​电源电路中三大“无源金刚”的选型指南

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在一个电源设计中，电源管理IC当然是核心，但是能够让电源正常工作的匹配基础器件也是非常重要，比如在系统中的，电阻、电容、电感。

在ADI的电源产品中，比如具有直通功能的100V VIN和VOUT同步4开关降压/升压DC/DC控制器 LT8210的典型电路如下图。

如何选择基础外围器件呢？接下来这篇文章，就带领大家分析在电源电路中这些器件选择时，需要关注的参数及技术要点。

电阻

早在初中物理课上，我们都学过电阻的知识。电阻在串联的时候，阻值越大，承受的分压就越多即功率越大；电阻并联，阻值小的会承受的功率多。所以，同一个电阻在不同的电路上，承受的功率是不同的。如果在电路中选择不慎，就会爆掉。

电阻在电路设计中承担着吸收功率的作用，也正因为如此，所以我们在选择电阻的时候，不得不考虑电阻的功率问题。

例如电路中流过电阻的电流为100mA，电阻的阻值为100Ω，那么根据电路功率计算公式P=I*I*R，可以计算出该电阻上的消耗功率为1W。因此，该电阻应当选择额定功率在1W以上(电路设计中，电阻选择时的功率余量应在实际消耗功率的2倍以上)，否则电阻上消耗的功率会使电阻过热而失效。

电阻在过功率的情况下，一般会出现两种情况：

1）瞬时过功率：电阻外观基本没有变化，但是电阻已经开路；

2）长时间过功率：电阻温度极高，其阻值发生变化，如果在恶劣的条件下，就会烧毁开路。

额定功率与封装的关系如下：

同样，耐压值选择不合适，也会因为电阻被击穿而导致整个电路系统的故障。举例来说，AC-DC开关电源模块在设计的输入前端，根据安规要求(GB4943.1标准)，要保证插头或连接器断开后，在输入端L、N上的滞留电压能够在1S内衰减到初始值的37%以下，因此，在实际电路设计时，当电阻的耐压值低于输入端高压的情况下，就会失效。 

电容

电容的种类大家一定都非常熟悉了，常用的三种电容：铝电解电容，陶瓷电容和钽电容。 

铝电解电容：中大型体积，大容量，耐压适中，有极性，高ESR，用于储能，价格低廉。

铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制，然后再浸电解质液制成的，其原理是化学原理，电容充放电靠的是化学反应，电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制，一般都应用在频率较低(1M以下)的滤波场合，ESR主要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和，值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效，随温度升高挥发速度加快。温度每升高10度，电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27度时能使用10000小时的话，57度的环境下只能使用1250小时。所以铝电解电容尽量不要太靠近热源。

陶瓷电容：微小体积，小容量，高耐压，无极性，低ESR，高频特性好，价格较贵。

陶瓷电容存放电靠的是物理反应，因而具有很高的响应速度，可以应用到上G的场合。不过，陶瓷电容因为介质不同，也呈现很大的差异。性能最好的是C0G材质的电容，温度系数小，不过材质介电常数小，所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材质，这种材质介电常数大，所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压(直流电压会致使材质极化，使电容量减小)影响很严重。

陶瓷电容有一个很大的缺点，就是易碎。所以需要避免磕碰，尽量远离电路板易发生形变的地方。

钽电容：小体积，较大容量，耐压低，有极性，ESR适中，宽工作温度，价格适中。

钽电容无论是原理和结构都像一个电池。钽电容拥有体积小、容量大、速度快、ESR低等优势，价格也比较高。决定钽电容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的电容，而如果想得到较大的耐压就需要较厚的Ta2O5，这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积相同要想获得耐压高而又容量大的钽电容难度很大。

钽电容需引起注意的另一个地方是:钽电容比较容易击穿而呈短路特性，抗浪涌能力差。很可能由于一个大的瞬间电流导致电容烧毁而形成短路。这在使用超大容量钽电容时需考虑(比如1000uF钽电容)。

总结上面三种常用电容的对比：

电感

尤其在开关电源的设计中，电感的设计带来许多的挑战。不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。

 

电感选型需要考虑以下几个参数：电感量L，自谐频率F0,直流电阻DCR，交流电阻RAC，饱和电流Isat，温升电流Irms。

电感量L：L越大，储能能力越强，纹波越小，所需的滤波电容也就小。但是L越大，通常要求电感尺寸也会变大，DCR增加，导致DC-DC效率降低，相应的电感成本也会增加；

自谐频率F0：由于电感中存在寄生电容，使得电感存在一个自谐振频率。超过此F0，电感表现为电容效应；低于此F0，电感才表现为电感效应（阻抗随频率增大而增加）；

直流电阻DCR：指产品电极之间所用漆包线的总的直流电阻，根据W=I*I*R，DCR可造成能量损耗， 降低DC-DC效率，也是导致电感发热的主要原因；

交流电阻RAC：指电感量在指定频率下的电阻值，主要由电感线圈的直流电阻（交流下的集肤效应）、磁芯损耗以及介电损耗等组成，RAC越大，Q值越小；

饱和电流Isat：通常指电感量下降30%时对应的DC电流值；

温升电流Irms：通常指是电感表面温度上升40℃时的等效电流值；

总结：微小之处，往往是最容易不忽略的，在硬件设计电路中，千万别小瞧一颗小小的电阻。只有知道这些基础器件的原理，才能在电路设计时在恰当的地方用上恰当的物料。

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