一、認(rèn)識(shí)電容

1、儲(chǔ)能能力

電容是電抗元件，其儲(chǔ)存的能量稱為靜電能，理想情況下它自身不消耗能量

，E為電感儲(chǔ)存的能量，C為電容量，V為電容兩端電壓

2、電容電壓無(wú)法突變

，若電壓發(fā)生突變，即du/dt很大，那么電容電流將無(wú)窮大，實(shí)際不可能，所以電容電壓無(wú)法突變。若加在電容上兩端的電壓突然撤走，則電容會(huì)產(chǎn)生較大電流尖峰

3、交流電中電容電流相位超前電壓相位90°

直流電中沒(méi)有相位，而在交流電中，相位是反映交流電任何時(shí)刻的狀態(tài)的物理量

交流電的大小和方向是隨時(shí)間變化的，以正弦交流電為例：

，t為相位

因?yàn)殡娙蓦妷菏菬o(wú)法突變，所以電容電流相位一定超前于電壓相位

通過(guò)上述兩式可得，電容電流相位超前電壓相位90°

4、通高頻阻低頻

，理想情況下電容容抗計(jì)算公式

頻率越小，容抗就越大，信號(hào)就越不容易通過(guò)，所以通高頻

5、通交流隔直流

電容是由兩塊平行板組成，看成是斷路無(wú)法通過(guò)直流電。而交流電不停改變方向產(chǎn)生感應(yīng)電荷從而產(chǎn)生電流，而交流電壓僅在充滿電時(shí)達(dá)到最大值，因此電容通交隔直

6、等效模型

實(shí)際情況下，制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，表現(xiàn)為等效串聯(lián)電阻ESR和串聯(lián)等效電感ESL，所以電容真實(shí)的等效模型，應(yīng)如下圖所示：

，

7、自諧振頻率SRF

當(dāng)頻率低于自諧振頻率時(shí)，電容呈容性，以電容方式工作

當(dāng)頻率等于自諧振頻率時(shí)，電容呈阻性，以電阻方式工作

當(dāng)頻率高于自諧振頻率時(shí)，電容呈感性，以電感方式工作

8、單位換算

9、電容種類

（1）薄膜電容器

常用于安規(guī)電容

X電容，跨接在零火線之間，對(duì)差模干擾起到濾波作用

Y電容，跨接在火線或零線與地(PE)之間，對(duì)共模干擾起到濾波作用

（2）陶瓷電容器

貼片片狀電容，ESR低，容值小，體積小，耐壓低，成本低，常用于低壓電路的濾波、隔直、去耦、儲(chǔ)能

（3）鋁電解電容器

非固態(tài)(液態(tài))電解電容，ESR高，容值大，體積大，耐壓高，成本低，內(nèi)部電解質(zhì)為液體易蒸發(fā)，高溫環(huán)境下壽命低，溫度特性差，常用于低高壓電路的濾波、儲(chǔ)能

（4）固態(tài)電容器

固態(tài)電解電容，ESR低，容值大，體積大，耐壓高，成本高，內(nèi)部電解質(zhì)為固體，溫度特性好，常用于低高壓電路的濾波、儲(chǔ)能

（5）鉭電容器

鉭(電解)電容，ESR低，容值大，體積小，耐壓低，成本高，內(nèi)部電解質(zhì)為金屬鉭，失效后易引起爆裂燃燒

備注：上述僅羅列了常用的電容器，高/低/大/小都是相對(duì)而言，每種電容都有它獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景，如鉭電容可以做到容值大，體積相對(duì)小很多，適合用于小型化產(chǎn)品

通用規(guī)律

①同材質(zhì)電容，一般容值越大，其體積就越大

②同材質(zhì)同容值電容，一般體積越大，其耐壓就越高

③電容ESR跟其材質(zhì)、容值、體積、頻率有關(guān)

④電容成本受市場(chǎng)影響，不同材質(zhì)電容可能存在較大波動(dòng)

10、常見封裝

陶瓷電容封裝公制與英制

11、串并聯(lián)

電容串聯(lián)，等效容值變小，等效耐壓變大

，為N個(gè)電容串聯(lián)后的等效容值?

電容串聯(lián)后的等效耐壓計(jì)算需要分情況來(lái)看

1）若串聯(lián)中每個(gè)電容的容值相等，其等效耐壓為

?

2）若串聯(lián)中每個(gè)電容的容值存在不相等，需要分成單獨(dú)電容來(lái)看耐壓值。先計(jì)算每個(gè)電容所能分到的電壓，然后根據(jù)電壓對(duì)比電容自身的耐壓值來(lái)一一確定是否滿足耐壓

①，是流過(guò)串聯(lián)電容的總電壓(已知)，、和是電容所分到的電壓值(待求解)

②，電容串聯(lián)電流相等

③

④聯(lián)立上述三式可求解出，N為串聯(lián)電容的個(gè)數(shù)，k為第k個(gè)電容

當(dāng)N=2，k=1時(shí)，?

