電容在 SMPS（開關電源） 設計中有多種作用：儲能、濾波、補償、軟啟動編程等。像所有實際器件一樣，電容有寄生效應，設計人員必須注意。就 SMPS 儲能和濾波而言，兩個最重要的寄生效應是有效串聯電阻 (ESR) 和有效串聯電感 (ESL)。圖 2 所示為簡化的實際電容圖。

理想電容的阻抗會隨著頻率提高而單調下降。下圖顯示了兩個不同 100 F 電容的阻抗與頻率的關系。一個是鋁電解型，另一個是多層陶瓷電容。在較低頻率時，阻抗隨著頻率提高而單調下降，符合預期。然而，由于存在 ESR，在某一頻率時，此阻抗會達到最小值。當頻率繼續提高時，電容開始表現得像一個電感，阻抗也會隨之提高。阻抗與頻率的關系曲線稱為“浴盆”曲線，所有實際電容都有類似行為。

下圖展示了降壓轉換器設計中的電容功能。輸入電容會看到較大的非連續紋波電流。此電容需要能承受高紋波電流（低 ESR）并具有低電感 (ESL)，如果輸入電容 ESR 過高，電容內將產生 I*R 功耗。這會降低轉換器效率，并且有可能使電容過熱。輸入電流的非連續性質還會與 ESL 相互作用，引起輸入上的電壓尖峰。這會給系統帶來干擾噪聲。降壓轉換器中的輸出電容會看到連續的紋波電流，這種電流一般很低。為實現最佳的效率和負載瞬態響應，ESR 應保持低值。

下圖展示了升壓轉換器中的去耦電容功能。輸入電容會看到連續的紋波電流。應選擇低 ESR 電容，使輸入上的電壓紋波最小。輸出電容會看到較大的非連續紋波電流。這里需要使用低 ESR 和低 ESL 的電容。

在降壓/升壓轉換器中，輸入和輸出電容均會看到非連續紋波電流。這種拓撲結構需要使用低 ESR 和低 ESL 的電容。

多個電容并聯以獲得較大的電容也許是明智的。并聯情況下電容會增加，而 ESR 和ESL 則會降低。讓兩個或更多電容并聯，便可獲得較大的電容和較低的電感與電阻。很多時候，只有利用這種辦法才能獲得所需的大電容值和低 ESR，從而滿足設計要求。

電容有多種類型可供選擇。鋁電解電容、鉭電容和多層陶瓷電容是三種最常見的類型。像大多數設計決策一樣，選擇合適的類型涉及一系列權衡因素。鋁電解電容的容值大、成本低，在所有選擇中，其成本/F 比最佳。鋁電解電容的主要缺點是 ESR 較高，可達數歐姆。務必使用開關型電容，因為其 ESR 和 ESL 比通用型要低。鋁電解電容還依賴于電解質，由于電解質會逐漸變干，因此電容壽命較短。鉭電容使用鉭粉末作為電介質。與同等鋁電容相比，鉭電容能以更小的封裝提供更大的容值，不過成本較高。ESR 通常在 100 m? 范圍內，比鋁電容低。鉭電容不使用液態電解質，因而壽命比鋁電解型要長。由于這個原因，鉭電容在高可靠性應用中很受歡迎。鉭電容對浪涌電流敏感，有時需要串聯電阻來限制浪涌電流。務必不要超過制造商建議的浪涌電流額定值和電壓額定值。鉭電容失效時，可能會燒毀并冒煙。多層陶瓷電容 (MLCC) 提供極低的 ESR (<10 m?) 和 ESL (<1 nH)，采用小型表貼封裝。

MLCC 的最大容值可達 100 F，不過當容值大于 10 F 時，物理尺寸和成本會增加。請注意 MLCC 的電壓額定值及其結構中使用的電介質。實際容值會隨著施加的電壓而變化，這稱為電壓系數。依據所選的電介質，這種變化可能非常大。下圖顯示了三種不同電容的容值與施加電壓的關系。X7R 型電介質性能最佳，大力推薦使用。由于電介質的壓電效應，陶瓷電容對 PCB 振動敏感，所產生的電壓噪聲可能會擾亂 PLL 等敏感模擬電路。在此類敏感應用中，不受振動影響的鉭電容可能是更好的選擇。

審核編輯：湯梓紅