温度对钽电容ESR的影响
文章出处：AVX代理商：斯珀瑞特科技 作者：AVX代理商：斯珀瑞特电子（香港）有限 浏览次数：148 发表时间：2017-07-17 11:35:27
钽电容的ESR是指电容的等效串联电阻(或阻抗)。
理想的钽电容，是没有电阻的。但是实际上，任何电容都有电阻，这个电阻值和电容的材料、结构有关系。在开关电 源技术之前，普遍采用线性电源（现在经常使用的LDO，就属于这种技术），电源电路都工作在低频直流状态，通过滤波整流电路把交流转换成直流。在低频直流 电源中，电容的容量对滤波效果起决定作用，电容的串联阻抗作用可以忽略。 但是低频电源效率低，体积大的缺点非常明显。
后来发展了开关电源技术，大大地提高了电源的转换效率，也减小了电源的体积。开关电源的工作频率越高，电源的体积也可以越小。开关电源的工作频率从几十 KHz到几MHz不等。在开关电源中，电容的ESR直接影响电容的效果，它比电容的容量还重要（事实上，我们所说的电容容量一般都是在120Hz下测量的 值，当工作频率提高时，电容容量会急剧降低，甚至根本不能启动电容的作用）。一般而言，我们应该选择ESR小店电容。 在不同的电容类别中，电解电容的ESR通常最大，钽电容次之，陶瓷电容最佳。当然，即使是电解电容中，也分普通电解电容和低ESR的电解电容。用在开关电源输出滤波的应该采用低ESR的电解电容。
在维修中，如果用普通电解电容替换低ESR的电解电容，开关电源可能短时间能工作，但是寿命肯定不长。弄不好，电容很快因为损耗太大而爆裂甚至爆炸，所以 更换电容应该小心。同样容量同样耐压的电解电容，体积大的往往ESR小。同样容量不同耐压的电解电容，耐压高度往往ESR小。同样耐压同样容量的电 容，105度比85度的ESR要小。当然，这也不是绝对的，对于同一钽电容生产厂家同一系列的电解电容，基本上成立。
钽电容的工作温度一直是我们在电路设计时容易忽略的问题。也是引起我们产品故障的一个隐性问题，下面我们就来说说钽电容工作问题对钽电容ESR的影响。
钽电容的性能并非一成不变，而是会受到环境的影响，而对钽电容影响最大的就是温度。而在不同种类的电容当中，采用电解液作为阴极材质的电容例如铝电解液电容，受温度影响又最为明显。因为在不同种类的阴极，例如电解液、二氧化锰、固体聚合物导体当中，只有电解液采用离子导电方式，而其余几种均采用电子导电方式。对于离子导电而言，温度越高，其离子活动越强，电离程度也越强。因此，在温度不超过额定限度的前提下，电解液电容在高温状态下的性能要比低温状态下更好。
上图代表25摄氏度下，三种电容降低涟波电压的能力（电路可以参考"钽电容ESR值与涟波电压的关系"）。其中第一个表格所使用的OSCON SVP铝固体聚合物导体电容（1颗，100μF，ESR=40毫欧姆） ），第二个表格所使用的是低阻抗铝电解液电容（3颗并联），第三个表格使用的是低阻抗钽电容（2颗并联）。
从表格中可以看出，在25摄氏度的常温状态下，三者所产生的涟波电压分别是22.8/23.8/24.8mV。也就是说，1颗铝固体聚合物导体电容，在25摄氏度下降低涟波电压的能力，大致相当于2颗钽电容和3颗铝电解液电容。
上图同样是这三种电容，同一电路，在70摄氏度下降低涟波电压的表现。可以看出，铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能改变都不大，依然保持在24~25mV左右，但是3颗铝电解液电容并联下的涟波电压降低到了16.4mV，这时只需要并联两颗这种电容，即可达到25摄氏度状态下的25mV左右水平，其性能提升巨大。
下面我们就要看低温环境下这三种电容的表现了。上图是在零下20摄氏度下三种电容的成绩。可以看出，在低温环境下，铝电解液电容的性能降低得非常厉害。3颗并联状态下的涟波电压由25摄氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要将涟波电压降低到和25摄氏度相同的数值，需要并联7颗这种电容。相比之下我们还能看出，铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能，无论是在25度、70度还是-20度环境下，其波动都不大。
从以上分析我们不难看出，铝电解液电容的ESR值受温度影响是极其明显的。上面的图表则直接画出了不同种类电容，在不同温度状态下的ESR曲线。其中铝电解液电容（蓝色线）随温度（Y轴）的增加，ESR值（X轴）降低明显。而铝固体聚合物导体电容（紫色线）和钽电容（绿色线）以及高档陶瓷电容（红色线）则近似于直线，其ESR值受温度影响不大。而普通陶瓷电容（粉红线）则受温度影响较大。
这里需要说明的是，上表中用做比较的铝固体聚合物导体电容，其容量较小（只有100μF），而且ESR并不太低（40毫欧）。如换上大容量，ESR更低的同类产品，最终性能表现将更加突出。
