Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора | Энергофиксик

ESR (или эквивалентное последовательное сопротивление) – один из самых важных параметров конденсаторов. А вот для чего так важно знать этот параметр и пойдет речь в этой статье.

Содержание

Реальные параметры конденсатора

Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры

Электролитические конденсаторы и ESR

ESR табличные параметры

Измерение ESR

Заключение

Реальные параметры конденсатора

В нашем мире нет ничего идеального и даже, казалось бы, в простейшем конденсаторе, кроме параметра – емкость, есть еще ряд других параметров, которые просто необходимо учитывать. Давайте рассмотрим, из чего состоит реальный конденсатор.

yandex.ru

yandex.ru

Итак, теперь давайте расшифруем, что же означают все эти элементы:

R – сопротивление самого диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора.

С – непосредственно сама емкость рассматриваемого конденсатора.

ESR – эквивалентное последовательное сопротивление.

ESI (более распространенное название ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность.

Вот из таких элементов и состоит вроде бы простой электролитический конденсатор.

Теперь давайте рассмотрим каждый из элементов более пристально.

Сопротивление диэлектрика (R)

В роли диэлектрика может выступать сам электролит в электролитических конденсаторах, либо любой другой вариант. Также корпус обладает определенным сопротивлением и тоже произведен из диэлектрического материала.

Емкость конденсатора (С)

Величина аккумулируемого заряда указана на самом корпусе изделия, реальная емкость может несколько отличаться от той, что записана.

Последовательная индуктивность ESI (ESL)

Собственная индуктивность обкладок и выводов. В схемах с низкой частотой этим параметром можно просто напросто пренебречь.

ESR

Так вот ESR – это не что иное, как сопротивление выводов и обкладок.

yandex.ru

yandex.ru

И данная величина высчитывается по такой формуле:

yandex.ru

yandex.ru

Где:

ρ – удельное сопротивление проводника;

I – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения.

По выше представленной формуле вы сможете рассчитать (правда приблизительно) величину сопротивления выводов и обкладок конденсатора.

Но чтобы не сидеть с калькулятором и линейкой, давно созданы специальные приборы.

Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры

Теперь давайте разберемся, чем вредно высокое значение ESR. До того времени, пока в электронике балом стали править импульсные блоки питания никому никакого дела не было до этого параметра.

Ведь при постоянном токе и при низких частотах конденсатор сам по себе оказывает большое сопротивление протекающему электрическому току. И при таких условиях паразитные доли сопротивления ESR просто никого не волновали. А вот конденсатор в ВЧ цепях – это совершенно другая история.

Как известно, конденсатор пропускает переменную составляющую. И при росте частоты сопротивление конденсатора падает. Это утверждение верно, согласно данной формуле:

yandex.ru

yandex.ru

Где:

– сопротивление самого конденсатора, измеряемое в Ом;

П – 3,14;

F – частота, измеряется в Герцах;

С – емкость, измеряется в Фарадах.

Но одну очень важную деталь мы упустили, а именно то, что при росте частоты сопротивление выводов и пластин имеет постоянную величину.

И если представить себе изделие с бесконечно большой частотой, то в нем сопротивление конденсатора будет равняться его ESR.

А это значит, что по факту конденсатор становится ни чем иным как резистором.

А мы знаем с вами, что резистор в любой сети во время работы рассеивает часть мощности на себе. И выразить эту мощность можно по следующей формуле:

yandex.ru

yandex.ru

Где

I – сила протекающего тока;

R – сопротивление резистора ESR, измеряется в Омах.

Из этого следует довольно простой и логичный вывод: чем выше будет ESR, тем больше мощности будет рассеиваться. То есть будет больше все нагреваться.

А это значит, если конденсатор обладает большим значением ESR, то и греться он будет гораздо сильнее. А это крайне нежелательно, ведь с ростом температуры у конденсатора будет изменяться емкость.

У конденсаторов даже есть такой параметр как TKE – температурный коэффициент емкости, который как раз и показывает на сколько «уходит» емкость от заявленных параметров в зависимости от роста температуры.

Электролитические конденсаторы и ESR

В большинстве случаев параметр ESR относится именно к электролитическим конденсаторам. Ведь именно электролит, при разогревании начинает терять свою емкость, что несомненно плохо.

Нагрев приводит к быстрому старению и вздутию изделия. И у таких конденсаторов в первую очередь начинает расти ESR, а емкость некоторое время может оставаться даже неизменной (соответствовать надписи на корпусе).

yandex.ru

yandex.ru

Довольно часто конденсаторы распухают в импульсных блоках питания и материнских платах. И первым признаком такого дефекта является тот факт, что изделие начинает включаться не сразу, а с задержкой.

ESR табличные параметры

Чтобы проверить параметр ESR, нужно знать какая величина является нормой, вот небольшая табличка значений для электролитических конденсаторов.

yandex.ru

yandex.ru

Измерение ESR

Мы разобрались, что такое ESR и почему этот параметр так важен, теперь давайте узнаем как и с помощью каких приборов этот параметр измерять.

Для этого нам понадобиться RLC – транзистометр, который как раз и способен замерить этот крайне важный параметр. И несколько подопытных конденсаторов.

Производим замеры

Как вы видите, параметр ESR у всех проверенных конденсаторов не превышает табличных значений, а значит, эти конденсаторы вполне можно использовать в высокочастотных схемах.

Изделия с низким ESR

Технологии непрерывно развиваются и сейчас большинство схем строятся на ВЧ части. Поэтому к конденсаторам выдвигаются особые требования. Именно поэтому все больше используются конденсаторы с маркировкой LOW ESR, которые так же могут выделяться золотым цветом.

На сегодняшний день наименьшим ESR обладают керамические и SMD – керамические конденсаторы.

yandex.ru

yandex.ru

Заключение

Вот такой он немаловажный параметр конденсаторов, который желательно проверить перед сборкой любой поделки. А поможет в проверке RLC транзистометр, который вы можете купить по этой ссылке. Понравилась статья, тогда ставим палец вверх. Спасибо за ваше внимание!

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

ОСОБЕННОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ С НИЗКИМ ESR
До последнего времени четкое определение конденсатора с низким ESR отсутствовало. Такие стандарты, как JIS5141 и EIA395, касаются только процедур испытаний конденсаторов. Отсутствие стандартов заставило отдельных производителей самостоятельно определять, что же значит конденсатор с низким ESR. В итоге большинство поставщиков установили согласованный критерий, определяющий такие конденсаторы как элементы, у которых:
· срок службы больше, чем у стандартных конденсаторов;
· максимальный импеданс задается на частоте 100 кГц и остается неизменным в диапазоне температур +20…-10°С;
· пульсирующий ток определяется на частоте 100 кГц;
· повышенная температурная стабильность (температурный коэффициент импеданса).
Конденсаторы с низким ESR одного и того же номинала могут монтироваться в корпуса различных размеров.
Для лучшего понимания того, что же представляют собой конденсаторы с низким ESR и каковы их характеристики, необходимо сначала понять, что же значит низкое ESR и как оно влияет на рабочие характеристики схемы. Эквивалентная схема конденсатора содержит четыре основных элемента (рис.1), причем значения трех – импеданса конденсатора (Z), эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL) – зависят от частоты. Значение Rp зависит от постоянного тока. Рассмотрим лишь зависящие от частоты характеристики конденсатора – ESL, ESR и Z.
ESL – сумма индуктивностей всех индуктивных элементов конденсатора. ESL = 2PIЧfЧL, где f – рабочая частота и L – индуктивность.
ESR, подобно ESL, – сумма всех резистивных элементов конденсатора. ESR = DF/(2PIЧfЧC)ЧХс, где DF – коэффициент рассеяния,
f – частота, С – емкость и Хс – емкостное сопротивление,

Z – импеданс конденсатора. Z = Ц(ESR)2 + (ESL – Xc)2.
Зависимости этих параметров от частоты приведены на рис.2.
Частотные зависимости параметров всех конденсаторов имеют одинаковый характер. Таким образом, для уменьшения ESR следует использовать конденсатор либо большей емкости, либо с меньшим коэффициентом рассеяния. Уменьшение ESR с увеличением емкости конденсатора хорошо понятно и не требует объяснений. Уменьшение ESR за счет применения диэлектрика с меньшим коэффициентом рассеяния наглядно иллюстрирует табл.1, из которой можно сделать несколько важных выводов.
Во-первых, если обратить внимание на частоты, для которых рассчитывалось значение ESR, можно отметить, что с увеличением частоты значение ESR уменьшается. Поэтому при задании в технических условиях на конденсатор с низким ESR требуемого значения эквивалентного последовательного сопротивления необходимо также указывать частоту, на которой ESR измеряется, в противном случае велика вероятность неправильного выбора конденсатора. На рис.3 приведена типовая зависимость ESR от частоты для танаталового конденсатора емкостью 22 мкФ на напряжение 25 В.
Важна и температура, которую необходимо учитывать при оценке конденсатора, особенно если он должен работать при минусовых температурах. Это в первую очередь существенно для алюминиевых электролитических конденсаторов. При очень низких температурах емкость этих конденсаторов может уменьшиться на 10–40%, а DF возрасти на порядок. Поэтому конденсаторы, которые должны работать при низких температурах окружающей среды, необходимо выбирать очень тщательно.
Во-вторых, у конденсаторов с различными диэлектриками различны и значения ESR. Меняя диэлектрик, можно изменять значение ESR. Следует обратить внимание на существенное различие между значениями ESR для алюминиевых электролитических и полипропиленовых конденсаторов.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Различны и значения ESR для пленочных и алюминиевых электролитических конденсаторов. Эти различия определяют предпочтительные области применения каждого типа. К достоинствам пленочных конденсаторов относятся, в первую очередь, независимая полярность конструкции, высокое рабочее напряжение, малые значения емкости, жесткие допуски на значение емкости, самовосстановление (только металлизированная конструкция), высокая безотказность, стойкость к большому току пульсации, разнообразие форм выводов и корпусов. Применяются пленочные конденсаторы, как правило, в системах, где требуется низкое ESR для подавления электромагнитных и радиопомех.

