电源系统常见元件选型--电阻电容篇

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电源小白入门学习2——电源系统常见元件选型电阻电容篇

• 电阻
• 电容
  

• 
  

• 电阻的封装与功率问题
  

• 在中学时期我们学过欧姆定律：I = U/R
• 而电阻两端承受的功率 P = UI = U^2 /R
  

在电阻串联和并联的情况下，电阻承载的负载是不一样的。而对于不同的封装，能够承受的功率是不一样的，因此在电路设计时需要考虑电阻的功率而去匹配对应的封装。

下面是一些常见贴片电阻封装尺寸图

贴片电阻封装尺寸与功率对应关系

上述内容是在70摄氏度的情况下测量的，随着温度的上升，电阻的额定功率会随之下降（具体的电阻还需要开商家提供的芯片手册）

• 电阻的取值问题
  

在实际设计电路的过程中，并不是所有取值的电阻都可以找到。

我们常用的电阻取值一般是E24系列阻值（误差为5%）和E96系列阻值（误差为1%），这两种是最为常用的，其他的还有E6、E12、E48等系列。

在进行电路设计时，最好选用以上阻值的整数倍的电阻，如22欧姆、220欧姆、2.2欧姆这样的取值，方便我们进行物料采购。

• 以上内容，只适用于一般情况，有特殊需求的另说。
  

下面我们来了解一种特殊的电阻：检流电阻

• 检流电阻
  

检流电阻是的作用是测量电流，通常由一个已知电阻值的电阻串联在输出主回路中。通过检流电阻两端的电压计算流过的电流。在使用过程中，检流电阻的阻值往往会很小（通常在m欧级别），并且需要流过大电流，封装会比通常的电阻大，在PCB布局和布线时需要尤为注意。


如图就是一个检流电阻的使用场景


在走线时需要注意：

• 检流电阻的电压需要在检流电阻内侧取出
• 采用开尔文连接的方式走线
• 不要打过孔换层。
  

电容

常见的电容可以分为：铝电解电容、钽电容、陶瓷电容三种。

我们首先来看铝电解电容：

• 铝电解电容存在历史久远，封装上有插件和贴片两种，结构上由阳极、阴极和中间填充的电解液组成，外部通过引脚接入阳极和阴极。但由于铝电解电容的结构，导致体积会比较大，大容量，耐压值适中，存在极性，具有比较高的ESR，一般用于储能，价格低，成本便宜。
  

缺点：

• 铝电解电容的耐压值不是很高，在使用中容易过压失效。
• 由于铝电解电容具有极性，错误的接入电路会导致反向击穿。
• 在连接过程中，容易造成外部引脚于电极在物理上断开连接，导致开路而失效。
• 由于电解液的存在，容易被挤压，或者其他原因导致漏液而失效。
  

钽电容

• 钽电容相对于铝电解电容体积较小，且具有较大的容量，耐压值低，同时具有极性（钽电容全程为钽电解电容，本质也是电解电容），ESR适中，具有比较宽的工作温度，价格适中。
  

缺点：

• 耐压值低，承受电流能力较弱，发生失效时具有一定危险，会爆炸。
• 当电路中纹波电流变化比较大，而钽电容的ESR会导致比较大的纹波电压叠加在钽电容上，导致钽电容因过压而失效，所以在电路设计过程中，钽电容的耐压一般会按照标准状况下的两倍或更大进行选择。
  

陶瓷电容

• 近年来，陶瓷电容的发展十分迅猛，应用场景也十分广泛，在电路设计中经常会见到陶瓷电容的身影，具有体积微小、容量小、高耐压、无极性、低ESR、高频特性号、价格较贵等特点。
  

缺点：

• 陶瓷电容同样会存在过压失效的情况，只不过相对于前两种会好很多
• 陶瓷电容用以在焊接是导致内部结构损坏而失效。
• 陶瓷电容的温度特性不是很稳定。
  

陶瓷电容的温度不稳定性最主要的因素是材料本身的温度系数。陶瓷电容的介电常数与温度有关，当温度升高时，介电常数会发生变化，从而导致电容值发生变化。不同材料具有不同的温度系数，一些陶瓷材料的温度系数较大，容易受温度影响而引起电容的温度不稳定性。因此，在选择陶瓷电容时，需要考虑材料的温度系数以及应用环境的温度范围，以确保电容的稳定性。如下是陶瓷电容常见材料在不同温度下电容容值变化率。

最后是三种电容的具体总结：

最后总结一下三种电容在滤波方面的特点：

• 理论上：电容容值越大，滤波效果越好，纹波越低。
• 滤波效果： 铝电解电容 < 钽电容 < 陶瓷电容（原因是ESR越小，纹波导致的叠加电压会越小，滤波效果越好）
• 同时在不同的频率范围，不同类型的电容效果会不同，低频范围铝电解电容适用，中频段钽电容适用，高频段陶瓷电容适用，所以在实际的电路设计中，往往会使用多种电容联合使用。.