电容总结{申请加精}

Anqi160

电容的用处其实就是“让交流通过，不让直流通过。”所以电容可以分离交流信号和直流信号。所以当高频信号是干扰时可以用电容将干扰滤掉。要知道电容的选材原则，首先要知道电容的滤波原理：在高频场合或对于高频信号电容等效于一个LCR电路（并联等效可以忽略），当频率达到LCR谐振频率时电容的阻抗最小，该频率的信号最容易通过电容。但是当电路频率高于电容的自谐振频率后，频率越高电容显感性阻抗越来越高，使旁路作用大大下降。自谐振频率受电容值的大小和等效电感的大小决定。电容越大自谐振频率越，等效电感越大自谐振频率越低。自谐振公式如下：

一般0.1uF的表面贴电容的等效电感有3nH。那么，它的自谐振频率为：

也就是说9.2MHz的干扰将很容易通过这个0.1uF的电容被滤掉。
一般可以认为ESL为15nH/in。例如0603封装的就是长0.6in、宽0.3in、ESL=9 nH。下表为通常情况下容值对应的滤波频率（自谐振频率）。

一、滤波电容作用（旁路或去耦，至少在摆放位置上这两者是一样的）：
网上参考：通常采用旁路电容来解决稳压器无法适应系统中高速器件引起的负载变化，以确保电源输出的稳定性及良好的瞬态响应。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。应该明白，大容量和小容量的旁路电容都可能是必需的，有的甚至是多个陶瓷电容和钽电容。这样的组合能够解决上述负载电流或许为阶梯变化所带来的问题，而且还能提供足够的去耦以抑制电压和电流毛刺。在负载变化非常剧烈的情况下，则需要三个或更多不同容量的电容，以保证在稳压器稳压前提供足够的电流。快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制，中速的瞬态过程由低频大容量来抑制，剩下则交给稳压器完成了。其次，旁路电容并联可以减少整体的ESR，这样不仅能让干扰接地的阻抗更小，还能分散每个电容的功耗，延长电容的使用寿命。
个人认为：滤波电容就是要在任何情况下，保证供给给器件的电源或信号质量可以被接受。具体有一下几点。1、负载突然增大电流的需求时，短时间内供给负载电流，保证输入端电压没有大的下降（相当于滤除低频信号）。2、在干扰（高频）进入负载前将其滤除。
电容重要参数作用。
1、ESR：通常越小越好（除非为了减小并联谐振的影响）。干扰电流经过ESR，ESR越小在ESR两端产生的纹波电压越小，即抑制纹波的能力越强。ESR收电容类型影响较大具体见下面选材原则。
2、ESL：永远越小越好。越小自谐振频率越高，滤高频能力越强。实际设计时，选取的电容如果ESL较大会影响设计效果，使原设计中电容滤除的频率变低。ESL有三方面决定：1、封装。表面贴比插针式的小，封装越小ESL越小。2、引线长度。旁路时要与IC放得尽可能近，越近ESL越小，引线越粗越短ESL越小。如图。
旁路电容的放置要尽量靠近IC，而且要用粗点的走线。例如：

图中b的放置和走线是最好的。
过孔与旁路电容的放置要点。如下：

a和b是可以接受的。过孔不能放在旁路电容前面，两个旁路电容不能连到一个孔上。3、电容内的等效电感，实际中不能控制，只有选材时看datasheet。
3、容值C：越大则滤波频率越低，但存储的能量越多，越高则滤波的频率越高，虽然能更快速提供存储的能量，但是所存的能量更小。
例一、例如下图。

VCC5给BUCK电路供电，MOS管在开启关闭时会有过冲现象， 因而需要在VCC5输入端有并联旁路电容。其中，小容值（small ceramic capacitor：C13、C14、C15）电容起到去除高频分量的作用（相当于滤除高频小幅值的纹波），大电容（input bulk capacitor：CE26、CE27）用于Q4导通时瞬间的电流需求，保证5V没有过大的衰减（相当于滤除低频大幅值的纹波）。此处，取材原则如下：
1、选取大电容（input bulk capacitor：CE26、CE27）时参考如下
封装类型： 对于大电容（input bulk capacitor：CE26、CE27）上句说明最好不要用插针式的电容，应该使用表面贴式的电容，表面贴的ESL较插针式的要小，自谐振频率更高，对交流干扰滤波能力就更强（尽管所率频率较低，ESL永远是越小越好）。
电容类型：

