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ESR越大,在電容上浪費的能量就越多。發(fā)熱量Q=I2*R。R即ESR。
電容的Q值計算方法為:Q=Xc/R。其中Xc=1/wc=1/(2*pi*f*c),R為ESR。
明顯的R增大,Q是減小的。
而Q的倒數(shù)就是聞名遐邇的tan(δ),也就是tan(δ)=ESR/Xc。。。于是乎,ESR越大,tan(δ)就
越大,浪費電越多。
好吧,考慮ESR對我們設計有什么用呢?看下面一段話:
主板上的每個電容,設計時一般是按最多負載時的工作情況來設計的,因此,在大多數(shù)情況下,只
要更換和原電容參數(shù)值相等的電容即可,當然,如果追求超頻性或穩(wěn)定性,可以適當提高一些。AT
TENTION!這里有個誤區(qū):原參數(shù)值指的主要是什么?大多數(shù)人可能以為是電容的容量。其實你錯
了。在高頻開關電源中,決定電容取值的主要參數(shù)是耐壓及ESR(等效串聯(lián)電阻),而不是容量。
電容的容量,只在信號發(fā)生、高通、低通、帶通等幾類電路中有意義,而在濾波方面并沒起多大作
用。電源的穩(wěn)定性,主要體現(xiàn)在紋波電壓的大小,一般情況,CPU的供電要求在輸出最多負載電流時
,紋波電壓低于100mV,最多負載電流可以這樣計算:
假如某CPU的最多功耗為90W,核心電壓為1.5V,那么最多負載電流為:90W/1.5V=60A
假設最多紋波電壓為100mV,則要求電容的ESR值:ESR < 100mV/60A=1.66mΩ
這樣的啊,如果我們選用NCC的KZG系列1500uF/6.3V的電容來做濾波,查PDF文檔得知,該電容的ESR
值=26 mΩ,這樣就至少需要16只電容(26 mΩ/16=1.625 mΩ)才能勝任濾波的工作;如果改為KZG
系列3300uF/6.3V的,其ESR值=12 mΩ,那么只需要8只電容即可(12 mΩ/8=1.5 mΩ); 如果選用
NCC的PS系列固體電容會怎么樣呢?2.5V/1500uF的,查PDF文檔得知,其ESR值為8mΩ,4V/820uF的
ESR同樣為8 mΩ,因為CPU的核心電壓僅為1.5V,所以這兩款電容均能勝任,經計算,只需5只固體
電容即可勝任此工作。(8 mΩ/5=1.6 mΩ)?,F(xiàn)在知道,為什么老式的主板采用上千uF的鋁電解電容,
而新式的主板只采用幾百uF的固體電容了吧。也知道,為什么有時換了比原容量大幾倍的,仍然不能
保證系統(tǒng)穩(wěn)定的真正原因了吧.
(只要耐壓大于供電電壓, ESR小
于原電容的標稱值即可,容量大小是不需考慮的的。)
怎樣理解上面的問題呢?我們再舉一個例子:
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,那么就會產生比以往更高的紋波電壓(ripple voltage) (理想的輸出直流電壓應該
是一條水平線,而紋波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。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的紋波電壓,其所
占的比例就足以造成數(shù)字電路的判斷失誤。
那紋波電壓(電流)和ESR有嘛關系?
Ur=ESR*Ir
而在開關電源輸出端,隨著開關頻率的低到高紋波電流一般是負載電流的20%~40%。如果負載8A時,
紋波電流應該是1.6~3.2A。單顆電容的紋波特定溫度頻率下電流參數(shù)是1~2A。所以8A的負載要有3
顆電容并聯(lián)。
對于電容的紋波電流跟頻率和溫度有關系,一般電解電容都有一個頻率和溫度的紋波電流補償系數(shù)。
所以在較高溫度下紋波電流會減小,較高頻率下,紋波電流會增加。
電容的Q值計算方法為:Q=Xc/R。其中Xc=1/wc=1/(2*pi*f*c),R為ESR。
明顯的R增大,Q是減小的。
電容的容量,只在信號發(fā)生、高通、低通、帶通等幾類電路中有意義,而在濾波方面并沒起多大作用。電源的穩(wěn)定性,主要體現(xiàn)在紋波電壓的大小,一般情況,CPU的供電要求在輸出最多負載電流時,紋波電壓低于100mV,最多負載電流可以這樣計算:
假如某CPU的最多功耗為90W,核心電壓為1.5V,那么最多負載電流為:90W/1.5V=60A
假設最多紋波電壓為100mV,則要求電容的ESR值:ESR < 100mV/60A=1.66mΩ