Esr конденсатора что это: Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. — КАРТРИДЖИ лазерные BROTHER, CANON, HP, KYOCERA MITA, PANASONIC, RICOH, SAMSUNG, XEROX

Содержание

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 F_г, внутреннее сопротивление генератора равно r_г:

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.{\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, r_к, 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, В	Размах выходного напряжения, мВ	Емкость, мкФ	Рассчитанное значение ESR, Ом
1,68	58	4	1,68
1,68	80	6,8	2,35
1,68	66	47	1,88
1,72	44,8	220	1,26
1,72	48	470	1,35
1,68	42	660	1,18
1,72	45	2200	1,26

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

Ссылки

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.
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
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
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.
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
D.W. Hart, «Power electronics,» Mc Graw Hill, 2010.
N. Mohan,T. M. Undeland , W. P. Robbins, «Power Electronics: Converters, Applications and Design,» John Wiley and Sons, 2002.
R.W. Ericson, D. Maksimovic, «Fundamental of power electronics,» Springer, 2001.
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.
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.
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:

ИЗМЕРЕНИЕ ЭПС (ESR) КОНДЕНСАТОРОВ

Как очень просто узнать значение ESR любого конденсатора при ремонтах, используя подручные приборы мы сейчас и разберёмся. Конденсатор, как все знают, имеет такой параметр как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление — ЭПС) и измерения его очень полезны при диагностике проблем с электропитаниям. Например в линейных источниках питания, высокий ESR конденсатора фильтра может привести к чрезмерной пульсации тока и далее к перегреву конденсатора с последующим выходом из строя. В общем сейчас мы расскажем, как измерить ESR (ЭПС) конденсатора без специальных тестеров — с помощью обычного звукового генератора и мультиметра.

Немного теории про конденсатор

Типичный конденсатор может быть смоделирован как идеальный конденсатор последовательно с резистором – эквивалентное последовательное сопротивление. Если мы приложим напряжение переменного тока на конденсатор при тестировании через токоограничивающий резистор, получим следующую схему:

Схему можно рассматривать как простой резисторный делитель, если частота источника переменного тока достаточно высока, поскольку реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте практически для любой емкости. Таким образом, мы можем использовать значение измеряемого напряжения на конденсаторе для расчета ESR:

Для ESR получаем такую вышеприведённую формулу. Если использовать генератор с 50 омным выходом, то можно подключить конденсатор при тестировании непосредственно к выходу функционального генератора и измерить напряжение переменного тока на конденсаторе, после чего рассчитать ESR с помощью вышеприведенного уравнения.

Какое напряжение использовать для проверки

Так как электролитические конденсаторы являются поляризованными, мы можем либо использовать напряжение переменного тока с фиксированным значением постоянного тока или просто использовать переменное напряжение достаточно низкого уровня, так чтоб емкости на тесте не превышали максимальное обратное напряжение (обычно меньше 1 В). Большинство ESR метров используют именно этот второй подход, поскольку он прост в реализации и не нужно беспокоиться о полярности измерения. Здесь выберем 100 мВ предел измерения напряжения. Это напряжение выбирается потому, что оно ниже прямого напряжения на p/n-переходе (от 0,2 до 0,7 вольт в зависимости от типа полупроводника) так что можно выполнить измерения ESR прямо в схеме — не выпаивая конденсатор.

На приведенном ниже графике показано расчетное значение ESR в зависимости от измеряемого напряжения при использовании 100 мВ сигнала от 50 Ом источника ЗЧ.

Вообще расчет до сих пор основывался на допущении, что реактивное сопротивление конденсатора близко к нулю. Поэтому для того, чтобы получить наиболее точный результат, важно выбрать частоту измерения на основе значения параметров конденсатора так, чтоб реактивное сопротивление игнорировалось. Напомним, что реактивное сопротивление конденсатора равно:

Если мы игнорируем это и зафиксируем реактивное сопротивление — получим зависимость емкости от частоты. На приведенном ниже графике показаны такие отношения для трех значений (0.5, 1, 2 Ом).

Этот график служит для определения минимальной частоты, необходимой для измерения данной емкости для того, чтобы реактивное сопротивление было ниже заданного значения. Например, если есть конденсатор 10 мкф, минимальная частота на 2 Ома примерно 8 кГц. Если мы хотим, чтобы реактивное сопротивление было меньше 1 Ом, то минимальная частота нужна примерно 16 кГц. И если мы хотим снизить реактивное сопротивление еще до 0,5 Ом, нужно будет задать частоту генератора выше 30 кГц.

Выбор частоты для измерения ЭПС

С одной стороны более высокие частоты лучше для измерения ЭПС из-за снижения реактивного сопротивления, но не всегда желательно. Реактивное сопротивление за счет индуктивности в цепи возрастает пропорционально частоте входного сигнала и эта реактивность может значительно исказить результат измерения. Так что на больших конденсаторах фильтров БП, используемая частота обычно составляет от 1 до 5 кГц, а для небольших конденсаторов на высоких частотах может быть использована от 10 до 50 кГц. Таким образом мы узнали теоретические основы измерения эквивалентного последовательного сопротивления конденсаторов и практический метод домашней проверки ЭПС без применения специальных тестеров и пробников.

Что такое еср конденсатора. Измерение эпс (esr) конденсаторов

ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR

Для проверки конденсаторов, решил собрать так называемый «измеритель ESR”. Ведь с испытанием диодов и резисторов проблем не возникает, а вот с конденсаторами сложнее. Как известно, ESR — это сокращение от Equivalent Serial Resistance, — означает «эквивалентное последовательное сопротивление”. Объясним проще. В упрощенном виде электролитический конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного электролитом (отсюда и название электролитический). Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности. К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.

