ESR

理論上，一個完美的電容，自身不會產生任何能量損失，但是實際上，因為製造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質有損耗，各種原因導致電容變得不“完美”。這個損耗在外部，表現為就像一個電阻跟電容串聯在一起，所以就起了個名字叫做“等效串聯電阻”。比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產生一個壓降，這就導致了電容器兩端的電壓會產生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質量的電源一類的，都使用低ESR的電容器。同樣的，在振蕩電路等場合，ESR也會引起電路在功能上發生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴重後果。所以在多數場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現。不過事情也有例外，有些時候，這個ESR也被用來做一些有用的事情。比如在穩壓電路中，有一定ESR的電容，在負載發生瞬變的時候，會立即產生波動而引發反饋電路動作，這個快速的響應，以犧牲一定的瞬態性能為代價，獲取了後續的快速調整能力，尤其是功率管的響應速度比較慢，並且電容器的體積/容量受到嚴格限制的時候。這種情況見於一些使用mos管做調整管的三端穩壓或者相似的電路中。這時候，太低的ESR反而會降低整體性能。實際上，需要更低ESR的場合更多，而低ESR的大容量電容價格相對昂貴，所以很多開關電源採取的並聯的策略，用多個ESR相對高的鋁電解並聯，形成一個低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少，很多時候都是划算的。和ESR類似的另外一個概念是ESL，也就是等效串聯電感。早期的卷制電容經常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經常會成為ESR的一部分，並且ESL也會引發一些電路故障，比如串聯諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現問題的幾率很小，再加上電容製作工藝的進步，現在已經逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。順便，電容也存在一個和電感類似的品質係數Q，這個係數反比於ESR，並且和頻率相關，也比較少使用。由ESR引發的電路故障通常很難檢測，而且ESR的影響也很容易在設計過程中被忽視。簡單的做法是，在模擬的時候，如果無法選擇電容的具體參數，可以嘗試在電容上人為串聯一個小電阻來模擬ESR的影響，通常的，鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高於這個數值，有些種類電容的ESR甚至會高達數歐姆。ESR值與紋波電壓的關係可以用公式V=R（ESR）×I表示。這個公式中的V就表示紋波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流。可以看到，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。