中心議題：
- ESR值與漣波電壓的關(guān)系
- 溫度對(duì)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(qiáng)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(shí)際意義呢？本文將通過(guò)介紹電容ESR值與漣波電壓的關(guān)系及溫度對(duì)電容ESR值的影響，探討電容的ESR值對(duì)電容性能的影響。
ESR值與漣波電壓的關(guān)系
由于現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展，供應(yīng)給硬件的電壓正呈現(xiàn)越來(lái)越低的趨勢(shì)，例如INTEL、AMD的最新款CPU，電壓均小于2V，相比以前動(dòng)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(wú)減，因此按P=UI的公式來(lái)計(jì)算，這些設(shè)備對(duì)電流的要求就越來(lái)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(dá)到了前者的近一倍。在通過(guò)電容的電流越來(lái)越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個(gè)較小的范圍，那么就會(huì)產(chǎn)生比以往更高的漣波電壓（理想的輸出直流電壓應(yīng)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(duì)低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對(duì)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(duì)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(guān)系何在呢？我們可以用以下公式表示：
V=R（ESR）×I
這個(gè)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(dāng)電流增大的時(shí)候，即使在ESR保持不變的情況下，漣波電壓也會(huì)成倍提高，采用更低ESR值的電容是勢(shì)在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設(shè)備上所用的電容，越來(lái)越強(qiáng)調(diào)LOW ESR的緣故。
上圖就是一個(gè)典型的濾波電路，這種電路也被應(yīng)用在如今的顯卡上。其中的SW IC相當(dāng)于顯卡上的開(kāi)關(guān)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(lèi)電容的情況下，這個(gè)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(dǎo)體電容（左邊），其消除漣波電壓的性能最強(qiáng)，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(shí)最后的數(shù)值還將受溫度影響，這點(diǎn)我們還將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
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溫度對(duì)電容ESR值的影響
電容的性能并非一成不變，而是會(huì)受到環(huán)境的影響，而對(duì)電容影響最大的就是溫度。而在不同種類(lèi)的電容當(dāng)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?yàn)樵诓煌N類(lèi)的陰極，例如電解液、二氧化錳、固體聚合物導(dǎo)體當(dāng)中，只有電解液采用離子導(dǎo)電方式，而其余幾種均采用電子導(dǎo)電方式。對(duì)于離子導(dǎo)電而言，溫度越高，其離子活動(dòng)越強(qiáng)，電離程度也越強(qiáng)。因此，在溫度不超過(guò)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(gè)表格所使用的OSCON SVP鋁固體聚合物導(dǎo)體電容（1顆，100μF，ESR=40毫歐姆） ），第二個(gè)表格所使用的是低阻抗鋁電解液電容（3顆并聯(lián)），第三個(gè)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(shuō)，1顆鋁固體聚合物導(dǎo)體電容，在25攝氏度下降低漣波電壓的能力，大致相當(dāng)于2顆鉭電容和3顆鋁電解液電容。
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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(dǎo)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(shí)只需要并聯(lián)兩顆這種電容，即可達(dá)到25攝氏度狀態(tài)下的25mV左右水平，其性能提升巨大。
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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(jī)。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(dǎo)體電容和鉭電容的性能，無(wú)論是在25度、70度還是-20度環(huán)境下，其波動(dòng)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(huà)出了不同種類(lèi)電容，在不同溫度狀態(tài)下的ESR曲線。其中鋁電解液電容（藍(lán)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(dǎo)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。
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這里需要說(shuō)明的是，上表中用做比較的鋁固體聚合物導(dǎo)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(lèi)產(chǎn)品，最終性能表現(xiàn)將更加突出。