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в импульсных преобразователях напряжения. Выпускаются они различных, отличающихся по своим параметрам, типов (табл.2). Так, в сравнении со стандартными, алюминиевые электролитические конденсаторы с низким ESR характеризуются большими значениями емкости, большим сроком службы (более 5 тыс. часов) и долговечностью при полной нагрузке, способностью выдерживать более высокие токи пульсации, большим разнообразием размеров корпусов.
Самые большие различия получены для таких параметров, как долговечность при полной нагрузке, импеданс (Z) и ESR на частоте 100 кГц. Конденсаторы с малыми значениями ESR и импеданса широко используются в импульсных источниках питания для обеспечения стабильности их характеристик. Конденсаторы с высокими значениями ESR будут слишком нагреваться и не позволят стабилизировать ток. Очевидно, саморазогрев конденсаторов также приводит к сокращению их срока службы и, соответственно, к ухудшению характеристик и срока службы стабилизатора на токовых ключах. К тому же, максимальное значение тока пульсации низкоимпедансных конденсаторов больше, чем у стандартных, что позволяет сократить число используемых элемнтов и, тем самым, уменьшить размеры преобразователя.
В качестве примера на рис.4 приведена зависимость напряжения пульсаций на ИС от ESR конденсатора, используемого в цепи развязки по питанию. Комментарии, как говорится, излишни.
Таким образом, если в схеме необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, в первую очередь следует определить допустимые пределы значения эквивалентного сопротивления и выбрать компоненты, “соответствующие” требованиям. При этом важно знать условия, при которых производитель проводил испытания, поскольку их характеристики существенно влияют на работу конденсатора в схеме. Серьезную техническую поддержку при выработке требований и рекомендаций по выбору нужного типа конденсатора оказывают разработчикам такие изготовители, как Teapo Electronics и Illinois Capacitor.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ведущие мировые компании по производству конденсаторов уделяют очень большое внимание конденсаторам с низким ESR. Например, Teapo Electronic Corporation, специализирующаяся на выпуске высококачественных алюминиевых электролитических и пленочных конденсаторов, предлагает алюминиевые электролитические низкоимпедансные конденсаторы с низким ESR на рабочую температуру до 105°C серий SC (срок службы 3 тыс. ч при температуре 105°C ) и SX (5 тыс. ч при температуре 105°C ).
Но, пожалуй, нигде, кроме России, нельзя встретить столь вопиющее неcоответствие между назначением изделия и уровнем (откровенно низким) используемой элементной базы. Например, вряд ли где-либо еще в дорогой системе промышленной автоматики можно найти плохие “электролиты”. И это не у одного какого-либо производителя. Это – общая беда российской электронной промышленности последних лет. Правда, сегодня ситуация меняется. Качественные конденсаторы, в том числе и с низким ESR, по цене лишь незначительно превосходящие стандартные, становятся доступными отечественному производителю. К тому же, меняется и его менталитет. И это дает надежду на то, что изделия с маркой “Сделано в России” в реальности, а не на бумаге, не будут уступать лучшим зарубежным аналогам.

Компания ПОЛИСЭТ представляет на российском рынке весь спектр высококачественных электролитических и пленочных конденсаторов фирмы Teapo Electronic, а также танталовые электролитические конденсаторы фирмы Samsung Electro-Mechanics.
Тел.: (095) 967-0591; www.poliset.ru; [email protected]

Литература
www.yageo.com
www.teapo.com.tw
www.sem.samsung.com/

Aluminium Electrolytic Capacitors Catalogue, 2001, Teapo Electronic Corporation.
R.W. Franklin, Equivalent Series Resistance of Tantalum Capacitors, AVX Limited, 2001
Passive Component Industry, September/October 2001
R.K. Keenan, Decoupling and layout of Digital Printed Circuits,198

Пролезет ли конденсатор в игольное ушко?
В конце октября 2001 года фирма Samsung Electro-Mechanics выпустила самый миниатюрный в мире многослойный керамический конденсатор для поверхностного монтажа (SMD MLCC) марки 0603MLCC. Размер конденсатора 0,6х0,3 мм, а объем составляет всего лишь одну пятую от объема его предшественника. Конденсатор столь мал, что практически не виден невооруженным глазом. Поэтому производственный процесс полностью автоматизирован. Фирма выпускает конденсатор двух типов: X7R (стандартный) и NPO (с низким эквивалентным последовательным сопротивлением).
Сейчас Samsung Electro-Mechanics ежемесячно выпускает около 30 млн. конденсаторов, в 2002 году объем их производства будет увеличен. Сегодня фирма Samsung Electro-Mechanics контролирует около 30% мирового рынка многослойных керамических конденсаторов и в ближайшее время намерена стать их крупнейшим производителем.

www.poliset.ru; www.sem.samsung.com

“Другой” анодный материал конденсаторы фирмы Vishay
Vishay Intertechnology выпустила новое семейство конденсаторов, в которых анод выполнен из ниобия, а не тантала. Переход к новому материалу был не прост. Пленки оксида ниобия более чувствительны к тепловым и электрическим воздействиям. К тому же, токи утечки ниобиевых компонентов до сих пор были выше, чем танталовых. Но в отличие от тантала, ниобий достаточно распространен в природе и, кроме того, он легче тантала, благодаря чему уменьшается масса конденсатора. Эти соображения и стимулировали разработку ниобиевых компонентов.
Фирма Vishay выпускает конденсаторы емкостью 10–100 мкФ на напряжения 6 и 10 В в разнообразных стандартных корпусах. Они рассчитаны на работу в диапазоне температур -55…85оС.

www.e-insite.net/edmag

Скорость передачи 10 Гбайт/с
По медным проводам
Утверждение, что скорость передачи 10 Гбайт/с доступна лишь для оптического волокна, опровергает соединитель модели Connector–X фирмы Winchester Electronics, способный поддерживать передачу 12 различных пар сигналов с такой скоростью. Это в три-четыре раза выше, чем у современных соединителей медных проводов. Плавкие кнопочные контакты соединителя, напоминающие миниатюрные стальные подушечки для чистки кастрюль, выдерживают 250 циклов сочленения. Для обеспечения контакта соединителя с токопроводящими линиями печатной платы (которая может выполняться на достаточно дешевом материале FC-4) не нужны отверстия, достаточны лишь две крепежные точки. Это позволяет снизить стоимость сборки, улучшить выход годных и предотвратить сбои в передаче сигнала. Цена соединителя длиной 1 дюйм (25,4 мм) – 250–300 долларов.

www.litton-wed.com

Процесс восстановления пластин GaAs

Старые не хуже новых
Фирма Exsil разработала процесс восстановления арсенидгаллиевых пластин для их повторного использования в производстве активных приборов и микросхем. Возможность применения таких пластин весьма перспективна, особенно если вспомнить, что стоимость “первичных” GaAs-пластин на порядок выше, чем кремниевых, – 350–450 долл. при диаметре150 мм. За восстановленную пластину нужно заплатить всего 85–100 долл. Линия фирмы предназначена для восстановления пластин GaAs диаметром 100 и 150 мм, которые по своим параметрами не уступают, а в некоторых случаях превосходят первичные пластины.

Electronic News, 2001, Nov.15.

Электроника движет ростом затрат на НИОКР
По данным отделения технологической политики Министерства торговли США, затраты на НИОКР в 2000 году (самые последние точные данные на сегодня) составили 162,7 млрд. долл., что на 9,3% больше, чем в предыдущем году (145, 6 млрд. долл.). Затраты на НИОКР могут служить серьезным индикатором потенциального роста экономики страны и тенденций развития технологии. Большая часть инвестиций (67%) сосредоточена в двух областях – производство и услуги информационной и электронной технологии и медицинские средства и устройства. При этом на НИОКР в области информационной и электронной технологии было затрачено 47,2% общих корпоративных средств, что на 16,3% больше, чем в 1999 году (в остальных секторах американской экономики рост составил всего 3,7%). Сократились затраты на НИОКР в области аэрокосмических исследований и химической промышленности.

www.e-insite.net

Простой метод измерения ESR конденсаторов

Добавлено 13 декабря 2019 в 06:05

Сохранить или поделиться

Точное моделирование электронных схем, в том числе и силовых электронных преобразователей, должно учитывать последовательные сопротивления конденсаторов и катушек индуктивности. Рассмотрим, простой метод, который позволяет измерять эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (ESR).

Конденсаторы классифицируются по типу диэлектрика. Электролитические конденсаторы популярны в силовых электронных схемах благодаря их высокой эффективности относительно размеров и превосходному соотношению цены и качества [1]. К сожалению, с изменением рабочей частоты изменяются и их характеристики, тогда как сопротивление идеального конденсатора с ростом частоты должно уменьшаться. Но в реальном мире это не встречается. Увеличение частоты до определенной точки приводит к ожидаемому уменьшению полного сопротивления, но дальнейшее увеличение частоты вызывает увеличение импеданса, то есть конденсатор действует как резонансная схема. Для моделирования поведения реального конденсатора требуется к модели идеального конденсатора добавить дополнительные элементы. ESR – это фактически сопротивление, которое реальный конденсатор демонстрирует на границе между «поведением конденсатора» и «поведением индуктивности», то есть сопротивление на резонансной частоте.

ESR является важным параметром при моделировании динамического поведения силовых преобразователей, поскольку он предсказывает пульсации выходного сигнала преобразователя, а также предсказывает срок службы конденсатора [2]. Мощность, рассеиваемая в ESR, вызывает повышение температуры конденсатора и уменьшение его емкости и срока службы.

Простой и прямой метод измерения ESR предложен в [3], в котором ESR определяется непосредственно отношением напряжения пульсаций на конденсаторе к току пульсаций. Но реализация довольно дорогая и хлопотная. Чтобы определить ESR, используя только измерения напряжения, Чен и другие [4] предположили, что в некоторых конкретных условиях ток пульсаций индуктивности можно считать постоянным, и, следовательно, выходное напряжение пульсации определяет ESR. Однако предлагаемый способ имеет ограничения и его точность невелика.

Лабораторный метод, который можно использовать для определения величины ESR электролитических конденсаторов, был предложен в [5]. Однако способ слишком дорогостоящий для реализации.

Здесь мы представляем простой метод измерения для определения ESR конденсатора.