В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, который находится в самом конденсаторе. Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора”, что еще больше усиливает разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора — это «высыхание”, когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением десяток Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до пары Ом) на работе импульсных блоков питания.

Принцип работы данного измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе.

Как известно, Xс=1/2πfC , где

Xс — емкостное сопротивление, Ом;
f — частота, Герц;
С — емкость, Фарад.

На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2), буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4) и усилительный каскад на транзисторах. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде включен микроамперметр, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2). Такое ее положение соответствует значению «бесконечность” измеряемого ESR. Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому емкостному сопротивлению конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом дефекта, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения «бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению «бесконечность” находится стрелка.

Трансформатор наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм. Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм, вторичная — 200 витков ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Диод обязательно должен быть германиевым, например Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы измерителя в области измерения малых сопротивлений. Градуируют измеритель ESR с помощью нескольких резисторов сопротивлением 1 Ом. Замкнув щупы, отмечают, где будет нулевая отметка шкалы. Из-за наличия сопротивления в соединительных проводах, она может не совпадать с положением стрелки при выключенном питании. Поэтому провода, идущие к щупам, должны быть по возможности короткими. Далее подключают два параллельно соединенных резистора на 1 Ом и отмечают положение стрелки, соответствующее измеряемому сопротивлению 0,5 Ом. Затем подключают резисторы на 1, 2, 3, 5 и 10 Ом и отмечают положения стрелки при измерении этих сопротивлений. На этом можно остановиться, так как электролитические конденсаторы емкостью более 4,7 мкФ с ESR больше 10 Ом хотя и могут работать, но уже не долго:)

ESR — Equivalent Series Resistance — один из параметров конденсатора, характеризующий его активные потери в цепи переменного тока. В эквиваленте его можно представить, как включенный последовательно с конденсатором резистор, сопротивление которого определяется, главным образом, диэлектрическими потерями, а так же сопротивлением обкладок, внутренних контактных соединений и выводов конденсатора. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС.

Поляризация — ограниченное смещение связанных зарядов диэлектрика в электрическом поле.

Рассматривать детально процессы всех видов поляризации здесь нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом:
Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией).
В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика.
С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают.

В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше.
Тангенс угла δ , составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь.
Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой по сути резистор, подключенный последовательно с конденсатором.

Тангенс угла потерь определится соотношением R/Xc , как тригонометрическая функция отношения двух катетов треугольника сопротивлений, показанного на рисунке выше.

В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком.
Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно малой. В реальных конденсаторах она обычно соизмерима с сотыми долями Ома при 20°C.
Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей ИИП на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина может составлять основные потери, но будет значительно уменьшаться по мере прогрева.
Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров ИИП обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите.

Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов.

В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем существенно уменьшается сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями.
В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что в последствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве.
Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу.

Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов.
Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков или сотен килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах.
Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR.

Для анализа состояния конденсатора применяются измерители и пробники ESR, которые могут быть выполнены исходя из разных принципов измерений и требований к погрешностям. Большая часть ESR-метров и пробников основана на принципе измерения импеданса.
Подробнее о способах измерения можно ознакомиться на страничке — измерение ESR .

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Собственно, как я уже когда-то очень давно обещал, расскажу про простейший измеритель ESR. В дальнейшем буду писать не ESR, а ЭПС(эквивалентное последовательное сопротивление), поскольку лень переключать раскладку. И так, кратко, что же такое ЭПС.

ЭПС можно представить в виде резистора, включенного последовательно с кондесатором.
На данной картинке — R. Собственно, у исправного конденсатора этот показатель измеряется долями Ома, для конденсаторов малой емкости (до 100мкф) может достигать 2-3 Ом. Более подробно значения ЭПС для исправных конденсаторов можно найти в справочных данных производителей. Со временем, из-за испарения электролита, это сопротивление увеличивается, что приводит к повышению мощности потерь. Как результат конденсатор сильнее нагревается, что еще сильнее ускоряет процесс испарения электролита и приводит к потере емкости.
На практике ремонта точное измерение ЭПС не нужно. Достаточно считать любой конденсатор с ЭПС выше 1-2 Ом неисправным. Можно считать это спорным утверждением, в интернете достаточно легко найти целые таблицы с значениями ЭПС для конденсаторов различной емкости. Однако я убеждался неоднократно, что приблизительной оценки вполне достаточно. Не говоря уже о том, что результаты измерения ЭПС одних и тех же конденсаторов(новых), одного и того же производителя сильно разнятся в зависимости от партии, времени года и фазы луны.
Я использую простой измеритель на копеечной микросхеме. Разработал его Manfred Mornhinweg .