理想的钽电容，是没有电阻的。但是实际上，任何电容都有电阻，这个电阻值和电容的材料、结构有关系。在开关电 源技术之前，普遍采用线性电源（现在经常使用的LDO，就属于这种技术），电源电路都工作在低频直流状态，通过滤波整流电路把交流转换成直流。在低频直流 电源中，电容的容量对滤波效果起决定作用，电容的串联阻抗作用可以忽略。 但是低频电源效率低，体积大的缺点非常明显。
后来发展了开关电源技术，大大地提高了电源的转换效率，也减小了电源的体积。开关电源的工作频率越高，电源的体积也可以越小。开关电源的工作频率从几十 KHz到几MHz不等。在开关电源中，电容的ESR直接影响电容的效果，它比电容的容量还重要（事实上，我们所说的电容容量一般都是在120Hz下测量的 值，当工作频率提高时，电容容量会急剧降低，甚至根本不能启动电容的作用）。一般而言，我们应该选择ESR小店电容。 在不同的电容类别中，电解电容的ESR通常最大，钽电容次之，陶瓷电容最佳。当然，即使是电解电容中，也分普通电解电容和低ESR的电解电容。用在开关电源输出滤波的应该采用低ESR的电解电容。
在维修中，如果用普通电解电容替换低ESR的电解电容，开关电源可能短时间能工作，但是寿命肯定不长。弄不好，电容很快因为损耗太大而爆裂甚至爆炸，所以 更换电容应该小心。同样容量同样耐压的电解电容，体积大的往往ESR小。同样容量不同耐压的电解电容，耐压高度往往ESR小。同样耐压同样容量的电 容，105度比85度的ESR要小。当然，这也不是绝对的，对于同一钽电容生产厂家同一系列的电解电容，基本上成立。
钽电容的工作温度一直是我们在电路设计时容易忽略的问题。也是引起我们产品故障的一个隐性问题，下面我们就来说说钽电容工作问题对钽电容ESR的影响。
钽电容的性能并非一成不变，而是会受到环境的影响，而对钽电容影响最大的就是温度。而在不同种类的电容当中，采用电解液作为阴极材质的电容例如铝电解液电容，受温度影响又最为明显。因为在不同种类的阴极，例如电解液、二氧化锰、固体聚合物导体当中，只有电解液采用离子导电方式，而其余几种均采用电子导电方式。对于离子导电而言，温度越高，其离子活动越强，电离程度也越强。因此，在温度不超过额定限度的前提下，电解液电容在高温状态下的性能要比低温状态下更好。
上图代表25摄氏度下，三种电容降低涟波电压的能力（电路可以参考"钽电容ESR值与涟波电压的关系"）。其中第一个表格所使用的OSCON SVP铝固体聚合物导体电容（1颗，100μF，ESR=40毫欧姆） ），第二个表格所使用的是低阻抗铝电解液电容（3颗并联），第三个表格使用的是低阻抗钽电容（2颗并联）。
从表格中可以看出，在25摄氏度的常温状态下，三者所产生的涟波电压分别是22.8/23.8/24.8mV。也就是说，1颗铝固体聚合物导体电容，在25摄氏度下降低涟波电压的能力，大致相当于2颗钽电容和3颗铝电解液电容。
上图同样是这三种电容，同一电路，在70摄氏度下降低涟波电压的表现。可以看出，铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能改变都不大，依然保持在24~25mV左右，但是3颗铝电解液电容并联下的涟波电压降低到了16.4mV，这时只需要并联两颗这种电容，即可达到25摄氏度状态下的25mV左右水平，其性能提升巨大。
下面我们就要看低温环境下这三种电容的表现了。上图是在零下20摄氏度下三种电容的成绩。可以看出，在低温环境下，铝电解液电容的性能降低得非常厉害。3颗并联状态下的涟波电压由25摄氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要将涟波电压降低到和25摄氏度相同的数值，需要并联7颗这种电容。相比之下我们还能看出，铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能，无论是在25度、70度还是-20度环境下，其波动都不大。
从以上分析我们不难看出，铝电解液电容的ESR值受温度影响是极其明显的。上面的图表则直接画出了不同种类电容，在不同温度状态下的ESR曲线。其中铝电解液电容（蓝色线）随温度（Y轴）的增加，ESR值（X轴）降低明显。而铝固体聚合物导体电容（紫色线）和钽电容（绿色线）以及高档陶瓷电容（红色线）则近似于直线，其ESR值受温度影响不大。而普通陶瓷电容（粉红线）则受温度影响较大。
这里需要说明的是，上表中用做比较的铝固体聚合物导体电容，其容量较小（只有100μF），而且ESR并不太低（40毫欧）。如换上大容量，ESR更低的同类产品，最终性能表现将更加突出。
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