Предлагаемый метод

Предположим, что модель, показанная на рисунке 1, представляет собой тестируемый конденсатор (CUT, Capacitor Under Test):

Рисунок 1 – Модель тестируемого конденсатора

Эта модель игнорирует индуктивность выводов. Предположим, что, как показано на рисунке 2, тестируемый конденсатор подключен к генератору синусоидального сигнала с частотой Fг, внутреннее сопротивление генератора равно rг:

Рисунок 2 – Тестируемый конденсатор подключен к генератору синусоидального сигнала

Передаточная функция этой схемы:

\[H(s) = {r_к \over r_к + r_г} \times { s + \frac{1}{r_к \times C} \over s + \frac{1}{(r_к + r_г) \times C} } \qquad (1)\]

Уравнение 1 показывает высокочастотный характер этой цепи. Поэтому мы можем аппроксимировать передаточную функцию как:

\[H(s) = {r_к \over r_к + r_г} \cong {r_к \over r_г} \qquad (2)\]

Уравнение 2 является основой для нашего измерения ESR конденсатора. Когда входная частота достаточно высока, мы можем упростить отношение входного и выходного напряжений до алгебраического уравнения 2. Для высоких частот схема действует как аттенюатор с коэффициентом ослабления:

\[\alpha = {r_к \over r_к + r_г} \qquad\]

Измерение коэффициента затухания цепи и внутреннего сопротивления генератора приводит к rк, то есть эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR) конденсатора:

\[r_к = \alpha \times r_г \qquad (3)\]

Вместо использования синусоидального возбуждения мы можем использовать прямоугольный сигнал.{\infty} {4 \times V_m \over n \times \pi} \sin(n \times \omega_0 \times t) \qquad (4)\]

где:

\[\omega_0 = \frac{2\pi}{T} = \text{угловая частота прямоугольного сигнала}\]

Прямоугольный сигнал состоит из нечетных гармоник. Когда основная гармоника достаточно высока, конденсатор действует как короткое замыкание, а выходное напряжение примерно является ослабленной версией входного напряжения в устойчивом состоянии. Затухание цепи в установившемся режиме напрямую связано с эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора, rк, которое может быть получено путем измерения коэффициента затухания цепи и использования уравнения 3.

Результаты моделирования

Диаграмма Simulink показана на рисунке 3:

Рисунок 3 – Схема моделирования в Simulink

В качестве возбуждения используется прямоугольный сигнал с амплитудой +1 и -1 вольт. Выходное сопротивление генератора сигналов принимается за 50 Ом, конденсатор составляет 30 мкФ с ESR 0,8 Ом. Установившаяся форма выходного сигнала показана на рисунке 4:

Рисунок 4 – Установившаяся форма выходного сигнала схемы

Расчетный коэффициент затухания цепи составляет:

\[\alpha = { \text{выходное напряжение пик-пик} \over \text{входное напряжение пик-пик} } = \frac{0,315}{2} = 0,0158 \qquad (5)\]

и ESR тестируемого конденсатора рассчитывается как:

\[r_к = \alpha \times r_г = 0,0158 \times 50 = 0,7875\ Ом \qquad (5)\]

Лабораторные результаты

Возбуждение обеспечивает генератор сигналов с номинальным выходным сопротивлением 50 Ом. С помощью простого делителя напряжения намеряется выходное сопротивление 47,1 Ом. Выходное напряжение пик-пик в установившемся состоянии измеряется с помощью цифрового осциллографа. На рисунке 5 показан пример выходного напряжения.

Рисунок 5 – Форма выходного напряжения

Расчетные значения ESR

Расчетные значения ESR
Размах входного напряжения, ВРазмах выходного напряжения, мВЕмкость, мкФРассчитанное значение ESR, Ом
1,685841,68
1,68806,82,35
1,6866471,88
1,7244,82201,26
1,72484701,35
1,68426601,18
1,724522001,26

Этот простой метод измерения обеспечивает точные результаты и позволяет получить более точную модель силового преобразователя.

Ссылки

  1. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: An experimental technique for estimating the ESR and reactance intrinsic values of aluminium electrolytic capacitors. Proc. Instrumentation and Measurement Technology Conf., IMTC 2006, April 2006, pp. 1820–1825.
  2. Sankaran V.A., Rees F.L., Avant C.S.: Electrolytic capacitor life testing and prediction. Proc. 32nd Annual Meeting IEEE Industry Applications Society, October 1997, vol. 2, pp. 1058–1065
  3. Venet P., Perisse F., El-Husseini M.H., Rojat G.: Realization of a smart electrolytic capacitor circuit, IEEE Ind. Appl. Mag., 2002, 8, (1), pp. 16–20
  4. Chen Y.-M., Chou M.-W., Wu H.-C.: Electrolytic capacitor failure prediction of LC filter for switching-mode power converters. Proc. 40th Annual Meeting IEEE Industry Applications Society, October 2005, vol. 2, pp. 1464–1469.
  5. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: An ESR meter for high frequencies. Proc. Int. Conf. on Power Electronics and Drives Systems, PEDS, 2005, pp. 1628–163
  6. D.W. Hart, “Power electronics,” Mc Graw Hill, 2010.
  7. N. Mohan,T. M. Undeland , W. P. Robbins, “Power Electronics: Converters, Applications and Design,” John Wiley and Sons, 2002.
  8. R.W. Ericson, D. Maksimovic, “Fundamental of power electronics,” Springer, 2001.
  9. A.M.R. Amaral, A.J.M Cardoso: “An ESR meter for high frequencies”. Proc. Int. Conf. on Power Electronics and Drives Systems, PEDS, 2005, pp. 1628–1633.
  10. R. Chen, J.D.V. Wyk, S. Wang, W.G. Odendaal: Improving the characteristics of integrated EMI filters by embedded conductive layers. IEEE Trans. Power Electron., 2005, pp. 611–619.
  11. A.M.R. Amaral, A.J.M Cardoso: An experimental technique for estimating the ESR and reactance intrinsic values of aluminium electrolytic capacitors. Proc. Instrumentation and Measurement Technology Conf., IMTC 2006, April 2006, pp. 1820–1825.

Оригинал статьи:

Теги

ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)ГенераторИзмерениеКонденсаторМоделированиеОсциллографЭлектролитический конденсатор

Сохранить или поделиться

Конденсатор электролитический Low ESR 3300 мкФ 35V 105°C d18 h45.5

Описание товара Конденсатор электролитический Low ESR 3300 мкФ 35V 105°C d18 h45.5

Конденсатор электролитический низкоимпедансный Low ESR 3300µF 35V 105°C d18 h45.5 от Интернет-магазина Electronoff – качественный пассивный радиокомпонент. Подобные конденсаторы имеют ряд преимуществ перед прочими электролитическими конденсаторами: они имеют более долгий срок работы, даже при максимально допустимой температуре, также они могут работать в сетях с максимальной частотой импульса тока в 100 кГц. Также, они более устойчивы к перегреву.

Технические характеристики:
  • Ёмкость: 3300µF
  • Напряжение: 35V
  • Максимальная температура: 105°C
  • Диаметр: d18
  • Высота: h45.5
Особенности электролитического конденсатора Low ESR 3300µF 35V 105°C d18 h45.5

Электролитические конденсаторы отличаются от своих более простых собратьев большой емкостью, надежностью и более совершенной конструкцией. Такие конденсаторы также относят к пассивным электронным компонентам.

Электролитические конденсаторы с низким импедансом имеют немного усложненное строение, что значительно улучшает их технические характеристики. В отличие от простых электролитических конденсаторов, низкоимпедансные:

  • Имеют более долгий срок службы;
  • Более надежны;
  • Работают с током, с частотой пульсации до 100 кГц;
  • Имеют повышенную температурную стабильность.

При температуре в 105 °C такой конденсатор способен проработать более 2000 часов.

Но, необходимо учитывать, что такие конденсаторы, как и практически все электролитические – полярные. Это означает, что при их подключении к электрической цепи необходимо учитывать её полярность и подключать выводы конденсатора к соответствующим полюсам.

Применение электролитических низкоимпедансных конденсаторов

Обычно такие конденсаторы применяются в различных устройствах для стабилизации электрического тока. Так, электролитические низкоимпедансные конденсаторы применяются в аудиотехнике. Их часто используют радиолюбители, для сборки своих любительских приборов.

Замена испорченного или поврежденного конденсатора новым

Если Вы хотите купить конденсатор на замену старому, внимательно изучите этикетку старого конденсатора. Никогда не берите конденсатор, чьи технические характеристики ниже, чем у заменяемого. Например, никогда не берите конденсатор, на замену, если его рабочее напряжение ниже, чем у предыдущего. Так как сеть рассчитана на более высокое напряжение, конденсатор рассчитанный на более низкое в скором времени выйдет из строя.

Техника безопасности

Используя любые полярные электролитические конденсаторы, необходимо быть максимально осторожным, особенно при их подключении. Несоблюдение полярности может привести к вскипанию электролита, что неизбежно повлечет за собой взрыв конденсатора.

Именно для предотвращения взрыва, большинство современных конденсаторов оборудованы специальными клапанами или же имеют насечки на шляпке. Так, в случае вскипания электролита, он не разорвет корпус, а просто вытечет наружу. Но в любом случае, при попадании электролита на кожу, её необходимо как можно скорее промыть большим количеством проточной воды.

Вы можете купить электролитические низкоимпедансные конденсаторы непосредственно в Интернет-магазине Electronoff, который находится в Киеве. Также мы осуществляем доставку Новой почтой по всей территории Украины.

Автор на +google

Конденсатор электролитический Low ESR 680 мкФ 16V 105°C d8 h26 (10шт)

Описание товара Конденсатор электролитический Low ESR 680 мкФ 16V 105°C d8 h26 (10шт)

Конденсатор электролитический низкоимпедансный Low ESR 680µF 16V 105°C d8 h26 от Интернет-магазина Electronoff – качественный пассивный радиокомпонент. Подобные конденсаторы имеют ряд преимуществ перед прочими электролитическими конденсаторами: они имеют более долгий срок работы, даже при максимально допустимой температуре, также они могут работать в сетях с максимальной частотой импульса тока в 100 кГц. Также, они более устойчивы к перегреву.

Технические характеристики:
  • Ёмкость: 680µF
  • Напряжение: 16V
  • Максимальная температура: 105°C
  • Диаметр: d8
  • Высота: h26
Особенности электролитического конденсатора Low ESR 680µF 16V 105°C d8 h26

Электролитические конденсаторы отличаются от своих более простых собратьев большой емкостью, надежностью и более совершенной конструкцией. Такие конденсаторы также относят к пассивным электронным компонентам.

Электролитические конденсаторы с низким импедансом имеют немного усложненное строение, что значительно улучшает их технические характеристики. В отличие от простых электролитических конденсаторов, низкоимпедансные:

  • Имеют более долгий срок службы;
  • Более надежны;
  • Работают с током, с частотой пульсации до 100 кГц;
  • Имеют повышенную температурную стабильность.

При температуре в 105 °C такой конденсатор способен проработать более 2000 часов.

Но, необходимо учитывать, что такие конденсаторы, как и практически все электролитические – полярные. Это означает, что при их подключении к электрической цепи необходимо учитывать её полярность и подключать выводы конденсатора к соответствующим полюсам.

Применение электролитических низкоимпедансных конденсаторов

Обычно такие конденсаторы применяются в различных устройствах для стабилизации электрического тока. Так, электролитические низкоимпедансные конденсаторы применяются в аудиотехнике. Их часто используют радиолюбители, для сборки своих любительских приборов.