Конструкция довольно простая, но привлекательна своей нетребовательностью к трансформатору. Из недостатков — шкала получается «широкая», в моем случае 0-20ом. Соответственно, нужна большая измерительная головка, т.н. «магнитофонные» (из индикаторов уровня магнитофонов), не подойдут — будет неудобно работать.
В качестве трансформатора автор намотал две обмотки 400 и 20 витков на ферритном кольце 19х16х5мм 2000НМ. Однако можно поступить значительно проще — использовать трансформатор дежурки из любого ATX блока питания. Достаточно заменить R8 на подстроечный многооборотный резистор 3296W сопротивлением 51к. При помощи этого резистора можно будет увеличить коэффициент усиления измерительного усилителя и компенсировать недостаточный коэффициент трансформации. LM7805 необходимо заменить на LM1117-5, это снизит потребляемый ток, плюс нижний порог напряжения питания опустится примерно до 6.5В. Стабилизатор обязателен, иначе шкала будет плавать в зависимости от напряжения питания. Для питания я использовал обычную «Крону». Саму микросхему обязательно поставьте в панельку!
Настройка прибора сводится к установке «нуля» и калибровке шкалы. Для калибровки шкалы используются низкоомные резисторы с допусками 0.5% и сопротивлениями от 0 до 2-5 Ом. Калибровка производится следующим образом — снимаем защитное стекло с индикаторной головки. Включаем прибор и измеряем сопротивление эталонных резисторов. Смотрим, куда отклоняется стрелка и ставим в этом месте на шкале метку с соответствующим сопротивлением. Так размечаем шкалу.
Измеряемые низковольтные конденсаторы(до 50-80 вольт без проблем) разряжаются резисторами R5, R6 и первичной обмоткой трансформатора. «Сетевые» емкости(те, которые после диодного моста в импульсных БП) я предварительно разряжаю приспособой, сделанной из резистора 510 Ом/1Вт, иглы от шприца, крокодила и корпуса гелевой ручки. В теории цепочка R5-R6 должна разрядить и такие емкости, но на практике, выбивает TL062:) Именно поэтому ее надо ставить в панельку -чтобы быстро заменить. Но надежнее — предварительно разрядить «сетевую» емкость.
В целом — очень удачный прибор — дешев, прост, не требователен к трансформатору.

Equivalent Series Resistance (Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС), как один из значимых паразитных параметров электролитических конденсаторов, в последние годы приобрёл широкую популярность среди ремонтников электронной аппаратуры. Измерители и пробники ESR для многих мастеров стали прибором первой необходимости наряду с тестером или мультиметром.
Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора.

Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства.
Но, следует отметить, для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, иногда требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.

Большинство популярных и применяемых в ремонтной практике приборов и пробников ESR основаны на измерении полного сопротивления переменному току на частоте 40 — 100 кГц. На частотах этого порядка для электролитических конденсаторов больших номиналов такие приборы покажут значения, максимально близкие к величине ESR, которая составит основную часть импеданса на этих частотах.
Недостатком такого способа является значительная погрешность при измерении малых номиналов ёмкостей (менее 10 uF), когда реактивное сопротивление конденсатора на данной частоте соизмеримо и может превышать ESR.
Тогда прибор покажет значение импеданса, а реальное значение ESR может быть в несколько раз меньше.

Одним из требований в плане практичности использования ESR-пробников является возможность производить замеры без выпаивания конденсатора из платы. Следовательно, процесс измерения должен происходить при достаточно низком падении напряжения на проверяемом конденсаторе, исключая отпирание переходов полупроводниковых элементов схемы.

В большинстве случаев такие нехитрые измерители импеданса мастера собирают самостоятельно по схемам, широко распространённым в интернете, но кто-то применяет и свои разработки с учётом личных предпочтений в плане удобства пользования или точности измерений.
В продаже существуют как простые пробники со светодиодной или стрелочной индикацией, так и измерители с цифровой шкалой различной степени сложности.

Подробно останавливаться на принципах и методах измерения импеданса нет необходимости, таких обсуждений и описаний существует достаточно много и их нетрудно найти в интернете. Но некоторые особенности отдельных конструкций всё же могут заслуживать внимания.

В этой статье предлагается рассмотреть один из способов измерения ESR и ёмкости, как отдельных параметров конденсатора.

Достаточно точный и несложный метод, который используется во многих любительских и промышленных приборах, реализован в измерителе Micro, популярном среди мастеров – участников ремонтных форумов monitor.net.ru и monitor.espec.ws.

Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I , напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения U R по закону:

C dU/dt = I = const .

U R – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

В таком случае ёмкость конденсатора будет определяться выражением:

Посчитать U R для вычисления ESR можно несколькими способами, например, составив уравнение прямой по двум точкам и найти координату Y для нулевого значения X, либо геометрически, исходя из соотношения сторон подобных треугольников…

Активное сопротивление конденсатора (ESR) в таком случае составит:

Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на ЖК дисплей.

В некоторых подобных конструкциях для измерения ESR используется более простой, но менее точный способ.
Производится измерение уровня напряжения U R посредством АЦП в начальный момент времени.
Несмотря на то, что измерительный импульс достаточно короткий (1-2 uS), конденсаторы меньшей ёмкости успевают зарядиться до большего значения, чем конденсаторы большой ёмкости, что создаёт некоторую погрешность в измерении ESR разных номиналов конденсаторов.

Следует учитывать, что ESR, измеренный постоянным током, является относительным показателем качества электролитического конденсатора.
Значимой составляющей ESR являются диэлектрические потери, которые существенно меняются с изменением частоты переменного тока.

Существуют более сложные и точные методики и способы измерений, основанные на анализе сдвига фаз в конденсаторе. В этом случае ESR определится произведением импеданса и тангенса угла потерь.

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Как очень просто узнать значение ESR любого конденсатора при ремонтах, используя подручные приборы мы сейчас и разберёмся. Конденсатор, как все знают, имеет такой параметр как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление — ЭПС) и измерения его очень полезны при диагностике проблем с электропитаниям. Например в линейных источниках питания, высокий ESR конденсатора фильтра может привести к чрезмерной пульсации тока и далее к перегреву конденсатора с последующим выходом из строя. В общем сейчас мы расскажем, как измерить ESR (ЭПС) конденсатора без — с помощью обычного звукового генератора и мультиметра.

Немного теории про конденсатор

Типичный конденсатор может быть смоделирован как идеальный конденсатор последовательно с резистором — эквивалентное последовательное сопротивление. Если мы приложим напряжение переменного тока на конденсатор при тестировании через токоограничивающий резистор, получим следующую схему:

Какое напряжение использовать для проверки

Выбор частоты для измерения ЭПС

Простые схемы измерителей esr оксидных конденсаторов

Теория

Итак, обо всем по порядку.

