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电容,被动元件家族的“老二”,但在被动元件三兄弟中,它的脾气最大。为什么这么说呢?你像电阻和电感,使用的不合适,电路顶多是不工作,可电容要是用错,那是会给你表演一个“自爆”的。
很多新手在选择电容时,通常只是看电容的容量是否满足使用要求,然后再看看工作电压是多少,精度是多少,最后再看看哪个电容的“顺眼”,就选哪个了。这样选择,一般的电路都是可以工作的,但是对于一些有特殊要求的电路,就不一定了,那除了电容值和耐压,还需要关注哪些参数呢?今天,我们就一起看看电容使用时那些容易被忽视的参数。
第一个就是等效串联电阻ESR,它是衡量在特定工作条件下电容的等效电阻。
ESR值较高的电容在高频下会产生较大的损耗,导致电路效率降低,同时可能产生较高的纹波电压,影响电路的稳定性。例如,在国巨的电容数据手册中,清楚的给出了阻抗曲线,这样就能根据我们的电路特性去做精准选择,有些厂商只给出了一个特定频率下的ESR值,例如松下的电容,在数据表中就给出了在100KHz下测量的ESR值,另外一些厂家的数据手册里是没有这一项的,我们就需要联系厂家,让他们提供相关参数。
那ESR值是不是越小越好呢?并不是这样的,在一些LDO应用中,就对输出电容的ESR值有要求,在电路启动瞬间,较大的ESR值可以限制电容充电的速度,从而避免LDO芯片因瞬间过电流损坏。
第二个参数就是等效串联电感(ESL),ESL是衡量在特定工作条件下电容的等效电感,它反映了电容在高频下的寄生电感。
ESL在高频电路中可能对电路性能产生不利影响,如引起谐振等。较大的ESL可能导致电路在高频下的性能下降,甚至无法正常工作,ESL值很多厂家的数据手册里是不提供的,需要我们联系厂家。
第三个参数是漏电流,漏电流是指电容在正常工作电压下,通过电容绝缘层的微小电流。漏电流的大小直接影响电容的绝缘性能和长期稳定性。较大的漏电流可能导致电容发热、性能下降甚至损坏,漏电流我们在数据手册里是可以找到的。
第四个是纹波电流能力,它是指电容能够承受的最大纹波电流值,在需要承受较大纹波电流的场合,如开关电源等,这是一个重要的参数,超过电容的纹波电流能力可能导致电容发热、性能下降甚至损坏。
第五个是损耗角的正切(TANδ),这是电容的损耗因子,理想状况下,电路上不存在电容器内部的能量消耗,但实际上,电容器的等效串联电阻会引发能量损耗。等效串联电阻 ESR 同容抗之比称之为正切。它大小直接影响电容的发热量和效率。较大的值意味着电容在交流电路中的损耗较大,发热量较高,可能影响电路的稳定性和效率。这个参数大部分厂商的数据手册里是给我们的。
第六个是温度特性,温度特性是指电容在不同温度下的性能变化情况。对于需要在宽温度范围内工作的电路来说,电容的温度特性是一个重要的考虑因素。不同材料的电容具有不同的温度特性,有的电容在高温下性能下降较快,有的则在低温下性能不稳定,这一项参数是非常重要的,如果温度特性选择错误,会导致电容失效,进而造成电路工作不正常。
最后一个就是电容类型,电容根据材质,分类是非常多的,例如,陶瓷电容、电解电容、钽电容等,不同的材质,其特性是不同的,所应用的场景也是不同的。
讲一个使用电容时的翻车案例,在焊板子时,一颗10uF/1210封装的陶瓷电容没到货,然后再废板子上拆一颗差不多,当时在废板子上找到了一颗黄色的电容,PCB丝印是10uF,拆下来对比了一下封装,正好能焊上去,看着都是固态电容,应该没问题,一通电,哎,您猜怎么着?板子放烟花。拆下来的是钽电容,虽然也是固态电容的一种,但是这玩意有极性,而且耐压很低,不但拆了一个耐压只有10V的钽电容代替了50V的陶瓷电容,还把钽电容的极性焊反了,双重Buff,促成了这场烟花秀,所以,我们在选择电容时一定要去看材数据手册。
好了,这就是我们在使用电容时需要关注的隐藏参数了,这里有同学可能会说,对于不提供ESR、ESL或者正切(TANδ)参数的厂家,像个人开发者这种小批量用户,他们是不会理睬的,那该怎么办呢?这就需要自己买RLC电桥或阻抗分析仪等工具实测了。