Эквивалентное последовательное сопротивление - Equivalent series resistance

Практичный конденсаторы и индукторы как используется в электрические цепи не идеальные компоненты только емкость или же индуктивность. Однако с очень хорошей степенью приближения их можно рассматривать как идеальные конденсаторы и катушки индуктивности в серии с сопротивление; это сопротивление определяется как эквивалентное последовательное сопротивление (СОЭ). Если не указано иное, СОЭ всегда Сопротивление переменному току Это означает, что он измеряется на определенных частотах: 100 кГц для компонентов импульсного источника питания, 120 Гц для линейных компонентов источника питания и на собственной резонансной частоте для компонентов общего применения. Кроме того, аудиокомпоненты могут сообщать "Добротность ", включая ESR, среди прочего, при 1000 Гц.

Обзор

Электрические теория цепей имеет дело с идеальным резисторы, конденсаторы и индукторы, каждый из которых вносит вклад только в сопротивление, емкость или индуктивность. схема. Однако все компоненты имеют ненулевое значение каждого из этих параметров. В частности, все физические устройства построены из материалов с конечным электрическое сопротивление, так что физические компоненты обладают некоторым сопротивлением в дополнение к своим другим свойствам. Физическое происхождение ESR зависит от рассматриваемого устройства. Один из способов справиться с этим внутренним сопротивлением при анализе цепи - использовать модель с сосредоточенными элементами выразить каждый физический компонент как комбинацию идеального компонента и небольшого резистор последовательно, СОЭ. ESR можно измерить и включить в техническая спецификация. В некоторой степени его можно рассчитать на основе свойств устройства.

Добротность, который связан с ESR и иногда является более удобным параметром, чем ESR для использования в расчетах высокочастотных неидеальных характеристик реальных катушек индуктивности, цитируется в технических описаниях катушек индуктивности.

Конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы обычно предназначены для минимизации других параметров. Во многих случаях это можно сделать в достаточной степени, чтобы паразитический емкость и индуктивность резистора, например, настолько малы, что не влияют на работу схемы. Однако при некоторых обстоятельствах паразиты становятся важными и даже доминирующими.

Компонентные модели

Чистые конденсаторы и катушки индуктивности не рассеивают энергию; любой компонент, который рассеивает 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 изменяться в зависимости от условий, например, частоты и температуры.

Если управлять периодической синусоидой (переменный ток ) компонент будет характеризоваться своим сложный сопротивление Z(ω) = р + j Икс(ω); импеданс может включать несколько второстепенных сопротивлений, индуктивностей и емкостей в дополнение к основному свойству. Эти небольшие отклонения от идеального поведения устройства могут стать значительными при определенных условиях, обычно при высокой частоте, когда реактивное сопротивление малых емкостей и индуктивностей может стать важным элементом работы схемы. Могут использоваться модели меньшей или большей сложности, в зависимости от требуемой точности. Для многих целей достаточно простой модели с последовательной индуктивностью или емкостью с ESR.

Эти модели, какими бы простыми или сложными они ни были, могут быть включены в схему для расчета производительности. Компьютер инструменты доступны для сложных схем; например, СПЕЦИЯ программа и ее варианты.

Индукторы

Индуктор состоит из проводящей изолированной проволочной катушки, обычно намотанной на ферромагнитный сердечник. Катушки индуктивности обладают сопротивлением, присущим металлическому проводнику, обозначенному как DCR в таблицы. Это металлическое сопротивление невелико при малых значениях индуктивности (обычно ниже 1 Ω ). Сопротивление провода постоянного тока является важным параметром в конструкции трансформатора и общей индуктивности, поскольку оно влияет на полное сопротивление компонента, а ток, протекающий через это сопротивление, рассеивается в виде отходящее тепло, и энергия теряется из цепи. Его можно смоделировать как резистор, включенный последовательно с катушкой индуктивности, что часто приводит к тому, что сопротивление постоянному току называют ESR. Хотя это не совсем правильное использование, несущественные элементы ESR часто игнорируются при обсуждении схем, поскольку редко все элементы ESR имеют значение для конкретного приложения.

Катушка индуктивности, использующая сердечник для увеличения индуктивности, будет иметь такие потери, как гистерезис и вихревой ток в основном. На высоких частотах также наблюдаются потери в обмотках из-за близость и кожные эффекты. Это в дополнение к сопротивлению провода и приводит к более высокому ESR.

Конденсаторы

В неэлектролитическом конденсаторе и электролитических конденсаторах с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов и электродов и потери в диэлектрике вызывают ESR. 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.

Алюминий и тантал электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют гораздо более высокие значения ESR, до нескольких Ом; электролитики с большей емкостью имеют более низкое ESR. ESR уменьшается с частотой до собственной резонансной частоты конденсатора. Очень серьезная проблема, особенно с алюминиевыми электролитами, заключается в том, что СОЭ со временем увеличивается по мере использования; ESR может увеличиться настолько, что вызовет неисправность цепи и даже повреждение компонентов, хотя измеренная емкость может оставаться в пределах толерантность. Хотя это происходит при нормальном старении, температуры и большой пульсирующий ток усугубить проблему. В цепи со значительными пульсациями тока увеличение ESR приведет к увеличению накопления тепла, ускоряя тем самым старение.

Электролитические конденсаторы, рассчитанные на работу при высоких температурах и более качественные, чем основные потребительские детали, менее подвержены преждевременному выходу из строя из-за увеличения ESR. Дешевый электролитический конденсатор может быть рассчитан на срок службы менее 1000 часов при температуре 85 ° C. (Год составляет 8760 часов.) Детали более высокого качества обычно рассчитаны на несколько тысяч часов при максимальной номинальной температуре, как это видно из технических характеристик производителей. Если ESR имеет решающее значение, может быть предпочтительным спецификация детали с более высоким температурным рейтингом, «низким ESR» или большей емкостью, чем требуется. Стандарта для конденсаторов с низким ESR не существует.

Полимерные конденсаторы обычно имеют более низкое ESR, чем у влажного электролита того же значения, и стабильны при различных температурах. Следовательно, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие пульсации тока. Примерно с 2007 года для компьютерных материнских плат более высокого качества стало обычным делом использовать только полимерные конденсаторы там, где раньше использовались влажные электролиты.^[1]

ESR конденсаторов емкостью более 1 мкФ легко измеряется в цепи с помощью Измеритель СОЭ.

Типичные значения ESR для конденсаторов^[2]
Тип	22 мкФ	100 мкФ	470 мкФ
Стандартный алюминий	7–30 Ω	2–7 Ω	0.13–1.5 Ω
Алюминий с низким ESR	1–5 Ω	0.3–1.6 Ω
Твердый алюминий	0.2–0.5 Ω
Sanyo OS-CON	0.04–0.07 Ω	0.03–0.06 Ω
Стандартный твердый тантал	1.1–2.5 Ω	0.9–1.5 Ω
Тантал с низким СОЭ	0.2–1 Ω	0.08–0.4 Ω
Тантал во влажной фольге	2.5–3.5 Ω	1.8–3.9 Ω
Многослойная фольговая пленка	< 0.015 Ω
Керамика	< 0.015 Ω

Смотрите также

внешняя ссылка

[caplab-1] Конденсаторная лаборатория - Типы конденсаторов - Полимерные конденсаторы.

[2] «CapSite 2009 - ESR».

[1]

[2]