Замена испорченного или поврежденного конденсатора новым

Если Вы хотите купить конденсатор на замену старому, внимательно изучите этикетку старого конденсатора. Никогда не берите конденсатор, чьи технические характеристики ниже, чем у заменяемого. Например, никогда не берите конденсатор, на замену, если его рабочее напряжение ниже, чем у предыдущего. Так как сеть рассчитана на более высокое напряжение, конденсатор рассчитанный на более низкое в скором времени выйдет из строя.

Техника безопасности

Используя любые полярные электролитические конденсаторы, необходимо быть максимально осторожным, особенно при их подключении. Несоблюдение полярности может привести к вскипанию электролита, что неизбежно повлечет за собой взрыв конденсатора.

Именно для предотвращения взрыва, большинство современных конденсаторов оборудованы специальными клапанами или же имеют насечки на шляпке. Так, в случае вскипания электролита, он не разорвет корпус, а просто вытечет наружу. Но в любом случае, при попадании электролита на кожу, её необходимо как можно скорее промыть большим количеством проточной воды.

Вы можете купить электролитические низкоимпедансные конденсаторы непосредственно в Интернет-магазине Electronoff, который находится в Киеве. Также мы осуществляем доставку Новой почтой по всей территории Украины.

Автор на +google

Конденсаторы Low ESR танталовые и полимерные

Цены в формате  .pdf,  .xls Купить

Полимерные конденсаторы Ultra Low ESR

Корпус Номинал Маркировка ESR, на 100 кГц tg Ток утечки Ток пульсаций Склад Заказ
V case 22мкФ ±20% 25В EEFCX1E220R 0,04Ом 0,06 0,3мкА
V case 33мкФ ±20% 8В EEFCD0K330R 0,06Ом 0,06 10,6мкА 1,6А
V case 47мкФ ±20% 6,3В EEFCD0J470R 0,05Ом 0,06 10,6мкА 1,6А
V case 100мкФ ±20% 10В EEFCX1A101R 0,040Ом 0,06 0,3мкА
V case 470мкФ ±20% 2,0В EEFSX0D471E4 0,0045Ом 0,06 3,8мкА 3,8А
V case 470мкФ ±20% 2,5В EEFSX0E471XE 0,009Ом 0,06 3мкА 3,5А
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 330 мм по 3500 штук V case

Танталовые конденсаторы Low ESR

Корпус Номинал Маркировка Макс ESR, Ом Склад Заказ
D case 47мкФ ±10% 25B 593D476X9025D2TE3
Low ESR
0,25
D case 100мкФ ±10% 10B 593D107X9010D2TE3
Low ESR
0,125
D case 100мкФ ±20% 16B 593D107X0016D2TE3
Low ESR
0,125
D case 220мкФ ±10% 10B 593D227X9010D2TE3
Low ESR
0,10
D case 330мкФ ±20% 6,3B T520D337M006ATE025
Low ESR
0,125
D case 330мкФ ±20% 6,3B 593D337X06R3D2TE3 
Low ESR
0,125
D case 470мкФ ±20% 6,3B TPSD477K006R0100
Low ESR
0,125
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Цены в формате  .pdf,  .xls Купить
Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 180 мм по 500 штук танталовых конденсаторов C и D case.

Размеры Low ESR конденсаторов в SMD исполнении

Case EIA/LECQ L W H s m a(min) k
C 6032 6,0 ± 0,3 3,2 ± 0,3 2,5 ± 0,3 2,2 ± 0,1 1,3 ± 0,3 2,5 1,4 ± 0,2 
V7343-207,3 ± 0,34,3 ± 0,32,0 ± 0,32,4 ± 0,11,3 ± 0,33,8
D 7343 7,3 ± 0,3 4,3 ± 0,3 2,8 ± 0,3 2,4 ± 0,1 1,3 ± 0,3  3,8 1,5 ± 0,2 
E7343H7,3 ± 0,34,3 ± 0,34,0 ± 0,32,4 ± 0,11,3 ± 0,33,81,5 ± 0,2

Маркировка емкости состоит из 3-х знаков, где последняя цифра обозначает количество нулей в номинале, измеряемом в пикофарадах. На все типоразмеры наносится маркировка емкости, а на типоразмер D – маркировка рабочего напряжения.

Технические характеристики и маркировка low ESR танталовых конденсаторов VISHAY SPRAGUE, серия 293D

Технические характеристики и маркировка low ESR танталовых конденсаторов VISHAY SPRAGUE, серия 593D

Технические характеристики и маркировка low ESR танталовых конденсаторов KEMET, серия T495

Технические характеристики и маркировка low ESR танталовых конденсаторов KEMET, серия T520

Технические характеристики и маркировка low ESR танталовых конденсаторов AVX, серия TPS

Технические характеристики и маркировка Ultra Low ESR танталовых конденсаторов Panasonic SP Cap, серия CX

Low ESR танталовые конденсаторы имеющие низкое значение эквивалентного последовательного сопротивления позволяют работать с большими токами пульсаций чем традиционные танталовые конденсаторы. Выпускаются в типоразмерах C и D танталовых конденсаторов. В качестве бюджетной замены могут быть рекомендованы неполярные многослойные керамические конденсаторы большой емкости обладающие лучшим значением последовательного сопротивления для больших частот и меньшиим током утечки.

Корзина

Корзина пуста

Таблицы максимальных значений ESR у электролитических конденсаторов

Мы уже привыкли к основным параметрам конденсатора: ёмкости и рабочему напряжению. Но в последнее время не менее важным параметром стало его эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Что же это такое и на что оно влияет?

Любой электронный компонент не идеален. Это относится и к конденсатору. Совокупность его свойств показывает условная схема.

Как видим, реальный конденсатор состоит из ёмкости C, которую мы привыкли видеть на схемах в виде двух вертикальных полос. Далее резистор Rs, который символизирует активное сопротивление проволочных выводов и контактного сопротивления вывод – обкладка.

Так как любой, даже очень хороший диэлектрик имеет определённое сопротивление (до сотен мегаом), то параллельно обкладкам изображается резистор Rp. Именно через этот «виртуальный» резистор течёт так называемый ток утечки. Естественно, никаких резисторов внутри конденсатора нет. Это лишь для наглядности и удобного представления.

Из-за того, что обкладки у электролитического конденсатора скручиваются и устанавливаются в алюминиевый корпус, образуется индуктивность L.

Свои свойства эта индуктивность проявляет лишь на частотах выше резонансной частоты конденсатора. Приблизительное значение этой индуктивности – десятки наногенри.

Итак, из всего этого выделим то, что входит в ЭПС электролитического конденсатора:

  • Сопротивление, которое вызвано потерями в диэлектрике из-за его неоднородности, примесей и наличия влаги;
  • Омическое сопротивление проволочных выводов и обкладок. Активное сопротивление проводов;
  • Контактное сопротивление между обкладками и выводами;
  • Сюда же можно включить и сопротивление электролита, которое увеличивается из-за испарения растворителя электролита и изменения его химического состава вследствие взаимодействия его с металлическими обкладками.

Все эти факторы суммируются и образуют сопротивление конденсатора, которое и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением – сокращённо ЭПС, а на зарубежный манер ESR (Equivalent Serial Resistance).

Как известно, электролитический конденсатор в силу своего устройства может работать только в цепях постоянного и пульсирующего тока из-за своей полярности. Собственно, его и применяют в блоках питания для фильтрации пульсаций после выпрямителя. Запомним эту особенность конденсатора – пропускать импульсы тока.

Из всего сказанного следует, что электролитические конденсаторы, работающие в высокочастотных импульсных схемах (блоки питания, инверторы, преобразователи, импульсные стабилизаторы) работают в довольно экстремальных условиях и выходят из строя чаще. Зная это производители выпускают специальные серии с низким ESR. На таких конденсаторах, как правило, присутствует надпись Low ESR, что означает «низкое ЭПС».

При ремонте любой аппаратуры необходимо производить замеры ESR при помощи специального измерительного прибора — ESR-метра. Для тестирования конденсаторов и измерения ESR существует немало серийно выпускаемых приборов. На сегодняшний день самый доступный — это универсальный тестер радиокомпонентов LCR-T4 Tester, функционал которого поддерживает замер ESR конденсаторов. В радиотехнических журналах можно встретить описания самодельных приборов и приставок к мультиметрам для измерения ESR. В продаже можно найти и узкоспециализированные ESR-метры, которые способны измерять ёмкость и ЭПС без выпайки их из платы, а также разряжать их перед этим с целью защиты прибора от повреждения высоким остаточным напряжением конденсатора. К таким приборам относятся, например, такие как ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.

Максимально допустимые значения ESR электролитических конденсаторов приведены в таблицах ниже.

1. Максимально-допустимые ESR конденсаторов Китайского и японского производства

2. ESR новых электролитических конденсаторов замеренных тестером LCR T4

В качестве образцов для измерения ESR (Таблица №2) использовались новые конденсаторы разных производителей.

3. Таблица значений ESR, применяемая Бобом Паркером в ESR-метре K7214.

Понимание влияния ESR на выбор керамического конденсатора

В идеальном мире конденсаторы могут быть сконструированы таким образом, чтобы они не оказывали сопротивления. Однако это физически невозможно достичь, поскольку в конденсаторе всегда будет какое-то внутреннее сопротивление, которое появляется последовательно с емкостью устройства. Уровень этого сопротивления, известного как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), будет варьироваться в зависимости от конденсатора в зависимости от множества факторов, включая используемые диэлектрические материалы, частоту применения, утечку, а также качество и надежность конденсатора.Два графика на рисунке 1 показывают пример того, как может изменяться ESR при увеличении частоты на различных емкостях на двух разных классах керамических диэлектриков.

Рис. 1. Верхний график показывает зависимость ESR от частоты для конденсаторов, использующих диэлектрик класса I, а нижний график представляет диэлектрик класса II (оба от Knowles Precision Devices).

Значение ESR может быть очень маленьким в некоторых случаях и пренебрежимо малым для некоторых простых конструкций или низкочастотных приложений.Однако для некоторых мощных или высокочастотных приложений учет значения ESR в расчетах общего импеданса может иметь решающее значение для поддержания эффективности работы или предотвращения потенциальных отказов. Давайте посмотрим, как учитывать ESR для этих типов приложений.

