在為任何應用選擇電容器時，必須了解一些關鍵特性，以便分析其對電路的適用性。在一個簡單的電容器等效電路模型中，存在三個影響電路性能的關鍵特性：電容、等效串聯電阻 (ESR) 和電感。這些元素的大小——以及它們如何隨溫度、頻率和施加的電壓而變化——對于每種電容器技術都是不同的。

在本技術說明中，我們將研究鉭電容器中的 ESR 影響電路性能的方式。ESR 是電容器阻抗的所有純電阻因素的總和。因此，它是由于加熱而造成損失的特性。當電容器工作時，它還會影響充電和放電電流的大小

在固態鉭電容器中，影響 ESR 的成分是：

固體電解質體系(MnO 2)

介電層(Ta 2 O 5)

提供與 PCB 連接的端子、引線框架和其他元件

固態鉭電容器制造商可以對物理設計和材料進行改進，從而降低電容器的整體 ESR。這些較低 ESR 的電容器將導致電容器內產生的熱量減少，從而提高整體電路效率和長期可靠性。ESR 的降低還將提高電容器在充電和放電循環期間提供更高電流的能力，從而提高電路性能。一系列常用值的典型阻抗 (Z) 和 ESR 數據如圖 1 所示。

圖 1：一系列常用值的典型阻抗 (Z) 和 ESR 數據。

鉭電容器非常適合的兩個主要功能是大容量儲能和波形濾波。

大容量電容除了最大工作電壓和電壓降額外，任何電容器的一個重要特性是其存儲電荷的能力。一些應用需要電容器來存儲大量電荷。

固態鉭器件因其高且穩定的電容值而非常適合大容量儲能，并且廣泛用于在峰值電流需求期間保持電壓軌。在這里，必須考慮兩個因素。第一個是在必要時間內提供所需能量所需的總電容。在某些情況下，單個鉭電容器就足夠了，但在要求更高的應用中，可以并聯配置多個電容器，以便它們的電容值是累積的，并且陣列的組合電阻會降低。第二個因素是電容器的 ESR。較低的 ESR 會導致更高的可交付電流水平和更低的放電期間電壓降，從而提高電路性能。

一個例子是為微處理器供電的 3.3V 電源軌上所需的大容量電容。在開啟期間，以及在處理要求高的應用中，微處理器將具有必須滿足的高電流要求。電容器有效傳遞大量能量的能力通常以稱為“轉換速率”的規范為特征，該規范定義為具有指定斜率“A/μs”的“空閑電流”到“峰值電流”。在峰值需求期間，可能需要將電源軌電壓保持在要求的規范范圍內(例如，下降小于 10% = 0.33 V)。具有較低 ESR 的電容器可以提供更高的放電電流并減少發熱，從而更快、更有效地滿足這些需求。

設計人員實際上可能會在處理器附近放置幾個低電容多層陶瓷電容器 (MLCC) 以提供短期電流，然后在稍遠的地方添加更大的大容量存儲電容器(鉭、聚合物或鋁電解設備)以滿足長期電流需要。MLCC 的超低 ESR 允許非常高的瞬時電流，但它們的有限電容意味著它們只能在很短的時間內提供所需的電流。在那之后，大容量電容器可以接管并滿足所需的電路需求。在此應用中使用較低 ESR 的鉭電容器時，對 MLCC 的依賴減少，所需的數量也更少。這節省了 PCB 板空間以及組件成本。它們還通過更堅固的結構提高了板級可靠性。

低 ESR 電容器有多種外殼尺寸可供選擇。

使用低 ESR 鉭器件作為大容量電容器的另一個優點是減少了充電/放電循環期間的發熱。這提高了電路的功率效率并降低了電路的工作溫度。它還可以允許使用更小的電源以進一步節省成本。

波形濾波當低 ESR 電容器用于平滑信號時，它們會減少直流總線上出現的紋波電流量，例如開關模式電源 (SMPS) 中的輸出濾波電容器。這是通過允許更高的充電/放電電流更好地跟隨電壓周期并在波形的任何峰值和谷值期間提供能量來實現的。隨著紋波電流(峰峰值)的降低，每次充電/放電循環散發的熱量也會減少。較低 ESR(和較低電感)的電容器還允許紋波濾波電容器有效地用于具有較高頻率 AC 噪聲分量的電路中。

考慮一下Vishay TR3 低 ESR 產品線。TR3 一流的 ESR 提高了電路電氣性能、電源效率和可靠性(更低的工作溫度)。根據外殼尺寸，可提供多種電容/電壓 (CV) 選項，每種組合都有特定的 ESR 值(參見圖 2 中的 D 案例示例)。

圖 2：Vishay 的 TR3 低 ESR 鉭電容器的電容/電壓選項和 ESR 值。

除了 ESR，設計人員在設計濾波電容器時還必須考慮額定電壓、ESL、DCL 和介電特性。鉭電容器通常允許非常薄型和緊湊的設計，并由于其堅固的結構而實現了高 PCB 級可靠性。

審核編輯：湯梓紅