什么是“寄生电容”？寄生电容与三种电容器！

什么是“寄生电容”？

寄生的含义就是本来没有在那个地方设计电容，但由于布线之间总是有互容，互容就好像是寄生在布线之间的一样，所以叫寄生电容，又称杂散电容。

寄生电容本身不是电容，根据电容的原理我们可以知道，电容是由两个极板和绝缘介质构成的，那么寄生电容是无法避免的。比如一个电路有很多电线，电线与电线之间形成的电容叫做寄生电容。寄生电容一般在高频电路中会对电路造成很大影响，所以电路在布线的时候要特殊考虑。

寄生电容一般是指电感，电阻，芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性。实际上，一个电阻等效于一个电容，一个电感，和一个电阻的串连，在低频情况下表现不是很明显，而在高频情况下，等效值会增大，不能忽略。在计算中我们要考虑进去。ESL就是等效电感，ESR就是等效电阻。不管是电阻，电容，电感，还是二极管，三极管，MOS管，还有IC，在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值，电感值。

注意一下杂散电容，寄生电容，分布电容这三个说法，一些人认为这三个说法区别不大，只是适用场景不同，针对器件时多用“寄生电容”，针对系统时多用“分布电容”。在我的理解里，这三者有一些细微的区别

寄生电容：在现代工艺水平下，生产器件的某个功能时所不可避免地产生的另一种现象，比如现代生产二极管的时候，由于工艺限制无法制作出理想二极管，生产时不可避免的产生了电容。

分布电容：一般不是针对单个器件的，多数是讲在电路中产生的附加电容，例如电路中两个器件，它们肯定会有电容存在；同理，两条平行的输电线路间肯定也会有电容存在。

杂散电容：除以上两种电容外的其它形式的电容，例如两个器件、导体相互感应所产生的电容等。

杂散电容，寄生电容，分布电容的电容值可能极小，但是在特高频、超高频等情况下有时候还是不能忽略的。此类型电容理论上无法消除，只能尽可能减小（有害方面）或者加以利用（有益方面）。

就电力系统而言，杂散电容的存在可能使雷电、短路故障、开关操作等干扰信号进入二次回路，从而使二次回路发生故障，影响二次回路工作甚至影响电网安全稳定允许。例如有的变电站出现过设备一次系统无故障、保护未动作、监控无操作的情况下断路器跳闸的事故。

关于寄生电容与电容器

电源纹波和瞬态规格会决定所需电容器的大小，同时也会限制电容器的寄生组成设置。图1显示一个电容器的基本寄生组成，其由等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）组成，并且以曲线图呈现出三种电容器（陶瓷电容器、铝质电解电容器和铝聚合物电容器）的阻抗与频率之间的关系。表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这些值为低压（1V~2.5V）、中等强度电流（5A）同步降压电源的典型值。

低频下，所有三种电容器均未表现出寄生分量，因为阻抗明显只与电容相关。但是，铝电解电容器阻抗停止减小，并在相对低频时开始表现出电阻特性。这种电阻特性不断增加，直到达到某个相对高频为止（电容器出现电感）。铝聚合物电容器为与理想状况不符的另一种电容器。有趣的是，它拥有低ESR，并且ESL很明显。陶瓷电容器也有低ESR，但由于其外壳尺寸更小，它的ESL小于铝聚合物和铝电解电容器。

图2显示运作在500kHz下的连续同步调节器模拟的电源输出电容器波形。它使用图1所示三种电容器的主要阻抗：陶瓷电容；铝ESR;铝聚合物ESL.

红色线条为铝电解电容器，其由ESR主导。因此，纹波电压与电感纹波电流直接相关。蓝色线条代表陶瓷电容器的纹波电压，其拥有小ESL和ESR.这种情况的纹波电压为输出电感纹波电流的组成部分。由于纹波电流为线性，因此这导致一系列时间平方部分，并且外形看似正弦曲线。

最后，绿色线条代表纹波电压，其电容器阻抗由其ESL主导，例如：铝聚合物电容器等。在这种情况下，输出滤波器电感和ESL形成一个分压器。这些波形的相对相位与我们预计的一样。ESL主导时，纹波电压引导输出滤波器电感电流。ESR主导时，纹波与电流同相，而电容主导时，其延迟。现实情况下，输出纹波电压并非仅包含来自这些元件中之一的电压。相反，它是所有三个元件电压之和。因此，在纹波电压波形中都能看到其某些部分。

图3显示了一个深度连续反激或者降压调节器的波形，其输出电容器电流可以为正和负，而具体状态会不断快速变化。红色线条清楚表明了这种情况，其电压由这种电流乘以ESR得出，结果则为一种方波。电容器元件的电压为方波的组成部分。它导致线性充电和放电，如蓝色三角波形所示。最后，仅当电流在过渡期间变化时，电容器ESL的电压才明显。这种电压会非常高，取决于输出电流升时间。请注意，在这种情况下，绿色线条需除以10（假设25 nS电流过渡）。这些大电感尖峰就是在反激或降压电源中经常出现双级滤波器的众多原因之一。

总之，输出电容器的阻抗有助于提高纹波和瞬态性能。随着电源频率升高，寄生问题的影响更大、更不应忽视。在20kHz附近，铝电解电容器的ESR大到足以主导电容阻抗。在100kHz时，一些铝聚合物电容表现出电感。电源进入兆赫兹开关频率时，请注意所有三种电容器的ESL.