Определите свою частоту резонанса

Во-первых, чтобы убедиться, что ваш конденсатор работает в точке, где сопротивление минимально, важно понимать собственную резонансную частоту (SRF) вашей цепи.SRF – это точка, в которой конденсатор будет демонстрировать наименьшее сопротивление, поскольку в этой точке ESR является единственным фактором, влияющим на общие потери конденсатора. На низких частотах в импедансе преобладают диэлектрические потери из-за задержки поляризации. Когда частота увеличивается выше SRF, паразитная индуктивность начинает доминировать в поведении схемы, что может вызвать перегрев конденсатора и потенциально привести к отказу. Поскольку ESR зависит от частоты приложения, на SRF влияет рабочая частота, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Представление того, как изменяется импеданс при увеличении рабочей частоты. Источник.

Использование MLCC с малыми потерями и высоким добротностью для минимизации ESR для высокочастотных цепей

Как правило, алюминиевые и танталовые конденсаторы демонстрируют более высокое значение ESR, чем керамические конденсаторы той же емкости и номинального напряжения (Таблица 1).

Таблица 1. В этой таблице показаны «типичные» значения ESR для конденсаторов с различными диэлектриками. Источник.

Таким образом, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) обычно являются лучшим вариантом для высокочастотных или высокомощных приложений. Используя MLCC с низким ESR в этих приложениях, потери в конденсаторах могут быть минимизированы, в то время как эффективность и стабильность источника питания повышаются, а выходное пульсирующее напряжение снижается.

В компании Knowles Precision Devices мы понимаем, какое влияние ESR может оказать на эти высокомощные или высокочастотные цепи, где Q имеет решающее значение. Мы также знаем, что существует не один конденсатор со сверхнизким ESR, который может работать для всех, поскольку ESR изменяется в зависимости от частоты, на которой работает ваше устройство.Таким образом, мы производим линейку керамических диэлектриков класса II (BX или X7R в зависимости от размера кристалла), которые обеспечивают высокий объемный КПД при незначительных пьезоэффектах. Мы специально разработали эту серию для надежной работы в суровых условиях, например, в мощных широкополосных устройствах связи и импульсных источниках питания. Ниже приведены две диаграммы, на которых показаны зависимости ESR от емкости и Q от емкости трех из этих конденсаторов, изготовленных из разных диэлектрических материалов (Рисунок 3).

Рисунок 3.Компания Knowles Precision Devices производит линейку конденсаторов, которые могут надежно работать при минимальном ESR.

В целом, конденсатор с низким ESR рассеивает меньше тепла и может предотвратить перегрев MLCC, который потенциально может привести к выходу конденсатора из строя. Следовательно, если вы делаете схему, которая требует высокой мощности или должна работать на высокой частоте, где любое количество дополнительного сопротивления может отрицательно повлиять на вашу схему, вам необходимо знать, что ESR является фактором, который необходимо учитывать для вашего приложения. функционировать надежно.

Ознакомьтесь с нашей линейкой MLCC с высоким Q и сверхнизким СОЭ

Что такое СОЭ и почему это важно? Часть 1

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), также известное как внутреннее сопротивление, представляет собой величину, представляющую потерю полезной энергии в простой электронной схеме, состоящей из резистора и идеального (идеального) конденсатора.

С технической точки зрения энергия не теряется, а обычно рассеивается в виде нежелательного тепла. Тепло выделяется, когда электричество проходит через любой материал, включая материалы, из которых сделан ультраконденсатор.

Вы хотите прочитать весь технический документ ESR? Загрузите свою копию здесь.

Контакт, поры и полное сопротивление

Обычно измеряются три типа сопротивления: контактное, пористое и полное.

Контактное сопротивление – это сопротивление, наблюдаемое на пути электрического тока, которое включает выводы конденсатора, токосъемник из алюминиевой фольги, микроскопический граничный зазор между углеродным слоем электрода и токосъемником из фольги, а также углеродную структуру электродов.

Прочтите здесь вторую часть нашей серии сообщений в блоге ESR, и вы узнаете

почему ультраконденсаторы SkelCap лидируют

Сопротивление пор является результатом атомных сил между ионами электролита и углеродной структурой электродов, которая удерживает их на месте (также называемое «сцепление»).

Наконец, полное сопротивление складывается из контактного сопротивления и сопротивления пор.

СОЭ ниже при более высоких температурах

Внутреннее сопротивление обратно пропорционально температуре, поэтому чем выше температура, тем меньше сопротивление.Это результат основной электрохимии ультраконденсатора. ESR широко варьируется в зависимости от производителя и конструкции ультраконденсатора, в зависимости от того, настроены ли электроды на более высокую мощность (сильно графитизированный) или плотность энергии (высокопористый углерод).

Эффекты СОЭ

Согласно закону Ома электрический ток, протекающий через сопротивление, вызывает уменьшение напряжения. Когда ультраконденсатор заряжается или разряжается, часть энергии теряется из-за рассеяния мощности (обычно в виде тепла).Рассеиваемая мощность вызывает нагрев ультраконденсаторов.

Хороший дизайн дает тепловые преимущества

Повышение температуры пропорционально ESR, поэтому более высокое ESR производит больше тепла. На практике хороший дизайн означает, что требуется меньше охлаждения системы или ультраконденсаторы могут быть развернуты в более теплых средах без значительного ухудшения характеристик. Также более низкие температуры помогают избежать преждевременных отказов оборудования.

Ультраконденсаторы SkelCap

Skeleton спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму побочные эффекты СОЭ.Ознакомьтесь со второй частью сообщения в блоге Equivalent Series Resistance, чтобы узнать, как мы это делаем.

Каковы частотные характеристики импеданса конденсаторов? / Что такое ESR / ESL конденсаторов? | Q&A Corner

Каковы частотные характеристики импеданса конденсаторов?


Что такое ESR / ESL конденсаторов?

Импеданс конденсаторов зависит от емкости и частоты. В идеальном конденсаторе сопротивление становится ниже, чем емкость. больше.Кроме того, сопротивление становится ниже с увеличением частоты.

На самом деле конденсатор имеет сопротивление и индуктивность. В простом выражении эти характеристики могут быть записаны как модель последовательной эквивалентной схемы C, R, L. Этот R называется «эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR)», а L – «эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL)».

В отличие от идеального конденсатора, полное сопротивление реального конденсатора меняет свою тенденцию при определенном частота из-за ESL.Эта частота называется «Саморезонансная частота (SRF)». В более высоком частотном диапазоне, чем SRF, импеданс становится больше при увеличении частоты. потому что ESL влияет на импеданс. В SRF емкость и ESL взаимно стирают каждое сопротивление. Следовательно, на уровне SRF остается только сопротивление ESR.

Таким образом, импеданс конденсатора зависит от частоты. Это частотные характеристики импеданса в конденсаторах.

ESR и ESL вызывают снижение производительности. Вообще говоря, конденсаторы с более низким ESR и ESL работают лучше, чем более высокие. Если ESR конденсатора велико, это может вызвать выделение тепла и падение напряжения во время работы ИС.Если ESL конденсатора большой, это может вызвать звенящий сигнал. ESR и ESL также варьируются в зависимости от частоты реальных конденсаторов. Поэтому важно знать значение СОЭ и ESL на той частоте, которая вас интересует. См. Также этот документ для более подробной информации.

Многослойные керамические конденсаторы обычно превосходят по характеристикам ESR и ESL. к другим типам конденсаторов. Мы можем предоставить Реверсивные развязывающие конденсаторы LW (LWDC TM ) с еще более низким ESR и ESL чем обычные керамические конденсаторы.Пожалуйста, попробуйте их в своем приложении.

Влияние конденсаторов с низким ESR на фильтры нижних частот и моменты, которые необходимо учитывать – Промышленные устройства и решения

08.10.2019

LC фильтр

Техническая информация

Влияние конденсаторов с низким ESR на фильтры нижних частот и моменты, которые необходимо учитывать

Скачать статью

В последние годы все больше электронного оборудования используют импульсные источники питания.Импульсные источники питания в значительной степени способствуют повышению эффективности и миниатюризации. С другой стороны, шум от переключения часто становится основным источником шума. Высокоскоростные цифровые устройства также распространяют шум по линиям электропитания. Эти шумы могут ухудшить точность измерения и отношение сигнал / шум, особенно на оборудовании и устройствах, которые включают аналоговые схемы и поэтому требуют управления.

Характеристики фильтров нижних частот

Одним из способов уменьшения шума в линиях электропитания является использование фильтров нижних частот, таких как те, что показаны на диаграмме справа.Слева – LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора C; правая сторона представляет собой RC-фильтр, состоящий из сопротивления R и конденсатора C. Оба являются наиболее простыми пассивными фильтрами нижних частот и имеют функцию непрохождения (фильтрация, ослабление) высокочастотных компонентов вставленных линий.

LC фильтры RC фильтры

На диаграммах ниже показаны отношения между частотой и коэффициентом затухания каждого фильтра.

LC-фильтр, который является вторичным фильтром, ослабляется на -40 дБ / дек от частоты среза fc.Идеальная характеристика – поддерживать этот коэффициент затухания при увеличении частоты. Однако, поскольку нулевая точка fz возникает из-за емкости и ESR конденсатора, после fz добавляется затухание +20 дБ / дек из-за опережения первичной обмотки, изменяя коэффициент затухания до -20 дБ / дек.

RC-фильтр, который является первичным фильтром, ослабляется на -20 дБ / дек от fc. Точно так же идеальная характеристика – поддерживать этот коэффициент затухания. Однако после fz добавляется затухание +20 дБ / дек, что компенсирует коэффициент затухания.

Для обоих фильтров, чем ниже ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора, тем ближе будет характеристика затухания к идеальной, поскольку fz определяется как 1 / (2π × Cout × ESR). Другими словами, fz сдвигается на более высокую частоту, а частотный диапазон, в котором может поддерживаться идеальная скорость затухания, будет расширяться до более высокой частоты.

Когда емкость конденсатора увеличивается, как fc, так и fz будут ниже. Если степень ослабления шума не находится в пределах предпочтительных уровней, даже при увеличении емкости фактор fz может быть фактором.

ESR конденсаторов и характеристики затухания фильтров нижних частот

Фильтры нижних частот, использующие LC и RC, поддерживают высокий коэффициент затухания на высоких частотах, когда ESR конденсатора ниже. Фактические характеристики будут показаны с использованием обычных алюминиевых электролитических конденсаторов и электролитических конденсаторов с низким ESR.

Panasonic предлагает линейку электролитических конденсаторов с низким ESR, показанных ниже, в которых в качестве электролита используются проводящие полимерные материалы. Хотя у каждого из них есть функции, помимо низкого ESR, здесь будет использоваться OS-CON.