當(dāng)N=2，k=2時(shí)，

當(dāng)N=3，k=1時(shí)，

當(dāng)N=3，k=2時(shí)，

當(dāng)N=3，k=3時(shí)，

當(dāng)N=4，k=1時(shí)，

⑤通過(guò)計(jì)算出來(lái)的分壓值與電容本身的耐壓值做比較，以此判斷電容串聯(lián)后是否能滿足耐壓要求

電容并聯(lián)，等效容值變大同時(shí)ESR會(huì)減小，等效耐壓取最小值

，為N個(gè)并聯(lián)后的等效容值

，為N個(gè)并聯(lián)后的等效耐壓值

二、DC-DC開關(guān)電源

1、BUCK-TPS54202

， 影響輸入電壓紋波，ESR是輸入電容最大等效串聯(lián)阻抗，最大負(fù)載電流，是

開關(guān)頻率

規(guī)格書指出要求，最大耐壓值為

是自舉電容，用于使上管MOS能正常導(dǎo)通，容值采用規(guī)格書推薦陶

瓷電容

下圖為芯片內(nèi)部框圖，上下兩管均為N-MOS，導(dǎo)通需要，但上管MOS源極連SW腳，，為使上管能成功導(dǎo)通，需要升壓電路。此升壓電路僅由組成，當(dāng)上管MOS截止，下管MOS導(dǎo)通時(shí)，

，，被充電；當(dāng)上管MOS導(dǎo)通，下管MOS截止時(shí)，，會(huì)強(qiáng)行泵高BOOT腳上電壓，，使

電路，在時(shí)，輸出由提供經(jīng)由下管MOS續(xù)流至電感維持，在負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，由空載變?yōu)橹剌d，調(diào)節(jié)器需要兩個(gè)或更多的時(shí)鐘周期，以控制電源環(huán)路應(yīng)對(duì)負(fù)載變化，在此期間需要輸出電容來(lái)提供能量，以保證的下降在可接受范圍內(nèi)，因此電容需要足夠大

，是輸出電流的變化量，是可接受的輸出電壓變化范圍，是變換器的開關(guān)頻率，通過(guò)此公式可以評(píng)估出電源帶載能力與輸出電容容值之間的關(guān)系

，是可接受的電源紋波，是電感紋波電流，通過(guò)此公式可以評(píng)估出電源紋波與輸出電容容值之間的關(guān)系，可以明顯得出增大輸出電容容值可以降低電源紋波

，通過(guò)此公式可以評(píng)估出電源紋波與輸出電容ESR之間的關(guān)系

，此公式是在未添加前饋電容下，簡(jiǎn)單估算輸出電容的交叉頻率，規(guī)格書建議此頻率<40kHz

是前饋電容，用于增加電源環(huán)路的相位裕量，提高環(huán)路穩(wěn)定性

，當(dāng)有較高ESR時(shí)，此電容不需要添加，但通常輸出電容使用貼片陶瓷電容時(shí)，ESR都較小

通常：陶瓷電容ESR<鉭電容ESR<電解電容ESR

在BUCK電路中，輸入電容影響輸入電壓紋波，需要關(guān)注它的容值、ESR、耐壓值；自舉電容組成升壓電路，按規(guī)格書推薦選型；輸出電容影響電源帶載能力、電源紋波，需要關(guān)注它的容值、ESR、耐壓值、交叉頻率；前饋電容影響環(huán)路穩(wěn)定性，是否添加與輸出電容ESR有關(guān)

2、BOOST-TPS61023

為輸入電容，用于改善輸入電流紋波。規(guī)格書指出，在使用長(zhǎng)導(dǎo)線給電源供電時(shí)，需要額外增加大容量鉭電容和電解電容，否則輸出端的負(fù)載階躍會(huì)在電源芯片VIN引腳引起振鈴，嚴(yán)重將損壞器件為輸出電容，用于滿足輸出紋波和環(huán)路穩(wěn)定性的要求

，此公式是在使用陶瓷電容時(shí)的計(jì)算公式，忽略了ESR的影響，是最大占空比，可以明顯得出增大輸出電容容值可以降低電源紋波

，若使用的是鉭電容或電解電容，則需要考慮ESR引入的電壓紋波，此公式用于單獨(dú)計(jì)算ESR引入的電壓紋波部分

為前饋電容，用于增加電源環(huán)路的相位裕量，提高環(huán)路穩(wěn)定性

，此公式用于計(jì)算前饋電容容值，是前饋電容產(chǎn)生的零點(diǎn)頻率

3、BUCK-BOOST-TPS61023

是輸入電容，用于改善穩(wěn)壓器的線路瞬態(tài)響應(yīng)和電源EMI。若輸入電源與電源芯片較遠(yuǎn)，則需要額外增加大容量鉭電容或電解電容；若使用高阻抗源工作，建議增大輸入電容容值

是輸出電容，增大電容可以減小瞬態(tài)響應(yīng)過(guò)沖和增加瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間，在輕負(fù)載電流下，輸出電壓紋波取決于輸出電容容值，較大的輸出電容可以降低輸出電壓紋波，但大容值也帶來(lái)大漏電流會(huì)增大

4、總結(jié)

在DC-DC中電容的選型，重點(diǎn)關(guān)注電容的六個(gè)參數(shù)以及規(guī)格書的推薦

，容值

，等效直流阻抗

，耐壓值

，器件封裝

，溫度特性

，電容精度

電容的作用：

①隔直：阻止直流信號(hào)而讓交流信號(hào)通過(guò)（音頻信號(hào)、紋波測(cè)量）

②濾波：濾除雜波

③儲(chǔ)能：當(dāng)負(fù)載變化過(guò)快時(shí)，及時(shí)補(bǔ)償，維持電壓穩(wěn)定

④旁路：針對(duì)輸入信號(hào)，濾除高頻噪聲，容值一般根據(jù)諧振頻率，0.01~0.1uF

⑤去耦：針對(duì)輸出信號(hào)，濾除低頻噪聲，容值一般10uF及以上

原文鏈接：

https://blog.csdn.net/ps574134526/article/details/122484731