使用 DRV8718-Q1 EVM，我们可以测量大容量电容的效果示例。我们使用了占空比为 50% 的 PWM 信号以及 12V 电源、3Ω 负载与 470μH 电感器串联，来仿真典型的直流电机电路。L/R 时间常数为 157 微秒，大约是 PWM 周期的三倍。

图 3-1 显示了大容量电容为 270μF 的情况。使用理想电容器的估算，我们可以预计由于 PWM 期间电容器的充电和放电，PVDD 会发生大约 80mV 的变化。在每次转换期间忽略快速漂移，电压斜坡确实具有大约 80mV 的振幅，如虚线光标所示。

不过，图 3-1 中 PVDD 的总变化约为 160mV，显著高于按照理想电容估算预测的值。由于大容量电容器的非理想特性，每次转换开始时电压都会急剧漂移。电解电容器的等效串联电阻 (ESR) 可以解决这种快速电压漂移。

PVDD 的变化主要由两个部分组成：大容量电容充放电引起的电压以及电容器的非理想等效串联电阻 (ESR) 两端的电压。

实际电容器的等效串联电阻 (ESR) 是衡量其特性不理想情况的一个指标。ESR 低的电容器通常较昂贵，但可以提供减少电压纹波的优势。这是电源设计中的一个常见主题，例如，请参阅降压开关稳压器的输出纹波电压 应用手册。

通过仿真，我们可以看到 ESR 为零的理想电容器的纹波是什么样的，还可以通过添加串联电阻表示 ESR 来对实际电容器进行建模。

首先，让我们看看电流在电容器中的流动方式，从而看看电压在我们作为电容器一部分建模的 ESR 上是如何变化的。在 PWM 周期的“导通”部分期间，电容器充当电机电流源，因此 ESR 上的压降从存储在电容器中的内部理想 电压中减去。因此，电容器上的电压（包括 ESR）低于内部存储的电压。在 PWM 周期的“关断”部分期间，电容器充当电流阱，为内部电压充电。在充电过程中，电容器两端的电压（包括 ESR）高于内部存储的电压。电机和电容器电流如图 3-2 所示。

在图 3-3 中，TINA 仿真显示了 MOSFET T1 的 PWM 引起的电压变化，大容量电容为 270μF，零 ESR，对理想电容器建模。PVDD 上的电压变化约为 100mV。图 3-3 仿真在很大程度上符合理想的电容公式。

当在图 3-4 中为 50mΩ 的 ESR 建模时，电压变化增加至大约 200mV，电压纹波的形状看起来更像真实的测量情况。

注意添加 ESR 如何使波形看起来更像实际结果。

图 3-5 中显示了另一个实际情况，其中通过添加一个 330μF 电容器与前一个情况中的 270μF 电容器并联，大容量电容增加到了 600μF。前面给出的理想电容估算可以预测大约 36mV 的电压变化。测量值大约为 57mV；因此，虽然通过增加更多大容量电容来降低电压变化，但它并没有像理想估算那样降低。

图 3-6 显示了另一个示例，大容量电容降至 120μF。现在电压纹波增加至接近 500mV，并且形状主要由电容的充电和放电决定，而 ESR 的影响则不那么明显。