  • Алюминиевый полимер
    (Многослойный)

    Конденсатор со сверхнизким ESR,
    лучший в отрасли


  • Танталовый полимер

    Конденсатор малой емкости, большой емкости,
    , с низким ESR


  • Алюминиевый полимер
    (Ранить)

    Высокая пульсация, сопротивление высокому давлению,
    и конденсатор с низким ESR


  • Алюминиевый гибрид
    (Полимер / Электролит)

    Высоконадежный и выдерживающий высокое напряжение конденсатор с низким ESR


● Конденсатор
  • OS-CON (номер детали 20SEP33M) :
    20 В постоянного тока 、 33 мкФ 、 ESR = 37 мОм (Фактическое значение измерения)
  • Алюминиевый электролитический конденсатор :
    10 В постоянного тока 、 33 мкФ 、 ESR = 1410 мОм (Фактическое значение измерения)
● Сравнение ЖК-фильтров (L = 10 мкГн)
OS-CONАлюминиевый электролитический конденсатор
● Сравнение фильтров RC (R = 5.6 Ом)
OS-CONАлюминиевый электролитический конденсатор

Как видите, OS-CON демонстрирует большие скорости затухания в более высоких частотных диапазонах для LC- и RC-фильтров по сравнению с обычными алюминиевыми электролитическими конденсаторами. Следует отметить, что это результаты сравнений при нормальной температуре. При низких температурах (0ºC или ниже) ESR обычных алюминиевых электролитических конденсаторов резко возрастает, что приводит к значительному снижению коэффициента затухания. С другой стороны, ESR OS-CON мало меняется даже при низких температурах и может поддерживать высокие скорости затухания, близкие к показателям при нормальной температуре.

Применение конденсаторов с низким ESR для сглаживающих конденсаторов для переключения выхода источника питания и моменты, которые необходимо учитывать

Как показано в примере схемы справа, выход импульсного источника питания имеет фильтр нижних частот, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора Cout для сглаживания выходного напряжения. Для Cout, чтобы минимизировать пульсации выходного напряжения, важно низкое ESR. Соответственно, эффективность полимерных электролитических конденсаторов с низким ESR, показанных выше, высоко оценена.
Однако, поскольку низкий ESR Cout может вызвать нестабильность на выходе импульсного источника питания и даже колебания в некоторых случаях, требуется внимание.

Этот пример схемы представляет собой принципиальную схему понижающего импульсного источника питания диодного выпрямления в режиме напряжения. Он показывает, что выходное напряжение возвращается на усилитель ошибки схемы управления для стабильного управления. Хорошо известно, что контур обратной связи имеет тенденцию становиться нестабильным, когда нет достаточного запаса по фазе, и то же самое и с импульсными схемами питания.Это та же идея для схем усилителей, в которых используются операционные усилители и т. Д. Она основана на соотношении между полюсами и нулями в характеристиках усиления и фазы. Запас по фазе может также потребоваться для тех, у кого есть контуры обратной связи, включая линейные регуляторы, независимо от того, применяется ли метод преобразования, показанный в примере.

Короче говоря, колебания возникают, если фазовая задержка в контуре обратной связи достигает 360 °. Запас по фазе прибл. 40 ° или более обычно считаются необходимыми для стабильного контроля.Обратная связь в примере схемы является отрицательной обратной связью и, следовательно, имеет фазовую задержку 180 °. К этому добавляется фазовая задержка из-за выходного LC-фильтра в контуре. Соответственно, работа может стать нестабильной прим. после того, как фазовая задержка LC-фильтра превышает 140 ° (общая фазовая задержка 320 °)

Влияние СОЭ на фазу ЖК-фильтров

Хотя соотношение между коэффициентом затухания (усилением) LC-фильтра и ESR конденсатора такое же, как описано ранее, ESR также влияет на фазовые задержки.На диаграмме справа показаны коэффициент усиления (коэффициент затухания) и фазовые характеристики реального LC-фильтра в отношении частот. Идеальные коэффициенты усиления и фазы показаны тонкими пунктирными линиями.

Для LC-фильтров, которые являются вторичными фильтрами, фазовая задержка как идеальная характеристика составляет 180 °. Хотя это вызовет колебания просто при добавлении LC-фильтра в контур отрицательной обратной связи, на самом деле это было бы не идеально из-за нулевой точки.

Фазовая задержка начинается от частоты среза и продолжается до нулевой точки.Он будет продвигаться от нулевой точки до тех пор, пока не будет запаздывать на 90 ° из-за увеличения первичной емкости за счет емкости и ESR Cout (синяя сплошная линия). Здесь ключевым моментом является фазовая задержка в нулевой точке.
Петля становится нестабильной, если фазовая задержка в нулевой точке превышает 140 °, что может обеспечить запас по фазе прибл. 40 °.

Нулевая точка определяется как 1 / (2π × Cout × ESR). Если ESR становится ниже, частота нулевой точки становится выше и приближается к идеальной характеристике, фаза отстает примерно на 180 °.Другими словами, если запас по фазе становится небольшим, это может вызвать колебания. Кроме того, следует обращать внимание на вариации характеристик компонентов и изменения температуры. Когда запас по фазе предельный, это может иметь потенциальную проблему, такую ​​как колебания при низких температурах, даже если при нормальной температуре проблем нет.

Эту проблему можно решить с помощью фазовой компенсации контура обратной связи. Основная идея и метод почти такие же, как фазовая компенсация обычных схем усилителя.Однако это может стать более сложным в зависимости от топологии и режима управления.

Большинство микросхем в цепях питания, используемых для импульсных источников питания, оснащены клеммами для фазовой компенсации. В некоторых типах микросхем смонтированы схемы фазовой компенсации, и они не требуют внешней компенсации. В основном, техническое описание или руководство по проектированию используемой ИС источника питания указывает метод фазовой компенсации. Необходимые компоненты состоят из нескольких сопротивлений и конденсаторов.

Поскольку просто измерить частотные характеристики контура ИС источников питания сложно, компенсация общей фазы выполняется путем оптимизации переходных характеристик нагрузки. Для этого требуется только нагрузочное устройство и осциллограф. Это прагматично и относительно просто, потому что также предусмотрены стандартные схемы запуска и константы компонентов. Если у вас есть анализатор частотной характеристики (FRA), вы можете вносить корректировки во время измерения фактических частотных характеристик.

Лето

Поскольку импульсные источники питания и высокоскоростные логические устройства могут быть источниками шума, LC-фильтры и RC-фильтры используются как один из способов управления шумом. Для обоих из них ESR используемого конденсатора и характеристики фильтра связаны, а использование конденсаторов с низким ESR позволяет характеристики затухания фильтра быть ближе к идеальным. Проводящие полимерные электролитические конденсаторы Panasonic с их низким ESR являются эффективными вариантами.

Между тем, для Cout, который представляет собой выходной сглаживающий фильтр для импульсных источников питания, низкое ESR является важным требованием для снижения пульсаций напряжения.Полимерные электролитические конденсаторы с низкой ESR-проводимостью также являются эффективным решением этой проблемы. Однако Cout с низким ESR может сделать выход импульсных источников питания нестабильным, что требует внимания. Эту проблему можно решить с помощью фазовой компенсации для контура обратной связи источников питания. Поскольку схемы источника питания, которые используют ИС источника питания, во многих случаях имеют клеммы компенсации фазы на ИС источника питания, регулировка относительно проста. Принимая во внимание эти моменты, можно разработать импульсные источники питания с небольшими пульсациями выходного напряжения.

Сопутствующая информация о продукте

Имитатор ЖК-фильтра

Симулятор LC-фильтра для промышленного и автомобильного использования позволяет моделировать величину затухания при настройке фильтра с использованием силового индуктора Panasonic и алюминиевого электролитического конденсатора, подходящего для промышленного и автомобильного использования.

Имитатор ЖК-фильтра »

↑ В начало страницы

Измерение ESR алюминиевого электролитического конденсатора – Блог – WorkBench Environment

Одно из моих хобби – коллекционирование старинных компьютеров.Компьютеры в моей коллекции включают Apple IIgs, Atari 400, TI 99 / 4A, Commodore 64 и Sinclair ZX-81, и это лишь некоторые из самых популярных. Как и вся электроника, эти системы содержат конденсаторы. Любой, кто коллекционировал ретро-игровые системы, компьютеры или аудиотехнику, знает, что нужно искать крышки, в которых протек электролит. Но что, если вы не видите визуальных повреждений, какие измерения вы можете провести, чтобы убедиться, что алюминиевый электролизер закончился срок службы? (Или близко к этому.) В этом посте я показываю два измерения, которые нужно учитывать, и показываю несколько способов их выполнения.

Пример строительной схемы от KEMET ESH45V 100uF KEMET ESH 35V 100uF.

Почему меняется СОЭ?

Алюминиевые электролитические конденсаторы до 1990-х годов использовали в своей конструкции жидкий электролит. Со временем эта жидкость высыхает. Частично это высыхание происходит из-за испарения, но это не основной фактор. Мы называем это жидким электролитом, но это больше похоже на пасту – кислотную пасту. Его уровень pH имеет неприятный побочный эффект, заключающийся в разрушении диэлектрического слоя конденсатора.Хорошая новость заключается в том, что при выходе из строя приложенное напряжение заставляет слой снова расти. Но как он растет? Что ж, помните, что диэлектрический слой – это оксид алюминия. Оксидам нужен кислород. Этот кислород поступает из электролита.

Пример диаграммы электролитического срока службы алюминия (также из KEMET ESH)

Таким образом, электролит разрушается и восстанавливает диэлектрический слой. Этот процесс является причиной того, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют связанный с ними номинальный «срок службы».В конце концов, в электролите заканчивается кислород, что способствует (повторному) росту оксида. В этот момент ток утечки и его эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) становятся очень высокими. После того, как любой из этих параметров превышает предел, детали считаются параметрическими с истекшим сроком службы.

Измеряя ток утечки или ESR конденсатора, мы можем определить, достиг ли он конца срока службы. Кроме того, в зависимости от доступной истории данных вы можете оценить оставшийся срок его службы.

Это не просто старинный

Очевидно, проверка состояния конденсатора имеет важное значение при ремонте старинной электроники. Однако это не единственный вариант использования этих измерений. При поиске и устранении неисправностей любого электронного устройства полезно иметь возможность проверить, не поврежден ли конденсатор. Если вы разрабатываете новую схему, вы можете охарактеризовать компоненты от разных поставщиков, чтобы оценить, насколько хорошо несколько источников работают в вашем проекте.

Или, может быть, вы, как и я, параноик и хотите проверить работу компонентов перед их использованием, даже если они новые.