Для начала позвольте немного теории, чтобы полнее представлять суть проблемы. ESR — это аббревиатура от английских слов Equivalent Serial Resistance, в переводе означает «эквивалентное последовательное сопротивление».

В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом — электролитом.

Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности.

К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.

В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками.

Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе.

Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора», что еще больше усугубляет разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора — это известное радиолюбителям «высыхание», когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита.

В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается.

Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10…20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения.).

Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до 3…5 Ом) на работе импульсных блоков питания, выводя из строя более дорогостоящие транзисторы или микросхемы.

Принцип работы описываемых измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известна формула:

где Хс — емкостное сопротивление, Ом; f -частота, Гц; С — емкость, Ф. Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ — 0,016 Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за наличия паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений не нужна.

Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (т.е. ESR) задают именно на этой частоте.

Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемые же измерители работают с генераторами прямоугольных импульсов. Но, как было замечено выше, нам нужно не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например, 0,5 и 5 Ом.

Что такое ESR

Электролитические конденсаторы имеют ряд параметров, важных для их правильной работы в схеме устройства. Это и его ёмкость, и сопротивление диэлектрика между выводами и корпусом, и собственная индуктивность, эквивалентное последовательное сопротивление или, на американский манер, Equivalent Series Resistance. ESR — это сопротивление обкладок конденсатора и его ножек, которыми он припаивается к плате, выводов.

Существуют специальные формулы для расчёта этого показателя, но ими в реальной практике никто не пользуется. Гораздо проще собрать прибор для его измерения, и полученные результаты сверять с таблицей ESR электролитических конденсаторов, в которой приведены показатели в миллиомах, в зависимости от характеристик деталей — ёмкости и поддерживаемого напряжения.

Схема ESR метра

А печатную плату доделал по-хитрому. Стала она «двухсторонней» — со второй стороны расположил детали, не уместившиеся на первой. Для простоты решения, возникшего затруднения, разместил их «навесом». Тут не до изящества — пробник нужен.

Протравил печатную плату и запаял детали. Микросхему в этот раз поставил на панельку, для подачи питания приспособил разъем, который можно надёжно укрепить на плате при помощи пайки и корпус в дальнейшем уже можно «вешать» на него. А вот подстроечный резистор, с которым пробник заработал лучше всего, нашёл у себя только такой – далеко не миниатюрный.

Обратная сторона – плод прагматичности и вершина аскетизма. Что-то сказать здесь можно только про щупы, несмотря элементарность исполнения они вполне удобны, а функциональность так вообще выше всяческих похвал — способны на контакт с электролитическим конденсатором любого размера.

Всё поместил в импровизированный корпус, место крепления – резьбовое соединение разъёма питания. На корпус, соответственно пошёл минус питания. То есть он заземлён. Какая ни есть, а защита от наводок и помех. Подстроечник не вошёл, зато всегда «под рукой», будет теперь потенциометром. Вилка от радиотрансляционного динамика, раз и навсегда, позволит избежать путаницы с гнёздами мультиметра. Питание от лабораторного БП, но при помощи персонального провода с вилкой от ёлочной гирлянды.

И оно, это чудо неказистое, взяло и заработало, причём сразу и как надо. И с регулировкой никаких проблем – соответствующий одному ому, один милливольт выставляется легко, примерно в среднем положении регулятора.

А 10 Ом соответствует 49 мВ.

Исправный конденсатор, соответствует примерно 0,1 Ом.

Неисправный конденсатор, соответствует более 10 Ом. С поставленной задачей пробник справился, неисправные электролитические конденсаторы на плате ремонтируемого устройства были найдены. Все подробности относительно этой схемы найдёте в архиве. Максимально допустимые значения ESR для новых электролитических конденсаторов указаны в таблице:

А некоторое время спустя захотелось придать приставке более презентабельный вид, однако усвоенный постулат «лучшее — враг хорошего» трогать его не позволил – сделаю другой, более изящный и совершенный. Дополнительная информация, в том числе и схема исходного прибора, имеется в приложении. Про свои хлопоты и радости поведал Babay.

Обсудить статью ПРИСТАВКА К МУЛЬТИМЕТРУ ESR МЕТР

Порядок калибровки прибора

После монтажа устройства на плате и первичных тестов, его необходимо откалибровать. Для этого понадобится осциллограф и набор резисторов для подстройки номиналом от 1 до 80 Ом. Порядок калибровки:

Измеряем осциллографом частоту на щупах. Она должна быть в пределах 120—180 кГц. При более низкой или более высокой частоте она корректируется подбором резистора из набора.
Подсоединяем мультиметр к щупам, выбираем режим измерения в милливольтах.
Резистор в 1 Ом подключаем к щупам. С помощью подстроечного резистора в схеме выставляем на мультиметре значение напряжения в 1 милливольт.
Подключаем следующий по номиналу резистор, не меняя значение, и записываем показания мультиметра. Повторяем со всем набором и составляем табличку.

После калибровки прибором можно пользоваться. Он поможет в обнаружении неисправностей, связанных с реактивным сопротивлением. Их невозможно диагностировать другим способом.

https://youtube.com/watch?v=lhLTf571GK4

Как сделать ESR-метр конденсаторов своими руками

При ремонте техники специалисты-радиомеханики сталкиваются с различными проблемами — повреждённые дорожки на платах, окисление, выгоревшие элементы, вздувшиеся конденсаторы. Эти неисправности прекрасно видны при первичном осмотре аппаратуры и устранить их с помощью самых базовых инструментов любого инженера не составляет труда. Но есть случаи, в которых визуального осмотра недостаточно.

