寄生電容

寄生電容一般是指電感，電阻，晶元引腳等在高頻情況下表現出來的電容特性。實際上，一個電阻等效於一個電容，一個電感，和一個電阻的串聯，在低頻情況下表現不是很明顯，而在高頻情況下，等效值會增大，不能忽略。在計算中我們要考慮進去。ESL就是等效電感，ESR就是等效電阻。不管是電阻，電容，電感，還是二極體，三極體，MOS管，還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值，電感值。

"寄生電容" 在學術文獻中的解釋

1、另一方面感測器除有極板間電容外，極板與周圍體（各種元件甚至人體）也產生電容聯繫，這種電容稱為寄生電容。它不但改變了電容感測器的電容量，而且由於感測器本身電容量很小，寄生電容極不穩定，這也導致感測器特性不穩定，對感測器產生嚴重干擾。

2、分佈在導線之間、線圈與機殼之間以及某些元件之間的分佈電容等，這些電容稱為寄生電容，它們的數值雖小，但是卻是引起干擾的重要原因。

動態讀寫存貯器（DRAM），以其速度快、集成度高、功耗小、價格低在微型計算機中得到極其廣泛地使用。但動態存儲器同靜態存儲器有不同的工作原理。它是靠內部寄生電容充放電來記憶信息，電容充有電荷為邏輯1，不充電為邏輯0。

實際上，由於頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些製造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一台整機的幾乎所有硬體都以晶元的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計，達到優化完美的境地。它類似於微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟體寫入該模塊中的微處理器晶元，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一台新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在於使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。

與"寄生電容" 相關的學術圖片

電源紋波和瞬態規格會決定所需電容器的大小，同時也會限制電容器的寄生組成設置。圖1 顯示一個電容器的基本寄生組成，其由等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)組成，並且以曲線圖呈現出三種電容器(陶瓷電容器、鋁質電解電容器和$鋁聚合物電容器)的阻抗與頻率之間的關係。表1顯示了用於生成這些曲線的各個值。這些值為低壓(1V – 2.5V)、中等強度電流(5A)同步降壓電源的典型值。

表1：三種電容器比較情況，各有優點。

低頻下，所有三種電容器均未表現出寄生分量，因為阻抗明顯只與電容相關。但是，鋁電解電容器阻抗停止減小，並在相對低頻時開始表現出電阻特性。這種電阻特性不斷增加，直到達到某個相對高頻為止(電容器出現電感)。鋁聚合物電容器為與理想狀況不符的另一種電容器。有趣的是，它擁有低ESR，並且ESL很明顯。陶瓷電容器也有低ESR，但由於其外殼尺寸更小，它的ESL小於鋁聚合物和鋁電解電容器。

圖1 寄生對陶瓷、鋁和鋁聚合物電容器阻抗的改變不同

圖2 顯示運作在500kHz下的連續同步調節器模擬的電源輸出電容器波形。它使用圖1 所示三種電容器的主要阻抗：陶瓷電容；鋁ESR;鋁聚合物ESL。

紅色線條為鋁電解電容器，其由ESR主導。因此，紋波電壓與電感紋波電流直接相關。藍色線條代表陶瓷電容器的紋波電壓，其擁有小ESL和ESR。這種情況的紋波電壓為輸出電感紋波電流的組成部分。由於紋波電流為線性，因此這導致一系列時間平方部分，並且外形看似正弦曲線。

最後，綠色線條代表紋波電壓，其電容器阻抗由其ESL主導，例如：鋁聚合物電容器等。在這種情況下，輸出濾波器電感和ESL形成一個分壓器。這些波形的相對相位與我們預計的一樣。ESL主導時，紋波電壓引導輸出濾波器電感電流。ESR主導時，紋波與電流同相，而電容主導時，其延遲。現實情況下，輸出紋波電壓並非僅包含來自這些元件中之一的電壓。相反，它是所有三個元件電壓之和。因此，在紋波電壓波形中都能看到其某些部分。

圖2 電容器及其寄生要素在連續同步降壓調節器中形成不同的紋波電壓

圖 3 顯示了一個深度連續反激或者降壓調節器的波形，其輸出電容器電流可以為正和負，而具體狀態會不斷快速變化。紅色線條清楚表明了這種情況，其電壓由這種電流乘以ESR得出，結果則為一種方波。電容器元件的電壓為方波的組成部分。它導致線性充電和放電，如藍色三角波形所示。最後，僅當電流在過渡期間變化時，電容器ESL的電壓才明顯。這種電壓會非常高，取決於輸出電流升時間。請注意，在這種情況下，綠色線條需除以10(假設25 nS電流過渡)。這些大電感尖峰就是在反激或降壓電源中經常出現雙級濾波器的眾多原因之一。

圖3 波形隨連續反激或者降壓輸出電流而變化

總之，輸出電容器的阻抗有助於提高紋波和瞬態性能。隨著電源頻率升高，寄生問題的影響更大、更不應忽視。在20kHz附近，鋁電解電容器的ESR大到足以主導電容阻抗。在100kHz時，一些鋁聚合物電容表現出電感。電源進入兆赫茲開關頻率時，請注意所有三種電容器的ESL。