在温度不超过额定限度的前提下

 电容器作用     |      2019-01-28 03:11

  值不能保持在一个较小的范围,那么就会产生比以往更高的涟波电压(理想的输出直流电压应该是一条水平线,而涟波电压则是水平线上的波峰和波谷)。此外,即使是相同的涟波电压,对低电压电路的影响也要比在高电压情况下更大。例如对于3.3V的CPU而言,0.2V涟波电压所占比例较小,还不足以形成致命的影响,但是对于1.8V的CPU而言,同样是0.2V的涟波电压,其所占的比例就足以造成数字电路的判断失误。那么的ESR,I表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高,采用更低ESR值的电容是势在必行。这就是为什么如今的板卡等硬件设备上所用的电容,越来越强调LOW ESR的缘故。

  上图就是一个典型的滤波电路,这种电路也被应用在如今的显卡上。其中的SW IC相当于显卡上的开关电源,将输入的5V直流电转换为核心或者显存需要的3.3V直流电。而电路的L/C部分则构成电路的低通滤波器,目的就是尽量滤去直流电中的涟波电压。

  而上图的表格则表明了,在L/C部分使用不同种类电容的情况下,这个电路中涟波电压的表现情况。可以看出,具有LOW ESR性能的铝固体聚合物导体电容(左边),其消除涟波电压的性能最强,钽二氧化锰电容(右边)性能次之,铝电解液电容(中间)表现最差。同时最后的数值还将受温度影响,这点我们还将在后面详细说明。第5页:注意你的室温 温度与电容性能的密切关系 电容的性能并非一成不变,而是会受到环境的影响,而对电容影响最大的就是温度。而在不同种类的电容当中,采用电解液作为阴极材质的电容例如铝电解液电容,受温度影响又最为明显。因为在不同种类的阴极,例如电解液、二氧化锰、固体聚合物导体当中,只有电解液采用离子导电方式,而其余几种均采用电子导电方式。对于离子导电而言,温度越高,其离子活动越强,电离程度也越强。因此,在温度不超过额定限度的前提下,电解液电容在高温状态下的性能要比低温状态下更好。

  上图代表25摄氏度下,三种电容降低涟波电压的能力(电路可以以上一章节中的电路图为参考)。其中第一个表格所使用的OSCON SVP铝固体聚合物导体电容(1颗,100μF,ESR=40毫欧姆) ),第二个表格所使用的是低阻抗铝电解液电容(3颗并联),第三个表格使用的是低阻抗钽电容(2颗并联)。 从表格中可以看出,在25摄氏度的常温状态下,三者所产生的涟波电压分别是22.8/23.8/24.8mV。也就是说,1颗铝固体聚合物导体电容,在25摄氏度下降低涟波电压的能力,大致相当于2颗钽电容和3颗铝电解液电容。

  上图同样是这三种电容,同一电路,在70摄氏度下降低涟波电压的表现。可以看出,铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能改变都不大,依然保持在24~25mV左右,但是3颗铝电解液电容并联下的涟波电压降低到了16.4mV,这时只需要并联两颗这种电容,即可达到25摄氏度状态下的25mV左右水平,其性能提升巨大。

  下面我们就要看低温环境下这三种电容的表现了。上图是在零下20摄氏度下三种电容的成绩。可以看出,在低温环境下,铝电解液电容的性能降低得非常厉害。3颗并联状态下的涟波电压由25摄氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要将涟波电压降低到和25摄氏度相同的数值,需要并联7颗这种电容。相比之下我们还能看出,铝固体聚合物导体电容和钽电容的性能,无论是在25度、70度还是-20度环境下,其波动都不大。

  从以上分析我们不难看出,铝电解液电容的ESR值受温度影响是极其明显的。上面的图表则直接画出了不同种类电容,在不同温度状态下的ESR曲线。其中铝电解液电容(蓝色线)随温度(Y轴)的增加,ESR值(X轴)降低明显。而铝固体聚合物导体电容(紫色线)和钽电容(绿色线)以及高档陶瓷电容(红色线)则近似于直线,其ESR值受温度影响不大。而普通陶瓷电容(粉红线)则受温度影响较大。 这里需要说明的是,上表中用做比较的铝固体聚合物导体电容,其容量较小(只有100μF),而且ESR并不太低(40毫欧)。如换上大容量,ESR更低的同类产品,最终性能表现将更加突出。