Конденсаторы бывают разной ёмкости, как очень большой (4000, 10000 мкФ), так и очень малой (0,33 мкФ, например, такие детали активно используются при сборке комплектующих различной оргтехники). И если вздутие верхней крышки первых отлично заметно из-за их размеров, то со вторыми выявление их неисправности может доставить немало проблем.

В этом поможет простой прибор для проверки конденсаторов — ESR-метр. Своими руками его изготовить несложно, имея достаточные познания в схемотехнике. Он может быть как самостоятельным устройством, так и выполнен в виде приставки к цифровому мультиметру. С его помощью можно легко установить такие неисправности, как пробой и высыхание.

Основные элементы устройства

В основе схемы ESR-метра лежит микросхема генератора импульсов типа К561ЛН2, работающая на частоте до 120 кГц. Для дополнительного удобства саму микросхему можно не впаивать напрямую в плату, а использовать специальную панель с необходимым количеством ножек. Это позволит оперативно сменить вышедшую из строя деталь и заменить её без дополнительных операций с паяльником и отсосом припоя. В качестве аналога этого генератора можно использовать похожий по характеристикам К1561ЛН2.

Настройка частоты выполняется цепью, состоящей из резистора и конденсатора. Регулировка и настройка измерения ESR осуществляется подстроечным резистором.

В качестве питания используется либо стандартная CR2032, выдающая напряжение до 3 вольт, либо, если этого не хватает для работы, аккумуляторная батарейка на 9 вольт, подключаемая через специальную клемму (такие можно найти в некоторых часах с автономным питанием, например, или в старых батарейках типа Крона). В состав измерителя переменного напряжения входит мультиметр, который необходимо перевести в соответствующий режим, и германиевые диоды.

Сборку тестера конденсаторов можно производить как на макетной плате размером примерно 4 на 6 сантиметров, так и на специальных печатных платах. Второй вариант получится немного дороже, но его преимуществом является наличие на плате обозначений всех нужных элементов и дорожек, их соединяющих.

Печатные платы изготавливаются из фольгированного текстолита и перед проведением монтажа элементов контакты на них необходимо залудить припоем.

При использовании макетных плат, размещение элементов и их соединение производится самостоятельно. Для создания схемы используются провода достаточной толщины с фторопластовой изоляцией, чтобы предотвратить их повреждение при тепловом воздействии.

В качестве щупов можно использовать как покупные, так и самодельные. Во втором случае необходимо самостоятельно позаботиться о хорошей проводящей способности используемого материала и достаточной толщине провода, идущего к мультиметру. Использовать длинные провода, более 10 сантиметров, не рекомендуется.

Возможные недостатки и замечания по работе этого устройства:

При нестабильном питании от батарейки возможны сильные отклонения по точности измерений, следует не забывать периодически проверять батарейку мультиметром и не допускать её разряда больше, чем на 1 вольт.
Даже при полностью исправной батарейке, прибор, выполненный таким образом, не претендует на звание высокоточного. Его можно использовать как некий индикатор работоспособности элементов и определить подойдёт ли конденсатор для установки или замены.

Первый и второй недостатки имеют общее решение — достаточно установить в схему стабилизатор, питающийся напрямую от батарейки, и два конденсатора. Это повышает надёжность и точность прибора, что даёт возможность отбрасывать ситуации, при которых, если у измеряемого элемента сопротивление было слишком малым, мультиметр сигнализировал о коротком замыкании вместо ожидаемого значения.

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года. Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Оригинальная статья в журнале «Радио» № 8 за 2011 год: ▼ radio-8-2011-esr-meter.7z 13/08/16 ️ 1,09 Mb ⇣ 55

— Спасибо за внимание! Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Что такое тестер конденсаторов

Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух обкладок, сделанных из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Эта величина очень большая, поэтому на практике используются микрофарады или пикофарады.

Выполнение измерения емкости

Конденсаторы обычно бывают электролитическими или пленочными. В последних параметры мало меняются с течением времени. У электролитических ситуация другая. Жидкий состав, находящийся внутри, постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по его исправности. Для проверки его нужно выпаивать.

Другая ситуация, когда важно проверить емкость, — это нарушение его работы от различных причин случайного характера — скачков напряжения или работы в условиях повышенной температуры. Неисправный элемент может послужить причиной неисправной работы всего устройства

Чтобы изучить ситуацию, необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этой цели применяют тестеры конденсаторов.

Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время проверки может определяться емкость или ESR, параметр, который представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление.

Высокоточное измерение

В некоторых мультиметрах имеется возможность непосредственной проверки емкости.

ESR-измерители производят определение эквивалентного последовательного сопротивления. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Оно может существенно возрастать при увеличении частоты. Этот параметр оценивают с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большую величину, то в некоторых ситуациях может быть нарушен температурный режим работы элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.

Существуют специальные измерители емкости.

Аналоговое устройство

ESR-метр

Такой измерительный прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем. У него имеются 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй — отрицательным. Перед тем, как проверять, элемент разряжают, закорачивая выводы друг на друга. Чтобы провести измерение, щупы соединяют с выводами конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо при этом учитывать полярность щупов.

Затем прибор включают и через несколько секунд на экране появляются величины емкости и параметра ESR.

Измеритель емкости

Мультиметр

Для определения исправности конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель нужно установить на 2 МОм или 200 Ком. Нужно подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.

К его выводам элемента, который нужно выпаять из схемы, подключают красный и черный щупы. Теперь необходимо следить за данными на дисплее. Если там 0, то это означает обрыв контактов или другое механическое повреждение. Если tester показывает увеличивающиеся цифры и в конце концов появляется 1, то это говорит о работоспособности детали. Если сразу появляется единица, то это означает, что в конденсаторе произошел пробой.

