Эквивалентное последовательное сопротивление
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Конденсаторы и катушки индуктивности , используемые в электрических цепях, не являются идеальными компонентами, имеющими только емкость или индуктивность . Однако с очень хорошей степенью приближения их можно рассматривать как идеальные конденсаторы и катушки индуктивности, включенные последовательно с сопротивлением ; это сопротивление определяется как эквивалентное последовательное сопротивление ( ESR ). Если не указано иное, ESR всегда представляет собой сопротивление переменному току , что означает, что оно измеряется на определенных частотах: 100 кГц для компонентов импульсного источника питания, 120 Гц для линейных компонентов источника питания и на собственной резонансной частоте для общих компонентов. -компоненты приложения. Кроме того, аудиокомпоненты могут сообщать о « добротности », включая, среди прочего, ESR, на частоте 1000 Гц.
Обзор
[ редактировать ]электрических Теория цепей имеет дело с идеальными резисторами , конденсаторами и катушками индуктивности , каждый из которых, как предполагается, вносит в цепь только сопротивление, емкость или индуктивность . Однако все компоненты имеют ненулевое значение каждого из этих параметров. В частности, все физические устройства изготовлены из материалов с конечным электрическим сопротивлением , так что физические компоненты обладают некоторым сопротивлением в дополнение к другим своим свойствам. Физические причины СОЭ зависят от рассматриваемого устройства.Один из способов справиться с этими внутренними сопротивлениями при анализе цепей — использовать модель сосредоточенных элементов , чтобы выразить каждый физический компонент как комбинацию идеального компонента и небольшого последовательно включенного резистора , ESR. компонента СОЭ можно измерить и включить в техническое описание . В некоторой степени это можно рассчитать по свойствам устройства.
Добротность , которая связана с ESR и иногда является более удобным параметром, чем ESR, для использования в расчетах высокочастотных неидеальных характеристик реальных индукторов, указывается в технических характеристиках индукторов.
Конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы обычно проектируются так, чтобы минимизировать другие параметры. Во многих случаях это можно сделать в достаточной степени, чтобы паразитная емкость и индуктивность, например, резистора были настолько малы, что не влияли на работу схемы. Однако при некоторых обстоятельствах паразиты становятся важными и даже доминирующими.
Модели компонентов
[ редактировать ]Чистые конденсаторы и катушки индуктивности не рассеивают энергию; любой компонент, рассеивающий энергию, должен рассматриваться в модели эквивалентной схемы, включающей один или несколько резисторов. Фактические пассивные двухполюсные компоненты могут быть представлены некоторой сетью сосредоточенных и распределенных идеальных катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов в том смысле, что реальный компонент ведет себя так же, как и сеть. Некоторые компоненты эквивалентной схемы могут меняться в зависимости от условий, например частоты и температуры.
Если он приводится в действие периодической синусоидальной волной ( переменным током ), компонент будет характеризоваться комплексным сопротивлением Z (ω) = R + j X (ω); импеданс может включать в себя несколько второстепенных сопротивлений, индуктивностей и емкостей в дополнение к основному свойству. Эти небольшие отклонения от идеального поведения устройства могут стать существенными при определенных условиях, обычно при высоких частотах, когда реактивное сопротивление небольших емкостей и индуктивностей может стать важным элементом работы схемы. В зависимости от требуемой точности могут использоваться модели меньшей или большей сложности. Для многих целей достаточно простой модели с индуктивностью или емкостью, включенной последовательно с ESR.
Эти модели, какими бы простыми или сложными они ни были, могут быть вставлены в схему для расчета производительности. Компьютерные инструменты доступны для сложных схем; например, программа SPICE и ее варианты.
Индукторы
[ редактировать ]Индуктор состоит из проводящей изолированной проволочной катушки, обычно намотанной на ферромагнитный сердечник. Индукторы имеют сопротивление, присущее металлическому проводнику, которое в таблицах данных обозначается как DCR . Это металлическое сопротивление невелико при небольших значениях индуктивности (обычно ниже 1 Ом ). Сопротивление провода постоянного тока является важным параметром в конструкции трансформатора и общей катушки индуктивности, поскольку оно влияет на импеданс компонента, а ток, протекающий через это сопротивление, рассеивается в виде отходящего тепла , и энергия теряется в цепи. Его можно смоделировать как резистор, включенный последовательно с индуктором, что часто приводит к тому, что сопротивление постоянному току называют ESR. Хотя это не совсем правильное использование, неважными элементами ESR часто пренебрегают при обсуждении схемы, поскольку редко все элементы ESR имеют значение для конкретного приложения.
