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  电源设计中的电容应用       电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电 源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。       这里，只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设计中最容易被 忽略的地方。很多人搞ARM ，搞DSP，搞FPGA，乍一看似乎搞的很高深，但未必有能力为 自己的系统提供一套廉价可靠的电源方案。这也是我们国产电子产品功能丰富而性能差的一 个主要原因，根源是研发风气吧，大多研发工程师毛燥、不踏实;而公司为求短期效益也只 求功能丰富，只管今天杀鸡饱餐一顿，不管明天还有没有蛋吃，“路有饿死骨”也不值得可 惜。      好了，言归正转，先跟大家介绍一下电容。      大家对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段，一般认为电容就是一个C 。却不知道 电容还有很多重要的参数，也不知道一个1uF 的瓷片电容和一个1uF 的铝电解电容有什么不 同。       实际的电容可以等效成下面的电路形式：  ESR  C  ESL        C: 电容容值。一般是指在1kHz，1V 等效AC 电压，直流偏压为0V 情况下测到的，不过 也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意，电容值C 本身是会随环境发生改变的。       ESL：电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小，所以可 以不考虑。当频率较高时，就要考虑这个电感了。举个例子，一个0805 封装的0.1uF 贴片 电容，每管脚电感1.2nH,那么ESL 是2.4nH,可以算一下C 和ESL 的谐振频率为10MHz 左右， 当频率高于10MHz，则电容体现为电感特性。       ESR:电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻，当电容工作在谐振点 频率时，电容的容抗和感抗大小相等，于是等效成一个电阻，这个电阻就是ESR。因电容结 构不同而有很大差异。铝电解电容ESR 一般由几百毫欧到几欧，瓷片电容一般为几十毫欧， 钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。       下面我们看一些X7R 材质瓷片电容的频率特性：             当然，电容相关的参数还有很多，不过，设计中最重要的还是C 和ESR。       下面简单介绍一下我们常用到的三种电容：铝电解电容，瓷片电容和钽电容。       1)铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制，然后再浸电解质液制成的，其原理是化 学原理，电容充放电靠的是化学反应，电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速 度限制，一般都应用在频率较低（1M 以下）的滤波场合，ESR 主要为铝萡电阻和电解液等 效电阻的和，值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效，随温度升高 挥发速度加快。温度每升高10 度，电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27 度时能使用 10000 小时的话，57 度的环境下只能使用1250 小时。所以铝电解电容尽量不要太靠近热源。      2)瓷片电容存放电靠的是物理反应，因而具有很高的响应速度，可以应用到上G 的场合。 不过，瓷片电容因为介质不同，也呈现很大的差异。性能最好的是 C0G 材质的电容，温度 系数小，不过材质介电常数小，所以容值不可能做太大。而性能最差的是 Z5U/Y5V 材质， 这种材质介电常数大，所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压（直 流电压会致使材质极化，使电容量减小）影响很严重。下面我们看一下 C0G、X5R 、Y5V 三 种材质电容受环境温度和直流工作电压的影响。            可以看到C0G 的容值基本不随温度变化，X5R 稳定性稍差些，而Y5V 材质在60 度时， 容量变为标称值的50%。