【经验】解析ESR对陶瓷电容器的选择有什么影响

时间： 2022-03-30 来源：Knowles

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本文Knowles（楼氏电容）将解析ESR对陶瓷电容器的选择有什么影响，供工程师参考及使用。

一、等效串联电阻(ESR)

电容器中总会出现某种类型的内阻，这就是等效串联电阻（ESR）。该电阻的阻力因电容器而异，这取决于多种因素，包括所使用的介电材料、应用的频率、泄漏，以及电容器的质量和可靠性。图1中的两个图标显示了在两种不同类型的陶瓷介质上，ESR是如何随着频率的增加而变化的。

图1 上图显示了使用I类介质的电容器的ESR与频率的关系，而下图代表了II类介质

在某些情况下，ESR的值可能非常小，对于一些简单的设计或低频应用可以忽略不计。然而，对于某些大功率或高频应用，在总阻抗的计算中考虑ESR值，对于维持运行效率或预防潜在失效是至关重要的。让我们探究下此类应用的ESR值是如何计算的。

二、了解电容器自谐振频率

首先，在确保电容器在电阻最小的点运行的情况下，了解电路的自谐振频率（Self-Resonant Frequency/SRF）至关重要。

SRF是电容器阻抗最小的点，因为在这一点上ESR是唯一影响电容器总损耗的因素。在低频时，极化延迟造成的介质损耗是阻抗的主要因素。当频率高于SRF时，寄生电感开始主导电路运行，这会使电容器过热并可能导致失效。由于ESR依赖于应用频率，因此SRF会受到工作频率的影响，关系如图2所示。

图2 阻抗如何随工作频率增加而变化图示

三、使用低损耗，高Q值MLCC降低高频电路的ESR

一般而言，在相同的容值和额定电压下，铝和钽电容的ESR比陶瓷电容高（表1）。

表1 该表显示了使用不同电介质的电容器的“典型”ESR值

因此，多层陶瓷电容器（MLCC）通常是高频或大功率应用的最佳选择。通过在这些应用中使用低ESR 的MLCC，可以最小化电容损耗，同时提高电源的效率和稳定性，并降低纹波电压的输出。

楼氏电容（Knowles Precision Devices）深谙ESR对这些大功率或高频电路的影响并且明晰Q值是关键。同样深知，单单一个超低ESR电容器，并不能够适用于所有场合，因为ESR的变化取决于您的设备的运行频率。因此，我们制作了II类陶瓷介质（BX或X7R，这取决于芯片尺寸），它既能提供高体积效率，并且压电效应可以忽略不计。针对大功率宽带耦合和开关电源等严苛环境应用，楼氏电容专门设计了一个产品系列。下面两个图表，分别显示了基于三种不同介质材料的电容器的ESR和Q值与容值的关系（图3）。

图3 Knowles楼氏电容制造了一系列性能可靠的电容器，同时将ESR降至最低

总体而言，具有低ESR的电容器散热较少，并且可以防止MLCC过热从而可能导致的电容器失效。因此，若您正在制作一个需要在大功率或高频环境下工作的电路，其中任何的附加电阻都可能对您的电路产生负面影响，您需要将ESR视为确保应用可靠运行的必要因素。

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选型指南 - EXXELIA - 09/2021 PDF 英文下载

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提供了多种封装，X7R符合AEC-Q200以及安规认证等特点。产品性能优越，Flexicap结构设计下具有极高的可靠性，产品涉及广泛，最高耐压6000V，旗下拥有非常有竞争力的高Q电容。

产品型号	品类	Size Code	Termination Material	Rated Voltage(Vdc)	Capacitance Value（pF、nF、uF）	Capacitance Tolerance(%、pF)	Dielectric Classification
0603J0500120JAB	Multilayer Ceramic Chip Capacitor	0603	Nickel barrier	50Vdc	12pF	±5%	C0G/NP0(1B) to AEC-Q200

选型表 - Knowles 立即选型

展会回顾丨宇阳科技携带最新MLCC系列产品亮相elexcon2024深圳国际电子展

2024年8月27日至29日，elexcon2024深圳国际电子展在深圳会展中心（福田）盛大开幕。宇阳科技也携带其最新MLCC系列产品参与了此次盛会，并在展位上与众多客户和合作伙伴就行业趋势、技术发展、产品创新和新型应用场景进行了深入的对话和讨论，公司从中获益匪浅。

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【技术】一文了解陶瓷电容器需要纳入考量的重要因素——等效串联电阻

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multilayer ceramic capacitors and feedthrough filters ENVIRONMENTAL MANAGEMENT SYSTEM - ISO 14001:2015 bsi Certificate of Registration (EMS 68436)

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Knowles（楼氏电子）多层陶瓷电容器选型指南

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