嵌入式设计中，要求 MCU 从耗电量很大的处理密集型工作模式进入耗电量
很少的空闲/休眠模式。这些转换很容易引起线路损耗的急剧增加，增加的速率
很高，达到 20A/ms 甚至更快。通常采用旁路电容来解决稳压器无法适应系统中高速器件引起的负载变化，以确保电源输出的稳定性及良好的瞬态响应。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽
量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致
的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
应该明白，大容量和小容量的旁路电容都可能是必需的，有的甚至是多个陶
瓷电容和钽电容。这样的组合能够解决上述负载电流或许为阶梯变化所带来的问
题，而且还能提供足够的去耦以抑制电压和电流毛刺。在负载变化非常剧烈的情
况下，则需要三个或更多不同容量的电容，以保证在稳压器稳压前提供足够的电
流。快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制，中速的瞬态过程由低频大容量来
抑制，剩下则交给稳压器完成了。
还应记住一点，稳压器也要求电容尽量靠近电压输出端。

话说电容之七：电容的等效串联电阻ESR

普遍的观点是：一个等效串联电阻（ESR）很小的相对较大容量的外部电容
能很好地吸收快速转换时的峰值（纹波）电流。但是，有时这样的选择容易引起
稳压器（特别是线性稳压器 LDO）的不稳定，所以必须合理选择小容量和大容
量电容的容值。永远记住，稳压器就是一个放大器，放大器可能出现的各种情况
它都会出现。
由于 DC/DC 转换器的响应速度相对较慢，输出去耦电容在负载阶跃的初始
阶段起主导的作用，因此需要额外大容量的电容来减缓相对于 DC/DC 转换器
的快速转换，同时用高频电容减缓相对于大电容的快速变换。通常，大容量电容
的等效串联电阻应该选择为合适的值，以便使输出电压的峰值和毛刺在器件的
Dasheet 规定之内。

高频转换中，小容量电容在 0.01µF 到0.1µF 量级就能很好满足要求。表
贴陶瓷电容或者多层陶瓷电容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在这些容值
下，它们的体积和 BOM 成本都比较合理。如果局部低频去耦不充分，则从低
频向高频转换时将引起输入电压降低。电压下降过程可能持续数毫秒，时间长短
主要取决于稳压器调节增益和提供较大负载电流的时间。
用 ESR 大的电容并联比用 ESR 恰好那么低的单个电容当然更具成本效
益。然而,这需要你在 PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷。

话说电容之八：电解电容的电参数

这里的电解电容器主要指铝电解电容器，其基本的电参数包括下列五点：
1、电容值
电解电容器的容值，取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗。因此容值，
也就是交流电容值，随着工作频率、电压以及测量方法的变化而变化。在标准
JISC 5102 规定：铝电解电容的电容量的测量条件是在频率为 120Hz，最大交
流电压为 0.5Vrms，DC bias 电压为1.5 ～ 2.0V 的条件下进行。可以断言，
铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。
2、损耗角正切值 Tan δ
在电容器的等效电路中，串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Ta
n δ， 这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然，Tan δ 随着测量频率
的增加而变大，随测量温度的下降而增大。
3、阻抗 Z
在特定的频率下，阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗（Z）。它与电
容等效电路中的电容值、电感值密切相关，且与 ESR 也有关系。
Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
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式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
电容的容抗（XC）在低频率范围内随着频率的增加逐步减小，频率继续增加
达到中频范围时电抗（XL）降至 ESR 的值。当频率达到高频范围时感抗（XL）
变为主导，所以阻抗是随着频率的增加而增加。
4、漏电流
电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜介质上
浸有电解液，在施加电压时，重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小
的称之为漏电流的电流。通常，漏电流会随着温度和电压的升高而增大。
5、纹波电流和纹波电压
在一些资料中将此二者称做“涟波电流”和“涟波电压”，其实就是 ripple
current，ripple voltage。 含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。 它们和
ESR 之间的关系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Vrms 表示纹波电压
Irms 表示纹波电流
R 表示电容的 ESR
由上可见，当纹波电流增大的时候，即使在 ESR 保持不变的情况下，涟波
电压也会成倍提高。换言之，当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大，这也是
要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后，由于电容内部的等效串
连电阻（ESR）引起发热，从而影响到电容器的使用寿命。一般的，纹波电流与
频率成正比，因此低频时纹波电流也比较低。
话说电容之九：电容器参数的基本公式
1、容量（法拉）
英制： C = ( 0.224 × K · A) / TD
公制： C = ( 0.0884 × K · A) / TD
2、电容器中存储的能量
E = ½ CV2
3、电容器的线性充电量
I = C (dV/dt)
4、电容的总阻抗（欧姆）
Z = √ [ RS
2 + (XC – XL)2 ]
5、容性电抗（欧姆）
XC = 1/(2πfC)
6、相位角 Ф
理想电容器：超前当前电压 90º
理想电感器：滞后当前电压 90º
理想电阻器：与当前电压的相位相同
7、耗散系数 (%)
D.F. = tan δ （损耗角）
= ESR / XC
= (2πfC)(ESR)
8、品质因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9、等效串联电阻ESR（欧姆）
ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC
10、功率消耗
Power Loss = (2πfCV2) (DF)
11、功率因数
PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)
12、均方根
rms = 0.707 × Vp
13、千伏安KVA （千瓦）
KVA = 2πfCV2 × 10-3
14、电容器的温度系数
T.C. = [ (Ct – C25) / C25 (Tt – 25) ] × 106
15、容量损耗(%)
CD = [ (C1 – C2) / C1 ] × 100
16、陶瓷电容的可靠性
L0 / Lt = (Vt / V0) X (Tt / T0)Y
17、串联时的容值
n 个电容串联：1/CT = 1/C1 + 1/C2 + …. + 1/Cn
两个电容串联：CT = C1 · C2 / (C1 + C2)
18、并联时的容值
CT = C1 + C2 + …. + Cn
19、重复次数（Againg Rate）
A.R. = % ∆C / decade of time
上述公式中的符号说明如下：
K = 介电常数
A = 面积
TD = 绝缘层厚度
V = 电压
t = 时间
RS = 串联电阻
f = 频率
L = 电感感性系数
δ = 损耗角
Ф = 相位角
L0 = 使用寿命
Lt = 试验寿命
Vt = 测试电压
V0 = 工作电压
Tt = 测试温度
T0 = 工作温度
X , Y = 电压与温度的效应指数。
话说电容之十：电源输入端的X,Y 安全电容

