【導(dǎo)讀】圖1顯示了組成一個電容器的基本寄生，由等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）組成，并且以曲線圖呈現(xiàn)出三種電容器（陶瓷電容器、鋁質(zhì)電解電容器和鋁聚合物電容器）的阻抗與頻率之間的關(guān)系。
圖1:寄生對陶瓷、鋁和鋁聚合物電容器阻抗的影響不同
表1顯示了用于生成這些曲線的各個值。這些值為低壓（1V~2.5V）、中等強(qiáng)度電流（5A）同步降壓源的典型值。
表1:三種電容器的比較情況，各有優(yōu)點(diǎn)。
低頻下，所有三種電容器均未表現(xiàn)出寄生分量，因?yàn)樽杩姑黠@只與電容相關(guān)。但是，鋁電解電容器阻抗停止減小，并在相對低頻時開始表現(xiàn)出電阻特性，并且不斷增加，直到達(dá)到某個相對高頻為止（電容器出現(xiàn)電感）。鋁聚合物電容器為與理想狀況不符的另一種電容器。有趣的是，它擁有低ESR，并且ESL很明顯。陶瓷電容器也有低ESR，但由于其外殼尺寸更小，它的ESL小于鋁聚合物和鋁電解電容器。
圖2顯示運(yùn)作在500kHz下的連續(xù)同步調(diào)節(jié)器模擬的電源輸出電容器波形，使用了圖1所示陶瓷、鋁和鋁聚合物電容器的主要阻抗（依次為電容、ESR和ESL）。
圖2:電容器及其寄生要素在連續(xù)同步降壓調(diào)節(jié)器中形成不同的紋波電壓
紅色線條為鋁電解電容器，其由ESR主導(dǎo)。因此，紋波電壓與電感紋波電流直接相關(guān)。
藍(lán)色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓，其擁有小ESL和ESR。這種情況的紋波電壓為輸出電感紋波電流的組成部分。由于紋波電流為線性，因此紋波電壓就與時間形成了平方關(guān)系，并且外形看似正弦曲線。
最后，綠色線條代表了阻抗由其ESL主導(dǎo)的鋁聚合物等電容器的紋波電壓。在這種情況下，輸出濾波器電感和ESL形成一個分壓器。
這些波形的相對相位與我們預(yù)計(jì)的一樣。ESL主導(dǎo)時，紋波電壓引導(dǎo)輸出濾波器電感電流。ESR主導(dǎo)時，紋波與電流同相，而電容主導(dǎo)時，則有延遲。現(xiàn)實(shí)情況下，輸出紋波電壓并非僅包含某個元件的電壓。相反，它是所有三個元件電壓之和。因此，在紋波電壓波形中都能看到其某些部分。
圖3顯示了一個深度連續(xù)反激或者降壓調(diào)節(jié)器的波形，其輸出電容器電流可以為正或負(fù)，而具體狀態(tài)會不斷快速變化。紅色線條清楚地說明了這種情況，其電壓由電流乘以ESR得出，結(jié)果為一種方波，其中包含電容器電壓。
這種情況將導(dǎo)致線性充電和放電，如藍(lán)色三角波形所示。最后，僅當(dāng)電流在過渡期間變化時，電容器ESL的電壓才會發(fā)生明顯變化。這種電壓會非常高，取決于輸出電流上升時間。請注意，在這種情況下，綠色線條需除以10（假設(shè)電流過渡時間為25 nS）。這些大電感尖峰就是在反激或降壓電源中經(jīng)常出現(xiàn)雙級濾波器的眾多原因之一。
圖3:波形隨連續(xù)反激或者降壓輸出電流而變化
總之，輸出電容器的阻抗有助于提高紋波和瞬態(tài)性能。隨著電源頻率升高，寄生問題的影響也就越大、越不可忽視。在20kHz附近，鋁電解電容器的ESR大到足以主導(dǎo)電容阻抗。在100kHz時，一些鋁聚合物電容表現(xiàn)出電感，電源進(jìn)入兆赫茲開關(guān)頻率時，應(yīng)注意所有三種電容器的ESL。
推薦閱讀：