При использовании аналогового прибора у исправной детали можно будет увидеть постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения говорит об обрыве, а максимального — свидетельствует о пробое.

В мультиметре предусмотрена возможность непосредственного измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель аппарата для ее измерения и выбрать наиболее подходящую шкалу. Обычно для контактов конденсатора предусматриваются особые клеммы. Если их нет, надо воспользоваться красным и черными щупами. В последнем случае необходимо воспользоваться такими же клеммами, как при измерении сопротивления.

Если значение емкости равно или близко к номинальному, то элемент исправен и может быть использован. В противном случае он неработоспособен. Считается, что совпадение с разницей не более 20% говорит о радиотехнической пригодности детали.

Протечка электролита

Примеры проблем, связанных с ESR

Конденсаторы используются практически повсюду. Ни одна схема устройства, обладающего хоть минимальной сложностью, не обходится без них.

В персональных компьютерах они встречаются в блоках питания, мониторах, около важных узлов материнских плат — сетевых и звуковых микросхем, в системе питания процессора, южного и северного мостов, оперативной памяти.

В акустических системах и сетевом оборудовании (роутерах, коммутаторах, например) они встречаются около усилителей и LAN-портов. Все они обеспечивают стабильное питание этих элементов, а малейшие проблемы с питанием, как известно, могут привести как к проблемам в работе — зависаниям, торможению, так и к банальному отказу работать.

Высохшие и пробитые конденсаторы невозможно обнаружить простым осмотром, поэтому именно измеритель ESR, может установить причину неисправности. Для этого детали, на которые пало подозрение, выпаиваются с платы и проверяются прибором. Проверять их без выпаивания не рекомендуется — показатели в этом случае могут быть слишком неточными. Если показатель сопротивления слишком высок, компонент должен быть заменён аналогом с наиболее низким ESR.

Описание ESR метра для конденсаторов

Генератор импульсов, имеющий частоту 120кГц, собран на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Частота генератора определяется RC-цепью на элементах R1 и C1.

Для согласования введен элемент DD1.3. Для увеличения мощности импульсов с генератора в схему введены элементы DD1.4…DD1.6. Далее сигнал проходит через делитель напряжения на резисторах R2 и R3 и поступает на исследуемый конденсатор Сх. Блок измерения переменного напряжения содержит диоды VD1 и VD2 и мультиметр, в качестве измерителя напряжения, к примеру, М838. Мультиметр необходимо перевести в режим измерения постоянного напряжения. Подстройку ESR метра осуществляют путем изменения величины R2.

Микросхему DD1 — К561ЛН2 можно поменять на К1561ЛН2. Диоды VD1 и VD2 германиевые, возможно использовать Д9, ГД507, Д18.

Радиодетали ESR метра расположены на печатной плате, которую можно изготовить своими руками. Конструктивно устройство выполнено в одном корпусе с элементом питания. Щуп Х1 выполнен в виде шила и прикреплен к корпусу устройства, щуп X2 – провод не более 10 см в длину на конце которого игла. Проверка конденсаторов возможна прямо на плате, выпаивать их не обязательно, что существенно облегчает поиск неисправного конденсатора во время ремонта.

Как сделать ESR метр своими руками

Чаще всего, если современная радиоэлектронная аппаратура выходит из строя, то виноваты электролитические конденсаторы. Дополнительные сложности в поиске сломавшихся конденсаторов возникают из-за того, что сложно измерить их емкость, поскольку показатель емкости в дефектном конденсаторе может быть почти таким же, как и номинал, а вот ESR будет высоким. По этому, в данном материале и пойдет речь, как сделать ESR метр своими руками.

Чаще всего, именно из-за высокого значения ESR, правильная работа радиоаппаратуры не может быть реализована в полной мере.

Для облегчения поиска неисправной детали – мы займемся изготовлением простого аналогового ESR метра. Устройство работает по следующему принципу: проверяется значение сопротивления в конденсаторе, когда значение частоты = 100 кГц. Конденсаторы, емкость которых превышает несколько микрофарад, будут обладать величиной, приблизительно равной ЭПС.

Существует мнение, что ESR метру не нужна очень высокая точность, на практике проверенно, что ЭПС в неисправном конденсаторе в разы больше чем в работающем элементе.

Процесс изготовления устройства начинается с того, что моделируется схема в LTspice. Названия основных функциональных узлов, вы можете наблюдать на схеме.

Результатом моделирования является вот такая диаграмма, на которой видно, на какое расстояние отклониться стрелка в микроамперметре, с учетом показателей ESR.

Взяв за основу результаты схемы LTspice, можно построить принципиальную схему в OrCAD. Питание прибора осуществляется при помощи подачи 9 В, а для стабилизации напряжения пользуемся микросхемой LM7805. Кроме этого, для того, чтобы сделать ESR метр своими руками, придется воспользоваться транзисторами 2N3904 (n-p-n) и 2N3906 (p-n-p), однако, нормальная работа схемы будет обеспечиваться при помощи любых распространенных транзисторов. В выборе диодов остановимся на 1N5711. Ток измерительной головки – 50 мкА.

Значение максимального напряжения на контактах измеряемого конденсатора не более 100 мВ, что дает возможность для использования прибора при внутрисхемном (без выпаивания конденсатора) тестировании.

Здесь вы можете наблюдать внешний вид разводки платы, у нее одна сторона, и в ней отсутствуют перемычки. Стараемся использовать SMD элементы, хотя, некоторые крепежные отверстия все равно понадобятся.

Изготовление печатной платы осуществлялось на ЧПУ станке, проводилась фрезеровка дорожек, однако, вполне можно пользоваться ЛУТ-ом либо фоторезист.ом

На изображении показана плата, на которую уже напаяны компоненты:

Замер значений на шкале выполняется методом практического использования, при помощи подключения прецизионных резисторов, имеющих различное сопротивление в диапазоне 0,1 — 10 Ом. Рисовка шкалы производиться при помощи CorelDraw, после чего шкала распечатывается с использованием фотобумаги.

