電容器的等效串聯電阻（ESR）詳解-KIA MOS管

電容的等效串聯電阻ESR

普遍的觀點：一個等效串聯電阻（ESR）很小的相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉換時的峰值（紋波）電流。

但是，有時這樣的選擇容易引起穩壓器（特別是線性穩壓器 LDO）的不穩定，所以必須合理選擇小容量和大容量電容的容值。永遠記住，穩壓器就是一個放大器，放大器可能出現的各種情況它都會出現。

由于 DC/DC 轉換器的響應速度相對較慢，輸出去耦電容在負載階躍的初始階段起主導的作用，因此需要額外大容量的電容來減緩相對于 DC/DC 轉換器的快速轉換，同時用高頻電容減緩相對于大電容的快速變換。

通常，大容量電容的等效串聯電阻應該選擇為合適的值，以便使輸出電壓的峰值和毛刺在器件的Dasheet 規定之內。高頻轉換中，小容量電容在 0.01μF 到0.1μF 量級就能很好滿足要求。表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容（MLCC）具有更小的 ESR。

另外，在這些容值下，它們的體積和 BOM 成本都比較合理。如果局部低頻去耦不充分，則從低頻向高頻轉換時將引起輸入電壓降低。電壓下降過程可能持續數毫秒，時間長短主要取決于穩壓器調節增益和提供較大負載電流的時間。

用 ESR 大的電容并聯比用 ESR 恰好那么低的單個電容當然更具成本效益。然而,這需要在 PCB 面積、器件數目與成本之間尋求折衷。

深入理解電容器的等效串聯電阻（ESR）

電容器的主要技術指標有電容量、耐壓值、耐溫值。除了這三個主要指標外，其他指標中較重要的就是等效串聯電阻（ESR）了。

有的電容器上有一條金色的帶狀線，上面印有一個大大的空心字母“I”，它表示該電容屬于LOW ESR低損耗電容。有的電容還會標出ESR值（等效串聯電阻），ESR越低，損耗越小，輸出電流就越大，電容器的品質越高。ESR 是Equivalent Series Resistance的縮寫，即“等效串聯電阻”。

理想的電容自身不會有任何能量損失，但實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質有損耗。這個損耗在外部，表現為就像一個電阻跟電容串聯在一起，所以就稱為“等效串聯電阻”。

和ESR類似的另外一個概念是ESL，也就是等效串聯電感。早期的卷制電感經常有很高的ESL，容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經常會成為ESR的一部分，并且ESL會引起串聯諧振等現象。

但是相對電容量來說，ESL的比例很小，出現問題的幾率很小，后來由于電容制作工藝的提高，現在已經逐漸忽略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數值，有些種類電容的 ESR甚至會高達數歐姆。

ESR的高低，與電容器的容量、電壓、頻率及溫度都有關系，當額定電壓固定時，容量愈大 ESR愈低。同樣當容量固定時，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有許多好處；低頻時ESR高，高頻時ESR低；高溫也會造成ESR的升高。

現在電子技術正朝著低電壓高電流電路的設計方向發展，供應給元器件的電壓呈現越來越低的趨勢，但對功率的要求卻絲毫沒有降低。按P=UI的公式來計算，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。

在通過電容的電流越來越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍，那么就會產生更高的紋波電壓（理想的輸出直流電壓應該是一條水平線，而紋波電壓則是水平線上的波峰和波谷）,因此就促使工程師在設計時，要使用最小的ESR電容器。

ESR值與紋波電壓的關系可以用公式V=R（ESR）×I表示。這個公式中的V就表示紋波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高，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》--《由NCP1200構成的12V、1A開關電源》的文章中，對開關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“要選用等效串聯電阻小的優質電解電容，等效電阻不僅會影響轉換率還會影響輸出紋波電壓。”

ESR 是等效“串聯”電阻，將兩個電容串聯，會使ESR值增大，而并聯則會使之減小。因此在需要更低ESR的場合，而低ESR的大容量電容價格又相對昂貴的情況下，用多個ESR相對高的鋁電解電容并聯，形成一個低ESR的大容量電容也是一種常用的辦法。很多開關電源采取的電容并聯的策略，以犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少。

不過一定等效串聯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，在負載發生瞬變的時候，會立即產生波動而引發反饋電路動作，這個快速的響應，以犧牲一定的瞬態性能為代價，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電容器反而會降低整體的性能。

KIA半導體是一家致力于功率半導體電子元器件研發與銷售的高新技術型企業，竭誠服務全球開關電源、綠色照明、電機驅動、汽車電子、新能源充電樁、太陽能設備、數碼家電、安防工程等行業長期合作伙伴，主動了解客戶需求，不斷研發創新，為客戶提供綠色、節能、高效的功率半導體產品。

電容等效串聯電阻 ESR