電源設(shè)計中的電容發(fā)熱計算
在電源設(shè)計中，紋波是導(dǎo)致電容自發(fā)熱的原因之一，電容起著電荷庫的作用，當(dāng)電壓增加時，它們被充電；電壓降低時，它們向負載放電；它們實質(zhì)上起著平滑信號的作用。當(dāng)電容受到紋波電壓非直流電壓時，電容將經(jīng)歷變化的電壓，并根據(jù)施加的電源，還可能有變化的電流，以及連續(xù)和間歇性的脈動功率。無論輸入形式為何，電容電場經(jīng)歷的變化將導(dǎo)致介電材料中偶極子的振蕩，從而產(chǎn)生熱量。這一被稱為自發(fā)熱的反應(yīng)行為，是介電性能成為重要指標的主要原因之一，因為任何寄生電阻(ESR)或電感(ESL)都將增加能耗。
理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻、電感，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈�。一個不“完美”的電容其等效電路可看成由電阻、電容、電感組成，如下圖為一個不“完美”的鉭電容，其等效電路由電阻、電容、電感、二極管串并聯(lián)電路組成。
比如，我們認為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源一類的，都使用低ESR的電容器。
（鋁電解電容有近似的特性）
ESR、Z與頻率關(guān)系曲線
由上圖可知，該鉭電容器SRF（自諧振頻率）在500KHz左右，該點Z值小，諧振頻率點之前電容呈容性，諧振點之后電容呈感性，也就是說在頻率很高，超過電容自諧振頻率的情況下，電容就不在是"電容"了 ，此時的功率損耗主要由電容的寄生電感引起，P耗=I2rms·2πf·L，所以高頻下，低ESR、ESL電容的發(fā)熱少。
電容電介質(zhì)很薄，就電容的總質(zhì)量來說，它可能僅占一小部分，所以在評估波紋時，也需考慮其結(jié)構(gòu)中所用的其它材料。例如，無極性電容(如陶瓷或薄膜電容)中的電容板是金屬的；而極性電容(如鉭或鋁)，具有一個金屬陽極(而在鈮氧化物技術(shù)中，陽極是導(dǎo)電氧化物)和一個電解質(zhì)陰極(如二氧化錳或?qū)щ娋酆衔?。在內(nèi)外部連接或引腳上，還有各種導(dǎo)電觸點，包括金屬(如：銅、鎳、銀鈀和錫等)和導(dǎo)電環(huán)氧樹脂等都會增加阻抗成份，當(dāng)AC信號或電流通過這些材料（材料阻抗成份即電容器等效串聯(lián)電阻ESR）時，它們都會有一定程度的發(fā)熱。
要了解這些因素如何發(fā)揮作用，我們以使用固體鉭電容器在直流電源輸出級平滑殘留AC紋波電流為例。首先，由于它是有極性電容器，所以需要一個正電壓偏置，以防止AC分量引起反向偏壓情況的發(fā)生。該偏置電壓通常是電源的額定輸出電壓。
紋波電壓疊加在偏置電壓上
Voltage:電壓 Time:時間
鉭電容紋波發(fā)熱是由于通過鉭電容的紋波電流在鉭電容等效串聯(lián)電阻上生產(chǎn)了功率損耗。我們看由在給定頻率下電流的紋波值在鉭電容等效串聯(lián)電阻產(chǎn)生的功耗(等于I2R，其中“I”是電流均方根[rms])。
P耗=I2rms·ESR（由紋波電流引起的功耗）
Irms：一定頻率下的紋波電流，ESR：電容等效串聯(lián)電阻。
我們以考察一個正弦紋波電流及其RMS等效值入手。如果在某一頻率，我們使一個1A Irms的電流流經(jīng)一個100mΩESR的電容，其產(chǎn)生的功耗是100mW。若連續(xù)供電，基于電容元件結(jié)構(gòu)和封裝材料的熱容量、以及向周圍散熱所采取的所有措施(例如：對流、傳導(dǎo)和輻射的組合)，該電流將使電容在內(nèi)部發(fā)熱，直到它與周圍環(huán)境達到平衡。
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