Измерение утечки по сравнению с ESR

Вы можете подумать, чтобы измерить «эквивалентное последовательное сопротивление», вы установите мультиметр на Ом, прикоснетесь к измерительным проводам и посмотрите, что он измеряет. Что ж, это не так. При этом вы измеряете сопротивление изоляции (IR) диэлектрического слоя. Помните, что диэлектрик конденсатора – изолятор. Через него не должно протекать ток. Однако настоящие конденсаторы имеют некоторую утечку.

I R = V M a x I L e a k n А = 1.79 G Ом

Измерение инфракрасного излучения включает зарядку конденсатора в течение нескольких минут и затем измерение тока. Подсчитайте немного с помощью закона Ома, и теперь вы знаете ток утечки или сопротивление изоляции конденсатора. Конечно, это зависит от типа конденсатора, но знайте, что это значение будет в мега-, гига- или тераомах.

В резистивной составляющей ESR преобладают провода и материалы, соединяющие емкостной элемент с внешним миром.

Упрощенное измерение ESR

Итак, как же тогда измерить эквивалентное последовательное сопротивление? Нам нужно измерить сопротивление компонента, не заряжая емкостной элемент. Вместо сигнала постоянного тока, как при измерении сопротивления изоляции, необходимо измерять ESR с помощью низковольтного сигнала переменного тока. Изучив характеристики конденсаторов, вы обнаружите, что ESR указано для частот, например, 100 Гц или 100 кГц. По мере увеличения частоты СОЭ электролита снижается из-за его конструкции.Таким образом, для медленной развязки объемного сигнала число 100 Гц фактически является ESR на постоянном токе. При использовании с импульсным стабилизатором более высокие 100 кГц дают более подходящую оценку ESR конденсатора.

Позже в этом посте я покажу подробности о том, как измерить СОЭ. Перед этим давайте посмотрим на более простое измерение тока утечки.

Измерение тока утечки

Когда я могу удалить конденсатор из цепи, я обычно использую ток утечки как меру его состояния.Это простое измерение требует только источника питания, мультиметра и некоторого терпения. В идеале блок питания должен уметь ограничивать ток. Если в вашем источнике питания нет, значит, резистор работает нормально. Мультиметр предназначен для измерения силы тока.

В этом видео, Учебная схема 42: Замена MLCC на полимерные конденсаторы, я показываю, как выполнить это измерение.

Вот необходимые шаги:

  1. Ограничьте свой источник питания до менее 100 мА, 10 мА или 1 мА.Выберите наименьшее значение, которое может обеспечить ограничитель расхода.
  2. Установите напряжение равным номинальному напряжению конденсатора. (Другой вариант – установить напряжение равным приложенному к цепи напряжению.)
  3. Подключите источник питания к конденсатору с мультиметром между ними для измерения тока.
  4. Включите питание.
  5. Подождите 5 минут.
  6. Посмотрите на текущее измерение.

Если вы измеряете старый конденсатор, например, из старинной электроники, то я настоятельно рекомендую начинать с 25% номинального напряжения.После измерения утечки на этом уровне увеличивайте на 25%, пока не достигнете полного номинального напряжения. Если диэлектрик конденсатора сильно поврежден, даже при 100 мА, энергии достаточно для катастрофического отказа.

Пределы тока утечки ESH

Через 5 минут конденсатор в основном заряжен. Ток, потребляемый в этой точке, является самим заживлением диэлектрика. Но что такое хорошее соотношение цены и качества? Большинство технических данных конденсаторов указывают предел с некоторой частью их CV.Например, ESH от KEMET сообщает, что максимальный ток утечки составляет 1-4% от емкости, умноженной на напряжение. Если у вас нет таблицы данных для конкретного конденсатора, 5 или 10% CV – это консервативный ориентир.

Следует наблюдать за тем, что происходит с этим током с течением времени. По мере того, как пятиминутная отметка приближается, а затем проходит, сила тока должна продолжать снижаться, хотя и с гораздо меньшей скоростью. Признаком того, что срок службы электролита может закончиться, является то, что ток остается относительно высоким.Если это произойдет, то следующее, что вам нужно проверить, – это СОЭ.

Измерение ESR с помощью осциллографа (жесткий путь)

Хотя для измерения тока утечки используются простые инструменты, измерение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) немного сложнее. Как я уже упоминал ранее, вам понадобится слабый сигнал переменного тока. Когда дело доходит до переменного тока, вы можете сразу подумать о синусоиде, но на самом деле работает все, что имеет изменяющийся компонент, также известный как dv / dt. Например, вы можете использовать импульс от генератора функций.

Если у вас есть осциллограф и функциональный генератор, вам понадобится только резистор на 47 Ом.В идеале вам следует использовать прецизионный резистор на 50 Ом, но я не уверен, у скольких людей есть такой резистор. Для этого измерения вы создаете делитель напряжения переменного тока, в котором вы измеряете падение напряжения на конденсаторе. R1 делителя напряжения составляет 100 Ом, а R2 – это проверяемый конденсатор. R1 составляет 100 Ом, потому что функциональный генератор имеет выходное сопротивление 50 Ом, и я добавил резистор на 47 Ом. Используя немного математики, вы можете определить СОЭ. Я узнал об этом методе от Джеффа Грэма.

Измерение ESR с помощью генератора осциллографа и функций

Для сигнала переменного тока настройте генератор импульсов на вывод импульса от 0 до 10 В с временем включения около 1 мкс. Перерыв в работе должен быть относительно длинным. Вам нужен короткий пульс с низкой частотой повторения. Идея состоит в том, что вы хотите быстро подать напряжение, увидеть мгновенное падение напряжения, а затем дать конденсатору разрядиться.

В моей настройке, в зависимости от конденсатора, я не всегда мог заставить свои сигналы колебаться от 0 В.Поэтому я использовал курсоры для измерения размаха напряжения от начального уровня до уровня падения напряжения ESR. На правом снимке экрана я увеличил краевое событие и обвел точки курсора от пика до пика. Этот метод вносит некоторую неточность, но его достаточно для оценки СОЭ. (Для немного большей точности вы можете включить усреднение формы сигнала.)

R 2 = R 1 × 1 ( V I N V O U T −1) = 100 Ом × 1 (10 В 135 м В −1) = 1.35 Ом

О. Почему я выбрал 47 Ом? Чтобы немного упростить математику. В знаменателе получается 14,19, что при умножении на 100 Ом дает 1,42 Ом. Дело в том, что из-за 100 Ом и 10 вольт вам просто нужно увидеть напряжение на R2 и умножить его на 10, чтобы получить ESR. Но в конце концов для меня это не имело значения. Я использовал математическую функцию на своем осциллографе R&S RTM3000, чтобы умножить аналоговый канал на постоянное значение, что сделало математику за меня.Результатом является значение 1,35 Ом, обведенное на правом снимке экрана.

Объемный метод измерения ESR конденсатора является качественным измерением. Это дает вам порядок величины, но это не точное измерение. Мост LCR (индуктор, конденсатор, резистор) использует такие методы, как мост, для измерения ESR, поэтому он намного точнее. Однако, чтобы проверить, исправен ли конденсатор, осциллограф работает нормально. Реальным недостатком является то, что на его настройку и установку может уйти много времени.

Если вам нужно измерить всего несколько конденсаторов, это, вероятно, нормально.

Измерение СОЭ с помощью измерителя СОЭ (простой способ)

В качестве альтернативы, если вы используете измеритель, предназначенный для измерения СОЭ, процесс измерения до смешного прост. Одним из таких измерителей является Atlas ESR70 от PEAK Electronics. Сообщество element14 щедро прислало мне один и несколько крышек для тестирования. Вы можете увидеть мой обзор ESR70 здесь.

атлас ESR70 от компании PEAK electronic design

В случае ESR70 сначала отображается измерение ESR конденсатора, а затем емкость.В моих кратких экспериментах я обнаружил, что измерения повторяемы. Я также обнаружил, что результаты согласуются с результатом исследования. Но дело в том, что для настройки не потребовалось никаких усилий. Прикрепил колпачок, надавил, а потом получил номер. Кроме того, я провел быстрое сравнение схемы и вне схемы. ESR было немного другим, но достаточно близким, чтобы знать, что конденсатор еще не подошел к концу.

В целом, этот счетчик стоит около 100 долларов и очень удобен.Приведенный выше метод осциллографа отлично работает в крайнем случае или если вам нужно время от времени проводить измерения. В моем случае я всегда проверяю винтажную электронику перед тем, как включить ее. С помощью ESR70 я могу быстро проверить все конденсаторы большего размера на наличие не только визуальных повреждений.

Как тогда ESR70 измеряет СОЭ?

Итак, теперь, когда я показал вам ручной метод и специализированный инструмент, мне стало интересно, что делает ESR70ESR70 для измерения СОЭ. Итак, я подключил его к своему прицелу.На скриншоте ниже я подключил осциллограф к измерителю при измерении осевого алюминиевого электролитического конденсатора. Я настраиваю осциллограф на захват одного прохода за пару секунд, чтобы мы могли видеть поведение измерителя.

Измерения конденсатора ESR70

При выполнении теста есть два разных режима. Первый использует несколько импульсов с интервалом 100 кГц для оценки ESR. Поскольку я использовал такую ​​длинную развертку, частота дискретизации значительно снизилась.Когда я увеличил изображение в разделе СОЭ, я увидел лишь небольшие шипы. Я не уверен, действительно ли это импульсы или какая-то другая форма волны. Как бы то ни было, мне было интересно увидеть именно эту частоту. Затем он заряжает конденсатор, чтобы измерить время нарастания и определить емкость.

Одна вещь, которую я еще не сделал, – это сравнить эту форму волны с конденсаторами с разными значениями ESR, чтобы увидеть, как меняются пики. Я подозреваю, что это измерение очень похоже на метод генерации осциллографа и функций, упомянутый выше.

К вашему сведению, у меня есть видеообзор выхода ESR70. Следите за страницей Workbench Environment, чтобы узнать, когда он будет выпущен.

Что лучше утечка или СОЭ?

Поскольку есть два измерения, чтобы определить состояние конденсатора, какой из них лучше всего использовать? Помните, что ток утечки и ESR рассказывают разные, но связанные истории для конденсатора. Ток утечки возникает из-за разрушения диэлектрического слоя. В алюминиевом электролите ESR показывает оставшийся срок службы электролита.

Если вы можете удалить конденсатор из схемы, вы должны измерить оба, чтобы полностью оценить конденсатор. Но если вы не можете удалить конденсатор, то вы ограничены только попыткой измерить ESR. Утечку невозможно измерить в цепи, потому что она связана с приложением напряжения к конденсатору. Это напряжение будет питать остальную часть схемы.

Метод, используемый внутрисхемным тестером, таким как ESR70, имеет хорошие шансы на внутрисхемное измерение ESR.Другие элементы могут повлиять на его чтение, но, по крайней мере, он должен дать вам хорошее представление о том, нашли ли вы свою проблему или нет.

