滤波电容值得选取-ESR

在电路设计中，经常会遇到一个问题，滤波电路中电容器容值的大小该如何选取？其实电容值得选取主要由电容容抗决定，电容容抗包括ESR和ESL，ESR即串联等效电阻，ESL即串联等效电感。

总所周知，电容器作为储能元件，理论上本没有能量的消耗，可实际应用中电容器会产生损耗，进而引起电容器壳体发热。这种损耗便是由电容器的ESR引起的。不同类型的电容器ESR不同，一般来说，电解电容的ESR相对最大。电容器的选取通常要求低ESR，高ESR会导致电容器放电过程中电压的瞬变，影响滤波效果以及增加电路的输入输出噪声，以及会降低电容器的使用寿命等。

下面进入话题，电容器的ESR特性（为了更具体的解释其特性，我们以铝电解电容为例）：

1.ESR的温度特性

ESR的温度特性与电容器的电极材料、电解质和绝缘材料有关，ESR温度特性便是电容器各部分材料的温度特性的叠加。铝电解电容器的ESR由电解液电阻、负极极板的氧化铝电阻、铝板和阴阳箔电阻影响，其关系如下图

从图中可知，ESR与电阻温度特性有很大的区别，电解电容器的ESR温度特性在25℃左右ESR达到最低，而在低温限时ESR将会增加到数十倍或更高。

2.ESR的频率特性

我们都知道电容阻抗的计算公式为 Xc=1/2πfc，这里容抗与频率f和容值c有关，那么ESR与频率是否相关呢？

实际上频率f是影响ESR的重要因素，这一点，我想大家都是知道的。以下图表是说明ESR的频率特性：

上图向我们说明了ESR及阻抗Z的频率曲线，在10Khz以下，ESR和阻抗Z随频率的升高而降低，此时影响阻抗的主要因素是容抗受频率的影响；在10Khz时阻抗和ESR达到最低值（滤除10Khz杂波的效果最好）；之后，ESR几乎不在改变，阻抗Z将会随着ESL受频率的升高而增大。通常所说的电容呈容性和感性也是此缘由，电容在不同频率所主导的特性不一样。

3.ESR与材质的关系

上面说到电容的阻抗的影响因素有频率f与容值c，那么容值与ESR的关系又是如何的呢?

除去其他影响因素下，理想情况下电容器的ESR估计公式为：

可是现实中影响ESR的因素有很多，电容器的制作材料和结构也是影响其变化的重要因素。综合这些因素，我们就可以对电解电容容值一般大于陶瓷电容，反而ESR远远大于陶瓷电容的ESR了。下图说明了几种材质电容器ESR随频率的大致变化：

一般来说，电解电容的ESR较大，钽电容和陶瓷电容具有低ESR，是高稳定电源的理想选择。