Индуктор, использующий сердечник для увеличения индуктивности, будет иметь такие потери, как гистерезис и вихревые токи в сердечнике. На высоких частотах также наблюдаются потери в обмотках из-за близости и скин-эффектов . Они являются дополнением к сопротивлению проводов и приводят к более высокому ESR.
Конденсаторы
[ редактировать ]В неэлектролитическом конденсаторе и электролитических конденсаторах с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов и электродов и потери в диэлектрике вызывают ЭПР. Обычно указанные значения ESR для керамических конденсаторов составляют от 0,01 до 0,1 Ом. ESR неэлектролитических конденсаторов имеет тенденцию быть довольно стабильным с течением времени; для большинства целей настоящие неэлектролитические конденсаторы можно рассматривать как идеальные компоненты.
Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют гораздо более высокие значения ESR, до нескольких Ом ; электролиты большей емкости имеют меньшее ESR. ESR уменьшается с увеличением частоты до частоты собственного резонанса конденсатора. Очень серьезная проблема, особенно с алюминиевыми электролитами, заключается в том, что СОЭ со временем увеличивается из-за испарения и, что более важно, из-за истощения кислорода в электролите по мере его использования. [1] ESR может увеличиться настолько, что приведет к неисправности схемы и даже повреждению компонентов, хотя измеренная емкость может оставаться в пределах допуска . Хотя это происходит при нормальном старении, высокие температуры и большие пульсации тока усугубляют проблему. В цепи со значительными пульсациями тока увеличение ESR приведет к увеличению накопления тепла, тем самым ускоряя старение.
Электролитические конденсаторы, рассчитанные на работу при высоких температурах и более высокого качества, чем базовые детали потребительского класса, менее подвержены преждевременному выходу из строя из-за увеличения ESR. Дешевый электролитический конденсатор может быть рассчитан на срок службы менее 1000 часов (6 недель) при температуре 85 °C. Детали более высокого качества обычно рассчитаны на несколько тысяч часов при максимальной номинальной температуре, как видно из технических характеристик производителей. Если ESR имеет решающее значение, может оказаться выгодным спецификация детали с более высоким температурным классом, «низким ESR» или большей емкостью, чем требуется в противном случае. Не существует стандарта для конденсаторов с «низким ESR».
Полимерные конденсаторы обычно имеют более низкое ESR, чем мокрые электролитические с тем же значением, и стабильны при изменении температуры. Следовательно, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие пульсации тока. Примерно с 2007 года в материнских платах компьютеров более высокого качества стало обычным использовать только полимерные конденсаторы там, где раньше использовались мокрые электролитики. [2] [3]
ESR конденсаторов емкостью более 1 мкФ легко измерить внутри цепи с помощью измерителя ESR .
| Тип | 22 мкФ | 100 мкФ | 470 мкФ |
|---|---|---|---|
| Стандартный алюминий | 7–30 Ом | 2–7 Ом | 0,13–1,5 Ом |
| Алюминий с низким ESR | 1–5 Ом | 0,3–1,6 Ом | |
| Твердый алюминий | 0,2–0,5 Ом | ||
| Саньо ОС-КОН | 0,04–0,07 Ом | 0,03–0,06 Ом | |
| Стандартный твердый тантал | 1,1–2,5 Ом | 0,9–1,5 Ом | |
| Тантал с низким СОЭ | 0,2–1 Ом | 0,08–0,4 Ом | |
| Тантал из мокрой фольги | 2,5–3,5 Ом | 1,8–3,9 Ом | |
| Многослойная фольгированная пленка | < 0,015 Ом | ||
| Керамика | < 0,015 Ом |
См. также
[ редактировать ]- Конденсаторная чума
- Полимерный конденсатор
- Коэффициент рассеивания
- RC-цепь
- Выходное сопротивление
- Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ балденинженер (19.06.2019). «Измерение ESR алюминиевого электролитического конденсатора» . Ньюаркский элемент14 . Архивировано из оригинала 01 февраля 2023 г. Проверено 15 сентября 2023 г.
- ^ Лаборатория конденсаторов — Типы конденсаторов — Полимерные конденсаторы .
- ^ «Дистрибьютор электронных компонентов» .
- ^ «КапСайт 2009 – ЭСР» . Архивировано из оригинала 15 октября 2022 г.