Связанное видео

Для видео по средам Workbench я рассмотрел ESR70. В этом эпизоде ​​я подробно рассмотрю ESR70, включая разборку. Дизайн потрясающе прост. Он основан на микроконтроллере PIC и нескольких микросхемах. Я впечатлен тем, что PEAK удалось упаковать в такую ​​маленькую коробку. Ближе к концу я даже подключаю его к своему осциллографу, чтобы дать представление о том, как он производит измерения.

Заключение

Измерение ESR конденсатора нетривиально, но и не сложно. Для устранения неполадок отлично подходят методы и инструменты, показанные выше. Однако, если вам нужны подробные данные о характеристиках, вам, вероятно, следует взглянуть на специальный настольный прибор LCR, в котором используются несколько более продвинутые методы. Но. Если ваша цель – проверить, подходит ли большой электролит, то вам подойдут либо осциллограф, либо метод ESR70.

Приходилось ли вам раньше проводить измерения конденсаторов? Что вы наделали? Или у вас есть история о том, когда вам СЛЕДУЕТ измерить конденсатор перед подачей питания? Оставляйте комментарии к вашим рассказам.

П.С. Я должен отметить, что PEAK предлагает ряд этих измерителей для конкретных компонентов. Я попросил element14 прислать мне полупроводниковый (транзисторный) счетчик DCA75DCA75. Я пересмотрю это в ближайшем будущем. Между тем, я уже купил LCR40 LCR40 самостоятельно.Он измеряет индуктивность, емкость и сопротивление. Однако он не измеряет ESR конденсатора. (Тем не менее, он может измерять ESR катушки индуктивности, но это история для другой статьи.)

Связанные

High Freq Multi-Layer High-Q Capacitors

Одним из наиболее важных параметров при оценке конденсатора высокочастотной микросхемы является добротность или соответствующее эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Помимо предоставления высокопроизводительных радиочастотных компонентов, JTI стремится предоставлять нашим клиентам точные и полные данные.С этой целью следует более подробное обсуждение вопросов измерения Q & ESR.

Теоретически, «идеальный» конденсатор имел бы ESR 0 (ноль) Ом и был бы чисто реактивным без реальной (резистивной) составляющей. Ток, проходящий через конденсатор, приведет к увеличению напряжения на конденсаторе ровно на 90 градусов на всех частотах.

В реальных условиях нет идеального конденсатора, который всегда будет демонстрировать некоторую конечную величину ESR. ESR изменяется в зависимости от частоты для данного конденсатора и является «эквивалентным», поскольку его источник зависит от характеристик структур проводящих электродов и изолирующей диэлектрической структуры.Для целей моделирования ESR представлен как паразитный элемент единой серии. В прошлые десятилетия все параметры конденсаторов измерялись при стандартной частоте 1 МГц, но в сегодняшнем мире высоких частот этого далеко не достаточно. Типичные значения для хорошего высокочастотного конденсатора данного номинала могут быть порядка 0,05 Ом на 200 МГц, 0,11 Ом на 900 МГц и 0,14 Ом на 2000 МГц.

Добротность Q – это безразмерное число, равное реактивному сопротивлению конденсатора, деленному на паразитное сопротивление конденсатора (ESR).Значение Q сильно меняется с частотой, так как реактивное сопротивление и сопротивление изменяются с частотой. Реактивное сопротивление конденсатора сильно меняется в зависимости от частоты или значения емкости, и поэтому значение Q может сильно варьироваться. См. Уравнения 1 и 2.

Johanson Technology измеряет ESR и Q на резонансной линии Boonton 34A. Тестируемый конденсатор резонирует с индуктивной линией с точно определенным импедансом и Q. Из полученных данных (центральная частота и ширина полосы результирующего пика) выводятся значения Q, ESR и емкости устройства.Этот метод является давним промышленным стандартом для измерения Q и ESR на радиочастотах. Поскольку этот метод зависит от точности частоты генератора сигналов (которая может быть измерена с чрезвычайной точностью), данные, полученные таким образом, являются довольно точными. Поскольку ESR современных конденсаторов становится все ниже, точность даже этого метода будет приближаться к +/- 10% (см. Руководство по эксплуатации Boonton 34A, стр. 2.2). Это по-прежнему самый точный метод измерения Q и ESR на радиочастотах, доступный в настоящее время.См. Рисунок 1 для блок-схемы испытательной установки. См. Рисунки 2 и 3 для изображений установки.

Использование данных S-параметров, собранных с помощью векторного анализатора цепей, для получения ESR неприемлемо. Основная причина заключается в том, что точность этих данных ограничена точностью анализатора цепей в системе с сопротивлением 50 Ом (типичная калибровка амплитуды ± 0,05 дБ недостаточно точна в области с малыми потерями конденсатора, которая может быть 0,01 дБ). Использование данных Q / ESR, собранных с помощью измерителя LCR, также неприемлемо для этих высокодобротных устройств.Когда Q устройства очень велико, измеритель LCR просто не может сопоставить чрезвычайно малое сопротивление (R) с чрезвычайно большим реактивным сопротивлением (X). По этой причине параметры ESR и Q, представленные в опубликованном каталоге Johanson Technology и в программе MLCSoft®, основаны на стандартном промышленном методе тестирования резонансных линий.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нашими инженерами по приложениям.

Микроволны101 | Эффекты ESR конденсатора

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную схемам стабилизации питания

Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу главного конденсатора

Щелкните здесь, чтобы перейти на страницу математических вычислений конденсаторов

Щелкните здесь, чтобы сравнить работу в импульсном и непрерывном режимах

Новое в декабре 2018 г .: вот новая страница, на которой представлены обновленные расчеты рассеивания заряда накопителя.Возникли проблемы с методом, представленным на этой странице.

Эта страница покажет вам, почему вам нужно беспокоиться об эквивалентном последовательном сопротивлении (ESR) конденсаторов накопления заряда в импульсных приложениях. В некоторых случаях необходимое количество конденсаторов зависит от нагрева, а не от падения напряжения. СОЭ – это один из паразитарных элементов, другие обсуждаются здесь.

Посетите нашу сопутствующую страницу о зарядно-накопительных конденсаторах

В случае электролитических конденсаторов, питающих импульсный передатчик, ESR одного 4.Конденсатор емкостью 7 мкФ может быть порядка одного Ом. Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора может сильно зависеть от напряжения в керамических конденсаторах, но почти постоянно в электролитических. Часто в импульсных передатчиках вам необходимо разработать схему модулятора, которая подает высокие пиковые токи на усилители мощности с быстрым нарастанием и спадом. Источник питания будет расположен достаточно далеко от усилителя / модулятора, чтобы он не мог передавать импульсы тока. Это когда на себя тяжелую работу берут зарядно-накопительные конденсаторы.

На диаграмме ниже мы исследуем систему накопления заряда (да, нам тоже нужно опубликовать схему!), В которой ток от источника питания эффективно развязан от батареи накопительных конденсаторов. Колпачки расположены рядом со схемой модулятора, которая включает передатчик на 10 мксек, а затем выключает на 40 мксек (рабочий цикл 20%). Источник питания подает постоянный ток 0,2 ампера (пиковый ток x коэффициент заполнения). Колпачки питают остальные 0,8 А во время импульса и заряжаются при -0.2 ампера, когда передатчик выключен (так что зарядка = зарядка).

Проблема с этим анализом заключается в следующем: Суммарный бросок и скачок заряда (ток x tine) конденсатора должны быть равны. По сюжету вы видите, что это не так. Действительно, ток конденсатора не будет постоянным при перезарядке крышки. Перейдите сюда, чтобы лучше проанализировать это.

Эффект падения напряжения

Напряжение, которое подает батарея зарядно-накопительных конденсаторов, уменьшается на эквивалентное ей последовательное сопротивление.Для определения чистого ESR банка вы должны вычислить ESR всех конденсаторов параллельно. Обычно предполагается, что все они одинаковы (но на самом деле это не так). Но конденсаторы обычно указываются с максимальным ESR, поэтому этот расчет будет немного пессимистичным и даст вашему дизайну некоторый запас.

В приведенном выше примере, если накопитель заряда составляет 1 Ом ESR, он будет способствовать падению напряжения в системе на одно вольт; таким образом, если вы хотите, чтобы импульсный сток GaAs-усилителя составлял 8 вольт, вам понадобится источник питания на 9 вольт.Следующая часть этой страницы объяснит, как рассчитывается рассеиваемая мощность из-за ESR.

Эффект рассеивания мощности

Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна среднеквадратичному значению сигнала импульсного тока, умноженному на сопротивление. Для конденсаторов N, подключенных параллельно, разделите значение ESR для одной конденсатора на N.

Затем нам нужно вычислить среднеквадратичный ток сигнала.

Искусство вычисления без вычислений…

Чтобы вычислить среднеквадратичный ток, необходимо вычислить средний по времени квадрат тока, а затем извлечь квадратный корень из результата. Чаще всего на этом этапе ваш инструктор по СВЧ прибегает к знакам интеграла. Но для прямоугольных импульсов тока это можно сделать почти в уме, и вам не нужно прибегать к расчетам! Будем следовать примеру Брюса Ли:

Искусство сражаться без боя из Enter the Dragon

Во время импульса тока, если источник питания полностью отделен от накопителя заряда, конденсаторный источник пиковый ток минус средний ток (I1):

Когда передатчик выключен, аккумуляторы заряжаются током I2:

Теперь мы просто усредняем по времени квадрат формы сигнала тока, чтобы получить среднеквадратичный ток.Приведенные ниже уравнения показывают пошаговый расчет.

Теперь, когда вычислен среднеквадратичный ток, мы можем рассчитать рассеивание из-за ESR:

Наконец, давайте посмотрим на среднеквадратичный ток в процентах от пикового тока. При полностью включенном или выключенном передатчике (DF = 100% или DF = 0%) конденсаторы подают нулевой ток. Максимальный ток возникает при DF = 50% (прямоугольная волна). При 25% или 75% DF соотношение составляет 3/16.

Если кому-то нужна электронная таблица, которая выполнила этот расчет, просто спросите.

Теперь рассчитаем рассеиваемую мощность на примере. Пиковый ток на 1 А, DF на 20% и ESR на 1 Ом, конденсаторные источники 0,32 А (среднеквадратичное значение). Его рассеиваемая мощность составляет 102 мВт, в этом случае проблем быть не должно. Если вы попросите этот единственный конденсатор подать пик 10 ампер, держите огнетушитель под рукой, он рассеивает 10 ватт!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.