电容篇

电容器是将电能储存在电场中的被动电子器件。而电容是表征在给定电压下,电容器存储电荷的能力的物理量,记为C,

电容的主要作用作为电荷缓冲池

在电路中,电源的负载是动态的,即器件的电流和功耗是不断变化的。为了保证电路稳定工作,可以使用电容作为电荷的缓冲池,保证器件工作电压的稳定。

电容用来泄放高频噪声,用于交流耦合

电容的主要参数

1、标称电容量

2、额定电压

3、精度

4、谐振频率

5、损耗因数

6、品质因数

电容的等效模型

 在普通电路设计中,通常只需要关注电容的容值、精度、耐压值、封装、工作温度、温漂等参数。但是,在高速电路或者电源系统中,以及一些对电容要求很高的时钟电路中,需要考虑电容的各种寄生参数。

电容的等效模型如下图所示:

电容等效为电容C+电阻ESR+电感ESL。

 在理想情况下,电容器不消耗能量。这是因为理想的电容器没有内部电阻,没有能量损耗。当电容器充电或放电时,能量只是在电场中转移,而不会被耗散掉。因此,电容器可以被看作是一种能量存储器,而不是能量消耗器。但在其他场景中使用的电容的容值更大时,阻抗的低频特性会更好,低频阻抗会更低。当使用的电容ESL更小时,电容的高频阻抗会更小,拥有更好的高频性能。而电容的ESR则决定了电容的全频段阻抗,电容的ESR更小,则谐振点的阻抗会越低。在滤波时,选用电容的ESR自然是越小越好。

 电容ESR的影响因素:

1.一般来说,薄膜电容的ESR最小、陶瓷电容次之,电解电容的ESR最大。

2.电容容量,容量越大,ESR越低,因为容量越大,意味着电极面积越大,电容器内部的电流流动也就越顺畅,从而减少了ESR。

3.电容耐压,对于同型号同容量的电容,耐压越大,ESR越低,因为耐压越大,意味着电极间距越大,同一电压下电容内部的场强减小了,从而损耗减小了,也就减小了ESR。

4.电容尺寸和形状,一般来说,电容器的尺寸越大,ESR越小,因为尺寸越大意味着电极面积越大,电极间距越大,ESR越小。

5.电容老化与使用寿命,随着电容器的使用时间的增加,电容器内部的电介质和电极材料可能会发生老化和损伤,从而导致ESR的增加。

6.电容使用环境,在潮湿或盐雾环境下,电容内部材料容易发生腐蚀和氧化,导致ESR增加。7.外部温度,ESR会随着电容使用温度的变化而变化,这主要是因为介质和极板材料的电导率会随着温度变化,有的电容温度越高,ESR越小;有的则温度越高,ESR越大。

8.电容工作频率,基本规律是在电容自谐振频率之前,ESR随频率增加而降低;在自谐振频率之后,ESR随频率增加而增加。电容的充放电过程如图所示:

充放电计算影响因素也很多,所以本文不做赘述,只谈大家实际遇到的和基本原理解释,具体计算时,大多数公司并没有这么精细,只能给一个大概的范围值。讲清原理是遇到问题知道怎么分析寻找思路 

个人感悟:

1.电容的选取根据实际应用来,一般电源端以电解电容为主,耐压要高于实际使用电压得一点五倍(有些电容标称就是胡乱写的,很多买的都是标称下,会直接影响电路性能,严重电容会烧毁,特别是高压状态下会炸鸡,本人做过电力电子相关的电路设计,CBB电容尤其假冒很多,严重有危险,设计要考虑这些)

2.电源设计输出端,在空间足够,环路可控得范围,最好是多颗电容(多颗电容的优势远大于单颗大容量电容,这个会在电源篇章会具体讲解)。3.一般电路我们都是按照经验来加后端电容,为什么要加0.1uf电容,10nf,1nf电容,这跟我们系统工作频率有关,可不是随意抄老司机电路然后确定的容值大小,电容选取也要看电容的规格书。

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