引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。所以在多數(shù)場(chǎng)合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。不過(guò)事情也有例外，有些時(shí)候，這個(gè)ESR也被用來(lái)做一些有用的事情。
比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負(fù)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(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價(jià)，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時(shí)候。這種情況見(jiàn)于一些使用MOS管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時(shí)候，太低的ESR反而會(huì)降低整體性能。
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ESR是等效“串連”電阻，這意味著將兩個(gè)電容串連，會(huì)增大這個(gè)數(shù)值，而并聯(lián)則會(huì)減少之。
實(shí)際上，需要更低ESR的場(chǎng)合更多，而低ESR的大容量電容價(jià)格相對(duì)昂貴，所以很多開(kāi)關(guān)電源采取并聯(lián)的策略，用多個(gè)ESR相對(duì)高的鋁電解并聯(lián)，形成一個(gè)低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來(lái)器件成本的減少，很多時(shí)候都是劃算的。
電容ESR的特性
和ESR類似的另外一個(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，而且容量越大的電容，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。
順便，電容也存在一個(gè)和電感類似的品質(zhì)系數(shù)Q，這個(gè)系數(shù)反比于ESR，并且和頻率相關(guān)，也比較少使用。
需要注意的是，如果電路中的故障是由ESR引發(fā)的話，那么想要查找出故障點(diǎn)是比較困難的，這點(diǎn)是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，ESR的存在很容易被忽略。針對(duì)于此，在仿真時(shí)如果無(wú)法確定電容的參數(shù)，可在電容上添加小電阻來(lái)對(duì)受ESR影響的情況進(jìn)行模擬。一般來(lái)說(shuō)，鉭電容ESR小于100毫歐，而鋁電解電容會(huì)大于這個(gè)參數(shù)，更有甚者，其ESR高達(dá)數(shù)歐姆。
