一、認識電容

1、儲能能力

電容是電抗元件，其儲存的能量稱為靜電能，理想情況下它自身不消耗能量

，E為電感儲存的能量，C為電容量，V為電容兩端電壓

2、電容電壓無法突變

，若電壓發生突變，即du/dt很大，那么電容電流將無窮大，實際不可能，所以電容電壓無法突變。若加在電容上兩端的電壓突然撤走，則電容會產生較大電流尖峰

3、交流電中電容電流相位超前電壓相位90°

直流電中沒有相位，而在交流電中，相位是反映交流電任何時刻的狀態的物理量

交流電的大小和方向是隨時間變化的，以正弦交流電為例：

，t為相位

因為電容電壓是無法突變，所以電容電流相位一定超前于電壓相位

通過上述兩式可得，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算公式

頻率越小，容抗就越大，信號就越不容易通過，所以通高頻

5、通交流隔直流

電容是由兩塊平行板組成，看成是斷路無法通過直流電。而交流電不停改變方向產生感應電荷從而產生電流，而交流電壓僅在充滿電時達到最大值，因此電容通交隔直

6、等效模型

實際情況下，制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質有損耗，表現為等效串聯電阻ESR和串聯等效電感ESL，所以電容真實的等效模型，應如下圖所示：

，

7、自諧振頻率SRF

當頻率低于自諧振頻率時，電容呈容性，以電容方式工作

當頻率等于自諧振頻率時，電容呈阻性，以電阻方式工作

當頻率高于自諧振頻率時，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

常用于安規電容

X電容，跨接在零火線之間，對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、儲能

（3）鋁電解電容器

非固態(液態)電解電容，ESR高，容值大，體積大，耐壓高，成本低，內部電解質為液體易蒸發，高溫環境下壽命低，溫度特性差，常用于低高壓電路的濾波、儲能

（4）固態電容器

固態電解電容，ESR低，容值大，體積大，耐壓高，成本高，內部電解質為固體，溫度特性好，常用于低高壓電路的濾波、儲能

（5）鉭電容器

鉭(電解)電容，ESR低，容值大，體積小，耐壓低，成本高，內部電解質為金屬鉭，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/小都是相對而言，每種電容都有它獨特的應用場景，如鉭電容可以做到容值大，體積相對小很多，適合用于小型化產品

通用規律

①同材質電容，一般容值越大，其體積就越大

②同材質同容值電容，一般體積越大，其耐壓就越高

③電容ESR跟其材質、容值、體積、頻率有關

④電容成本受市場影響，不同材質電容可能存在較大波動

10、常見封裝

陶瓷電容封裝公制與英制

11、串并聯

電容串聯，等效容值變小，等效耐壓變大

，為N個電容串聯后的等效容值?

電容串聯后的等效耐壓計算需要分情況來看

1）若串聯中每個電容的容值相等，其等效耐壓為

?

2）若串聯中每個電容的容值存在不相等，需要分成單獨電容來看耐壓值。先計算每個電容所能分到的電壓，然后根據電壓對比電容自身的耐壓值來一一確定是否滿足耐壓

①，是流過串聯電容的總電壓(已知)，、和是電容所分到的電壓值(待求解)

②，電容串聯電流相等

③

④聯立上述三式可求解出，N為串聯電容的個數，k為第k個電容

當N=2，k=1時，?

當N=2，k=2時，

當N=3，k=1時，

當N=3，k=2時，

當N=3，k=3時，

當N=4，k=1時，

⑤通過計算出來的分壓值與電容本身的耐壓值做比較，以此判斷電容串聯后是否能滿足耐壓要求

電容并聯，等效容值變大同時ESR會減小，等效耐壓取最小值

，為N個并聯后的等效容值

，為N個并聯后的等效耐壓值

二、DC-DC開關電源

1、BUCK-TPS54202

， 影響輸入電壓紋波，ESR是輸入電容最大等效串聯阻抗，最大負載電流，是

開關頻率

規格書指出要求，最大耐壓值為

是自舉電容，用于使上管MOS能正常導通，容值采用規格書推薦陶

瓷電容

下圖為芯片內部框圖，上下兩管均為N-MOS，導通需要，但上管MOS源極連SW腳，，為使上管能成功導通，需要升壓電路。此升壓電路僅由組成，當上管MOS截止，下管MOS導通時，

，，被充電；當上管MOS導通，下管MOS截止時，，會強行泵高BOOT腳上電壓，，使

電路，在時，輸出由提供經由下管MOS續流至電感維持，在負載發生突變時，由空載變為重載，調節器需要兩個或更多的時鐘周期，以控制電源環路應對負載變化，在此期間需要輸出電容來提供能量，以保證的下降在可接受范圍內，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，是變換器的開關頻率，通過此公式可以評估出電源帶載能力與輸出電容容值之間的關系

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

，通過此公式可以評估出電源紋波與輸出電容ESR之間的關系

，此公式是在未添加前饋電容下，簡單估算輸出電容的交叉頻率，規格書建議此頻率<40kHz

是前饋電容，用于增加電源環路的相位裕量，提高環路穩定性

，當有較高ESR時，此電容不需要添加，但通常輸出電容使用貼片陶瓷電容時，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，需要關注它的容值、ESR、耐壓值；自舉電容組成升壓電路，按規格書推薦選型；輸出電容影響電源帶載能力、電源紋波，需要關注它的容值、ESR、耐壓值、交叉頻率；前饋電容影響環路穩定性，是否添加與輸出電容ESR有關

2、BOOST-TPS61023

為輸入電容，用于改善輸入電流紋波。規格書指出，在使用長導線給電源供電時，需要額外增加大容量鉭電容和電解電容，否則輸出端的負載階躍會在電源芯片VIN引腳引起振鈴，嚴重將損壞器件為輸出電容，用于滿足輸出紋波和環路穩定性的要求

，此公式是在使用陶瓷電容時的計算公式，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，此公式用于單獨計算ESR引入的電壓紋波部分

為前饋電容，用于增加電源環路的相位裕量，提高環路穩定性

，此公式用于計算前饋電容容值，是前饋電容產生的零點頻率

3、BUCK-BOOST-TPS61023

是輸入電容，用于改善穩壓器的線路瞬態響應和電源EMI。若輸入電源與電源芯片較遠，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響應過沖和增加瞬態響應時間，在輕負載電流下，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，但大容值也帶來大漏電流會增大

4、總結

在DC-DC中電容的選型，重點關注電容的六個參數以及規格書的推薦

，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：阻止直流信號而讓交流信號通過（音頻信號、紋波測量）

②濾波：濾除雜波

③儲能：當負載變化過快時，及時補償，維持電壓穩定

④旁路：針對輸入信號，濾除高頻噪聲，容值一般根據諧振頻率，0.01~0.1uF

⑤去耦：針對輸出信號，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