通过比较，选取表面贴式poscap电容，主要考虑EC4板子的大小限制了器件的大小，要在小区域完成高性能旁路作用，所以选poscap电容。其他参数的原因见下。
额定电压： 此处要求的是可靠性，所以主要选取条件是额定电压和能承受的最大纹波电流。一般选取电容的额定电压是实际应用的1.5倍以上，此处选取的10TPB220M额定电压是10V为5V的两倍满足要求。
最大承受纹波电流：最大承受纹波电流一般为电容滤波线上直流电流的1/2。此处，1.05V的电流是18A，功率约为18.9W。以BUCK的转化效率推断5V大概需要5A以内的电流。所以此处的10TPB220M电容的最大承受纹波电流是3000mA，满足要求。

等效串联电阻ESR:
ESR小可以带来两点好处：1、提高电容对瞬态事件的反应能力，使电容能及时提供电流给系统。此处，对这点要求较高，所以选取的电容ESR只有40毫欧姆。2、增强减小纹波电压的能力。ESR越小纹波电流经过电容产生的纹波电压就越小。
高频特性oscap电容的高频特性很好，容值随频率升高减少缓慢，特别是在100～5000kHz范围内，其ESR及阻抗都相当低(小于0.1Ω)，可减小损耗，并且能很好地减小纹波电压。
温度特性:

其次，poscap电容的温度特性很好是X6R，10TPB220M在温度从-55℃到105℃变化范围内，其ESR值及阻抗值基本不变。

体积小适合回流焊：10TPB220M 大小为7.3mm*4.3mm，如果用铝电解电容则体积太大，且数量要求更多。适合回流焊。
电容的容值：参考公式： 。其中： 为导通电流强度， 为5V允许的衰减范围, 为5V开关电源能响应电流需求的时间。所以 。再考虑其作为储能电容的作用，所以选取两个220uF，如果实际中发现Q1导通瞬间电压不足可以再并一个220uF电容进行调试。
摆放位置：从公司实际的板子上看，只要是起滤波作用的（旁路、去耦）都一定放在电源入IC的端口附近。即使是图中CE28、CE29这样的大整流电容（相当于滤低频）也不是放在开关电源的输出端，而是放在IC的电源输入端。
2、小容值电容（small ceramic capacitor：C13、C14、C15）选取参考如下：
小容值电容主要是高频小幅值滤波，因此主要考虑它们的滤波频带宽度和滤波能力。

上图是同一容值的不同封装的阻抗曲线，封装越大ESL越大，自谐振频率越小。

上图是不同容值相同封装的阻抗曲线，当ESL一定（概率上）时，电容值越小自谐振频率越高，滤高频效果越好。

上图是较理想的阻抗曲线，每一个容值的电容封装都做到最小，这样每个电容都能发挥全部的滤波能力。所以滤波可以选取不同的容值，尽量小的封装的电容。
其次，很重要的一点是，不同容值的电容并联可能会引起并联谐振。例如。

对在两个电容自谐振频率之间的信号来说，一个电容显感性，一个电容显容性，则会在某个频率上发生并联谐振，使阻抗变得很大。但是当需要在一个较宽的范围频带上滤波的话则必须要不同容值的电容，避免或减小并联谐振的方法是：

增大ESR、减小ESL和使用多量不同容值的电容。实际中，由于板子的大小限制不可能放很多数量的电容，因此可以尽量选取不同容值的电容。其次，实际中，不能增加ESR那样会增大纹波，所以只能选择小ESL的电容。

上图是相同数量，两种容值和三种容值的阻抗曲线。

fengya111

好东西，经验足，顶

Jasion125

很好的东西  我需要的

abacfaq

俺也支持一下……

william_hu80

1# Anqi160
如果有图就更好了

james5

好多好詳細,感謝感謝

richard_wang_yq

很好的基础培训资料，可惜没图

richard_wang_yq

楼主能否做成word或者pdf的详细的培训资料供大家下载学习啊

linyuanfei

好啊！！！

F_S

好东西！！