原创干货：电容特性与ESR对纹波有什么影响？

电路

理想的电容是没有损耗的，但实际电容在制作过程中，因为制作电容的材料是有电阻，电容的绝缘材质有阻值等导致了电容是有内阻存在，实际电容相当于一个电阻串联一个电容，电阻就是等效串联电阻简称ESR。实际电容在制作过程中还有一个ESL，只是非常小，那电容在充与放电流的过程，内阻是有电流流过，那么内阻是有损耗的，也就是说实际的电容是有损耗，但是不同的电容，内阻的大小是不一样的。

首先我们来说下贴片的MLCC电容，我们的贴片的MLCC电容按材料分，可分为COG或者NP0，X5R、X7R，Y5V等。

1、COG'所以用的材料受温度的影响非常小，温度系数一般是±30ppm/℃以内，电容值随频率与电压变化小于±0.05%。

2、X7R是在工业广泛应用的一种温度比较稳定的电容器，在温度电压等改变是电气性能比较稳定，容值变化不是很大，适合用于隔值，耦合，旁路等电路。在使用温度-55℃-125℃的温度范围内，容值变化在±15%以内。

3、Y5V这种材料的电容，具有较高的介电常数，常常用来生产比容交大的大容量电容，可以用小的尺寸做大的电容，但是容值的稳定性较差，受温度，电压等影响比较大。

这些陶瓷的的ESR非常的小，并且我们的引出脚是非常的短的。我们在应用陶瓷电容的时候一般不去考虑ESR。但是我们需要注意下面的频率特性，陶瓷电容很多时候会用在高频下，实际的电容模型如下。

实际电容内部包含等效串联电感和等效串联电阻，而这两个参数会造成电容在使用的时候会出现发热以及在高频下不能快闪充放电，所以在使用电容时需要注意电容的频率与阻抗曲线。在高频下，ESL表现的非常明显，XL=jwL，w=2πf 随频率的上升导ESL表现明显，在低频范围内，电容呈现容抗特性；中频范围内，主要是ESR特性；高频范围内，感抗占主导作用曲线关系，实际是指陶瓷电容量与频率的关系，即Z(=ESR+jwL-j/wC)与频率的关系。

简单得说，就是器件上不可避免得带有寄生电感和寄生电容。
随着频率的提高，电容的容抗值将越来越小，而寄生电感的感抗值却逐渐增大，最后超过电容的电抗而使整个器件表现为感性。
下是10pF的电容与10nF的电容，可以看到电容的容值越大，转折频率是越来越低。

我们的MLCC电容还有一个非常重要的特性就是直流偏压特性。
这个直流偏压特性的主要是指同一个电容，当电容两端的电压不同时，电容的容值有所不同，下面我们来看下22uF10V的电容图，从图上看到当电压达到10V的时候，容值下降了80%多，也就是容值差不多就是4uF. 很多时候在VCC上放几颗10uF的MLCC电容来替代电解时需要注意这个直流偏置特性。

下面简单了解下电解电容。都知道电解电容的容值都比较大，但等效电阻也是一样的比较大。一般我们可以在电容规格书上面看到，规格书上面看到的是指定温度与频率的阻抗，如下图20℃100kHZ，

电解电容的ESR在不同的温度下ESR是不同，低温下面的ESR所表现出来的阻值非常的大，平常我们在做低温的时候通过示波器测试出来得纹波电压非常大就是这一原因，很多的时候在电解电容上面并联薄膜电容来解决。低温下具体是多少，我可以通过规格书上面的低温特性来判断。

看下面的图，Z（-25℃）/Z（20℃）是指在-25℃下的阻抗与20℃阻抗之比，看不同电压规格的值不同，但是我们可以知道低温下面我们的电容的ESR大概是多少，通过下面的参数可以看出越小额定电压的电容低温下ESR越大。

在我们的开关电源中，输出大部分都是用的低压的电解电容，在低温下面工作的时候，ESR是非常大的情况，输出文波电压要比在常温下大很多。