连载 | 村田静噪小课堂 : EMI静噪滤波器 - 电容器的实际特性（中）

本节讨论为何简单旁路电容器的降噪特性与基本特性不同。了解其中的缘由，可以帮助您以较低成本构建提供卓越降噪性能的过滤器，并选择具有良好成本效益的部件。

6-5-3. 电容器寄生元件的效果

(1) 阻抗如何变化？

前面的章节介绍了电容器的阻抗频率特性形成V形，并且低频 (左侧) 和高频 (右侧) 分别对应于静电电容和ESL的事实。通过指定零件号，可以轻松地控制电容器的静电电容。ESL有多大的效果。

图12  修改安装形式时的阻抗变化示例 (1,000pF)

图12显示从具有1,000pF标称静电电容的几种类型陶瓷电容器测量阻抗的示例。图示表明……

1. MLCC(层压结构)(而不是单板)
2. 拥有较短引线的电容器
3. SMD电容器(而不是带引线的电容器)

都更接近理想电容器，并且具有较小的阻抗，直到达到更高的频率。这也表明ESL以这个顺序降低。这种趋势通常存在于所有电容器中——不仅在陶瓷电容器中。这是因为ESL背后的主要因素是内部电极和引线形状。

当使用电容器消除发射的噪声时，将在30MHz或更高的频率处加以使用。如图所示，即使使用相同的1,000pF电容器，由于ESL的差异，在该频率下也可能存在10倍或更大的差异。

(2) ESL值是多少？

那么现在ESL的值是多少？

图13显示使用等效电路模型，在1,000pF电容器上计算改变ESL之后的阻抗的结果。

对比图12和图13，我们可以预估，ESL将为：

• 约10nH (对于拥有10mm引线的MLCC而言) (图12中的 (2) )
• 1nH或以下 (对于无引线的SMD MLCC而言) (图12中的 (4) )
• 0.1nH或以下 (对于三端子电容器而言) (图12中的 (5) )

这里提到的nH值是在仅为几毫米长的引线上出现的极小值。观察图中100MHz以上的频率，会发现即使如此微弱的电感也有显著的效果。

注意，图12中 (5) 所示的三端子电容器是高性能电容器，采用了旨在降低ESL的特殊结构。三端子电容器将在第8章中进一步讲述。

(3) 使用尽可能短的电容器引线

非常好使用具有很低ESL的电容器来抑制噪声。如图12中的 (2) 、 (3) 和 (4) 所示，使用电容器时，引线应尽可能短 (如果可能，应采用SMD) 。

实际上，在第6-4节图2中所示的实验中，通过电容器本身的ESL的差异以及由是否存在引线造成的ESL差异来改变降噪效果。如果电容器安装在大约10mm长的引线上 (第6-4节，2 (d) ) ，与没有引线的情况 (第6-4节，图2 (c) ) 相比，降噪效果将至少减少10dB。

(4) 电解电容器的阻抗特性

迄今为止，对电容器特性的解释大多使用MLCC作为示例。对于需要大静电电容的应用 (例如功率调平) ，使用每体积具有大静电电容的电解电容器。电解电容器的阻抗特性与MLCC的阻抗特性略有不同。图14显示了一些对比示例。

铝电解电容器有时用于功率调平。图14显示铝电解电容器的阻抗曲线形成碗状 (或U形) 。图示还表明，无法清晰看到自谐振。

这意味着电容器损耗相对较大；在图7的等效电路中将存在显著的ESR。

图14 比较电解电容器和MLCC阻抗的实例

(5) ESR具有何种效果？

图15显示当ESR改变时，以1μF电容器为例，计算阻抗的结果。在ESR为500兆欧的情况下，可以获得与图14 (a) 中铝电解电容器测量结果类似的特性。因此，可以通过增加ESR来再现电解电容器的阻抗特性。与碗形特征曲线底部相对应的阻抗表示ESR值。

铝电解电容器的ESR可以达到1Ω或以上。电容器的阻抗较高不会小于ESR；这意味着具有较大ESR的电容器不适合用于噪声抑制。

另一方面，用于抑制噪声的电容器可能与周围电路产生谐振，进而导致故障。在这种情况下，ESR可以用作谐振阻尼电阻器，以防止这种故障。因此，具有稍大ESR的电容器将会有益。

图15 ESR发生变化时的阻抗变化计算结果

(6) 具有较低ESR的电解电容器

一些电解电容器设计用于很大程度减小ESR。示例包括钽电容器和导电聚合物电容器。图14中的测量结果还包括使用这些电容器的示例。图示表明，谐振频率周围的阻抗小于铝电解电容器的阻抗。

然而，这并不能扩展到适用于MLCC，即使使用这些电容器也不行。即使在需要较大静电电容的应用 (例如功率调平) 中，噪声降低也很重要的情况下，应选择大容量MLCC，或者MLCC应与电解电容器并联安装进行使用。

muRata

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