中心議題：

• ESR值與漣波電壓的關系
• 溫度對電容ESR值的影響

ESR是高頻電解電容里面最重要的性能參數(shù)，很多電子元器件都強調(diào)“LOW ESR”這一性能特征，也就是ESR值很小的意思。那么，我們?nèi)绾握_理解LOW ESR的實際意義呢？本文將通過介紹電容ESR值與漣波電壓的關系及溫度對電容ESR值的影響，探討電容的ESR值對電容性能的影響。

ESR值與漣波電壓的關系

由于現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，供應給硬件的電壓正呈現(xiàn)越來越低的趨勢，例如INTEL、AMD的最新款CPU，電壓均小于2V，相比以前動輒3、4V的電壓要低得多。但是，另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增，需求的功耗卻是有增無減，因此按P=UI的公式來計算，這些設備對電流的要求就越來越高了。

例如兩顆功耗同樣是70W的CPU，前者電壓是3.3V，后者電壓是1.8V。那么，前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，達到了前者的近一倍。在通過電容的電流越來越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍，那么就會產(chǎn)生比以往更高的漣波電壓（理想的輸出直流電壓應該是一條水平線，而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷）。

此外，即使是相同的漣波電壓，對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對于3.3V的CPU而言，0.2V漣波電壓所占比例較小，還不足以形成致命的影響，但是對于1.8V的CPU而言，同樣是0.2V的漣波電壓，其所占的比例就足以造成數(shù)字電路的判斷失誤。

那么ESR值與漣波電壓的關系何在呢？我們可以用以下公式表示：
V=R（ESR）×I
這個公式中的V就表示漣波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高，采用更低ESR值的電容是勢在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設備上所用的電容，越來越強調(diào)LOW ESR的緣故。
 

上圖就是一個典型的濾波電路，這種電路也被應用在如今的顯卡上。其中的SW IC相當于顯卡上的開關電源，將輸入的5V直流電轉(zhuǎn)換為核心或者顯存需要的3.3V直流電。而電路的L/C部分則構(gòu)成電路的低通濾波器，目的就是盡量濾去直流電中的漣波電壓。

而上圖的表格則表明了，在L/C部分使用不同種類電容的情況下，這個電路中漣波電壓的表現(xiàn)情況。可以看出，具有LOW ESR性能的鋁固體聚合物導體電容（左邊），其消除漣波電壓的性能最強，鉭二氧化錳電容（右邊）性能次之，鋁電解液電容（中間）表現(xiàn)最差。同時最后的數(shù)值還將受溫度影響，這點我們還將在后面詳細說明。
[page]
溫度對電容ESR值的影響

電容的性能并非一成不變，而是會受到環(huán)境的影響，而對電容影響最大的就是溫度。而在不同種類的電容當中，采用電解液作為陰極材質(zhì)的電容例如鋁電解液電容，受溫度影響又最為明顯。因為在不同種類的陰極，例如電解液、二氧化錳、固體聚合物導體當中，只有電解液采用離子導電方式，而其余幾種均采用電子導電方式。對于離子導電而言，溫度越高，其離子活動越強，電離程度也越強。因此，在溫度不超過額定限度的前提下，電解液電容在高溫狀態(tài)下的性能要比低溫狀態(tài)下更好。
 

上圖代表25攝氏度下，三種電容降低漣波電壓的能力（電路可以以上一章節(jié)中的電路圖為參考）。其中第一個表格所使用的OSCON SVP鋁固體聚合物導體電容（1顆，100μF，ESR=40毫歐姆） ），第二個表格所使用的是低阻抗鋁電解液電容（3顆并聯(lián)），第三個表格使用的是低阻抗鉭電容（2顆并聯(lián)）。

從表格中可以看出，在25攝氏度的常溫狀態(tài)下，三者所產(chǎn)生的漣波電壓分別是22.8/23.8/24.8mV。也就是說，1顆鋁固體聚合物導體電容，在25攝氏度下降低漣波電壓的能力，大致相當于2顆鉭電容和3顆鋁電解液電容。
[page]

上圖同樣是這三種電容，同一電路，在70攝氏度下降低漣波電壓的表現(xiàn)。可以看出，鋁固體聚合物導體電容和鉭電容的性能改變都不大，依然保持在24~25mV左右，但是3顆鋁電解液電容并聯(lián)下的漣波電壓降低到了16.4mV，這時只需要并聯(lián)兩顆這種電容，即可達到25攝氏度狀態(tài)下的25mV左右水平，其性能提升巨大。
[page]
下面我們就要看低溫環(huán)境下這三種電容的表現(xiàn)了。上圖是在零下20攝氏度下三種電容的成績。可以看出，在低溫環(huán)境下，鋁電解液電容的性能降低得非常厲害。3顆并聯(lián)狀態(tài)下的漣波電壓由25攝氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要將漣波電壓降低到和25攝氏度相同的數(shù)值，需要并聯(lián)7顆這種電容。相比之下我們還能看出，鋁固體聚合物導體電容和鉭電容的性能，無論是在25度、70度還是-20度環(huán)境下，其波動都不大。
 

從以上分析我們不難看出，鋁電解液電容的ESR值受溫度影響是極其明顯的。上面的圖表則直接畫出了不同種類電容，在不同溫度狀態(tài)下的ESR曲線。其中鋁電解液電容（藍色線）隨溫度（Y軸）的增加，ESR值（X軸）降低明顯。而鋁固體聚合物導體電容（紫色線）和鉭電容（綠色線）以及高檔陶瓷電容（紅色線）則近似于直線，其ESR值受溫度影響不大。而普通陶瓷電容（粉紅線）則受溫度影響較大。
[page]

這里需要說明的是，上表中用做比較的鋁固體聚合物導體電容，其容量較小（只有100μF），而且ESR并不太低（40毫歐）。如換上大容量，ESR更低的同類產(chǎn)品，最終性能表現(xiàn)將更加突出。