       在交流电源输入端，一般需要增加三个电容来抑制EMI 传导干扰。交流电源的输入一般可分为三根线：火线（L）/零线（N）/地线（G）。在火线和地线之间及在零线和地线之间并接的电容，一般称之为Y 电容。这两个Y电容连接的位置比较关键，必须需要符合相关安全标准，以防引起电子设备漏电或机壳带电，容易危及人身安全及生命，所以它们都属于安全电容，要求电容值不能偏大，而耐压必须较高。一般地，工作在亚热带的机器，要求对地漏电电流不能超0.7mA；工作在温带机器，要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此，Y 电容的总容量一般都不能超过4700pF。
       特别提示：Y 电容为安全电容，必须取得安全检测机构的认证。Y 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样，但其真正的直流耐压高达5000V 以上。因此，Y 电容不能随意使用标称耐压AC250V，或DC400V之类的普通电容来代用。
       在火线和零线抑制之间并联的电容，一般称之为X 电容。由于这个电容连接的位置也比较关键，同样需要符合安全标准。因此，X 电容同样也属于安全电容之一。X 电容的容值允许比Y 电容大，但必须在X 电容的两端并联一个安全电阻，用于防止电源线拔插时，由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定，当正在工作之中的机器电源线被拔掉时，在两秒钟内，电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。同理，X 电容也是安全电容，必须取得安全检测机构的认证。X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样，但其真正的直流耐压高达2000V 以上，使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V，或DC400V 之类
的的普通电容来代用。
       X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容，这种电容体积一般都很大，但其允许瞬间充放电的电流也很大，而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低，动态内阻较高。用普通电容代替X 电容，除了耐压条件不能
满足以外，一般纹波电流指标也是难以满足要求的。
       实际上，仅仅依赖于Y 电容和X 电容来完全滤除掉传导干扰信号是不太可能的。因为干扰信号的频谱非常宽，基本覆盖了几十KHz 到几百MHz，甚至上千MHz 的频率范围。通常，对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容，但受到安全条件的限制，Y 电容和X 电容的容量都不能用大；对高端干扰信号的滤除，大容量电容的滤波性能又极差，特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差，因为它是用卷绕工艺生产的，并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很远，一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应，它会降低电容器的工作频率，聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在1MHz 左右，超过1MHz 其阻抗将显著增加。
       因此，为抑制电子设备产生的传导干扰，除了选用Y 电容和X 电容之外，还要同时选用多个类型的电感滤波器，组合起来一起滤除干扰。电感滤波器多属于低通滤波器，但电感滤波器也有很多规格类型，例如有：差模、共模，以及高频、低频等。每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用，对其它频率的干扰信号的滤除效果不大。通常，电感量很大的电感，其线圈匝数较多，那么电感的分布电容也很大。高频干扰信号将通过分布电容旁路掉。而且，导磁率很高的磁芯，其工作频率则较低。目前，大量使用的电感滤波器磁芯的工作频率大多数都在75MHz 以下。对于工作频率要求比较高的场合，必须选用高频环形磁芯，高频环形磁芯导磁率一般都不高，但漏感特别小，比如，非晶合金磁芯，坡莫合金等。