Процесс сборки на стадии завершения. На изображении видно внутреннюю сторону ESR метра.

А вот и готовый прибор:

Прежде чем приступать к измерениям следует произвести разрядку конденсаторов. При токе подачи 26 мА, если питаться от батареи «Крона», то непрерывная работа прибора может производиться в течение суток.

Ну, вот и все! Теперь вы можете сделать ESR метр своими руками. Нужно лишь немного терпения и минимум инструментов.

Что такое ESR

Оцените статью:

Эквивалентное последовательное сопротивление esr. Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора

C dU/dt = I = const .

U R – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).

В таком случае ёмкость конденсатора будет определяться выражением:

Активное сопротивление конденсатора (ESR) в таком случае составит:

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Какой главный параметр для оценки исправности конденсаторов? Конечно их ёмкость. Но по мере распространения импульсной высоковольтной техники, стало очевидно, что надо обратить внимание на ещё один параметр, от которого зависит надёжность и качество работы импульсных преобразователей — это эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, по англ. ESR — equivalent series resistance ). Применение конденсаторов с увеличенным значением ЭПС приводит к росту пульсаций выходного напряжения по сравнению с расчётными значениями, и бстрому выходу их из строя из-за повышенного нагрева за счёт выделения тепла на ЭПС, нередки даже случаи закипания электролита, деформация корпуса, а также взрывы конденсаторов. Особая выраженность негативного влияния ЭПС именно в силовых импульсных преобразователях вызвана, работой на больших токах заряда-разряда, а также тем, что с ростом рабочей частоты ЭПС возрастает. Наличие ESR объясняется конструкцией оксидного конденсатора и обусловлена сопротивлением обкладок, сопротивлением выводов, переходным сопротивлением контактов между обкладками и выводами, а также потерями в материале диэлектрика. С течением времени ESR конденсатора возрастает, что совсем не хорошо.

ESR конденсаторов разных типов

Естественно, проконтролировать обычным Омметром эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора невозможно — тут нужен специальный прибор. В интернете есть несколько простых конструкций ESR-метров , но при желании, можно собрать более точный и удобный измеритель на микроконтроллере. Например из журнала Радио 7-2010.

Схема измерителя ESR конденсаторов на
Attiny2313

Все необходимые файлы и прошивки — в архиве . После сборки и включения крутим регулятор контрастности до появления на экране LCD надписи в две строки. Если её нет — проверяем монтаж и правильность прошивки МК ATtiny2313. Если всё ОК — нажимаем кнопку «Калибровка» — в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя. Далее понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества ёмкостью 220…470 мкФ разных партий, лучше всего — на разные напряжения. Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в пределах 100…470 ом (у меня получилось 300 ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора. К большой точности пока что стремиться не стОит — ещё будет корректироваться; затем проверить и с другими конденсаторами.

Для настройки измерителя ESR нужна таблица с типовыми значениями этого параметра для разных конденсаторов. Эту табличку рекомендуется приклеить на корпус прибора под дисплеем.

В следующей табличке указаны максимальные значения эквивалентного последовательного сопротивления для электролитических конденсаторов. Если у измеряемого конденсатора оно будет выше, то его уже нельзя использовать для работы в сглаживающем фильтре выпрямителя:

Подключаем конденсатор 220 мкФ и, незначительным подбором сопротивления резисторов R6, R9, R10 (на схеме и на моём сборочном чертеже обозначены со звёздочками), добиваемся показаний Esr, близких к указанным в таблице. Проверяем на всех имеющихся заготовленных эталонных конденсаторах, в т.ч. уже можно использовать и конденсаторы от 1 до 100 мкФ.

Так как для измерения ёмкости конденсаторов от 150 мкФ и для измерителя ESR применяется один и тот же участок схемы, после подбора сопротивления этих резисторов несколько изменится точность показаний измерителя ёмкости. Теперь можно подстроить ещё сопротивление резистора R2, чтобы эти показания стали точнее. Другими словами, нужно подбирая сопротивление R2 — уточнить показания измерителя ёмкости, подстраивая резисторы в делителе компараторов — уточнить показания ESR-метра. Причём, приоритет надо отдавать измерителю внутреннего сопротивления.

Теперь надо настроить измеритель ёмкости конденсаторов диапазона 0,1…150 мкФ. Так как для этого в схеме предусмотрен отдельный источник тока, измерение ёмкости таких конденсаторов можно сделать очень точным. Подключаем конденсаторы малой ёмкости к входным гнёздам прибора и, подбором сопротивления R1 в пределах 3,3…6,8 кОм добиваемся максимально точных показаний. Этого можно достичь, если в качестве эталонных применить не электролитические, а высокоточные конденсаторы К71-1 ёмкостью 0,15 мкФ с гарантированным отклонением 0,5 или 1%.

Когда собрал данный измеритель ESR — схема завелась сразу, понадобилась только калибровка. Этот измеритель много раз помогал при ремонте БП, так что устройство рекомендуется к сборке. Схему разработал — DesAlex , собрал и испытал: sterc .

Обсудить статью ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

Что такое ESR?

Теория

ESR — Equivalent Series Resistance — один из параметров конденсатора, характеризующий его активные потери в цепи переменного тока. В эквиваленте его можно представить, как включенный последовательно с конденсатором резистор, сопротивление которого определяется, главным образом, диэлектрическими потерями, а так же сопротивлением обкладок, внутренних контактных соединений и выводов конденсатора. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС .

Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0.01Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей ИИП на рабочей частоте порядка 100кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров ИИП обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите.

Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что в последствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу.

Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR .

Практика

Электролитические конденсаторы это навереное единственные электронные элементы, которые страдают от высыхания. Если у вас есть любые электронные устройства, которые на протяжении многих лет работали, но вдруг перестали исправно функционировать, имеются хорошие шансы, что один или несколько электролитических конденсаторов внутри него деградировали и стали причиной проблемы. Электролитические конденсаторы выходят из строя несколькими способами: они могут стать электрически проводящие, вызывая постоянный ток через них, что может даже их взорвать. Они могут уменьшаться в величине емкости. Но наиболее часто увеличивается их эквивалентное последовательное сопротивление, которое является очень нежелательным.

ESR электролитического конденсатора обычно составляет доли Ом для конденсаторов низкого напряжения (таких как 1000µF, 16V), и может быть два или три Ома для малой емкости и высокого рабочего напряжения (1uF, 450V). Когда конденсатор стареет, это сопротивление возрастает, и часто из-за этого оборудование полностью прекращает функционировать. Очень часто конденсаторы увеличивают сопротивление ESR до 100 раз от их нормального сопротивления, в то время как их емкость остается хорошей! На измерении емкости они покажут близкое к правильному значение, но они уже не годные! Для анализа состояния конденсатора применяются измерители и пробники ESR. ESR-метр может проверить конденсаторы, даже когда они находятся в цепи. Соединенные параллельно с ним другие детали будут иметь минимальное влияние на измерение. Сколько примерно должен иметь сопротивления тот или иной исправный конденсатор — смотрите в таблице . Таковы особенности, которые делают ESR-метр незаменимым прибором для диагностики и ремонта электронного оборудования.

Наиболее слабым местом в любой радиосхеме являются электролитические конденсаторы, которые подвержены постоянному высыханию. И чем большие токи проходят через них — тем этот процесс быстрее. Обычным омметром определить плохой конденсатор не получится, поэтому необходим спецприбор — esr измеритель.

Схема электрическая esr измерителя конденсаторов

Печатные платы — рисунок

В типичной схеме, может быть 10 или даже 100 конденсаторов. Выпаивать каждый для тестирования очень утомительно и существует большой риск повреждения платы. Этот тестер использует низкое напряжение (250 мВ) высокой частоты (150 кГц), и он способен мерять ESR конденсаторов прямо в схеме. Напряжение выбрано достаточно низкими, чтобы другие окружающие радиоэлементы схемы не влияли на результаты замеров. А если вам случайно доведется испытать заряженный конденсатор — не беда. Этот измеритель выдерживает до 400В заряда на конденсаторе. Опыт показал, что ЭПС метр выявляет около 95% конденсаторов с потенциальными проблемами.

Особенности работы прибора

Тест электролитических конденсаторов > 1 мкФ.
Полярность не важна для тестирования.
Переносит заряд конденсаторов до 400В.
Низкий ток потребления от батареи — около 25 мА.
Легко читать данные аналогового измерителя.
Меряет ЭПС в диапазоне от 0-75 Ом по расширенной шкале с помощью омметра.

Будьте осторожны, если вы тестируете высоковольтные конденсаторы. Имейте в виду, что высоковольтные конденсаторы могут нести сильный заряд в течение нескольких дней, в зависимости от схемы.

Как использовать ESR метр

Включаете прибор. Убедитесь, что проверяемая схема находится не под напряжением. Разрядите конденсатор перед тестированием — ЭПС метр не делает этого автоматически. Замкните выводы конденсатора и удерживайте их так в течение нескольких секунд. С помощью вольтметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен. Вольтметр должен показывать нулевое значение. Прикоснитесь щупами ESR метра к конденсатору. Определите сопростивление ESR. Является ли значение ESR приемлемым узнаём путем сравнения измеренного ESR с эталонными данными. Посмотреть эту таблицу

Пробник ESR конденсаторов так уж получилось

Пробник ESR конденсаторов так уж получилось, что в настоящее время максимум отказов аппаратуры приходится на электролитические конденсаторы. Особенно это касается импульсных источников питания, схем развертки, схем УМЗЧ, мощных преобразователей напряжения. Известным с дедовских времен способом – подключаем к конденсатору омметр и смотрим как циферки бегут можно удостовериться только в наличии емкости и очень примерно оценить ток утечки.

Можно специальным прибором измерить емкость конденсатора. Но большинство неисправных электролитических конденсаторов эти проверки успешно проходят, потому что причиной неисправности чаще всего бывает не отсутствие или сильное понижение емкости, не ток утечки, а высокая величина ESR. Эту величину можно понять, как постоянное сопротивление, включенное последовательно конденсатору. Это сопротивление уменьшает ток зарядки/разрядки конденсатора и при значительной величине делает конденсатор непригодным для работы в схемах где требуется большой ток зарядки / разрядки, например, в схеме подавления пульсаций выпрямителя. Или в схеме кадровой развертки телевизора. А также в других схемах.

Практически просто так измерить ESR конденсатора проблематично, потому что это сопротивление эквивалентно включенному ему последовательно, а не параллельно, как в случае тока утечки. Можно измерить общее сопротивление конденсатора на переменном токе, но это будет величина, состоящая из активной и реактивной составляющей. Нужно как-то выбрать режим измерения так что бы величина емкостного сопротивления была пренебрежимо мала. Если учесть, что электролитические конденсаторы, о которых идет речь, обладают значительной емкостью (не менее 100 мкФ), то занизить до пренебрежимо малой величины емкостное сопротивление можно повышением частоты переменного тока, на котором производится измерение до величины более 100 кГц. Как известно, емкостное сопротивление с увеличением частоты снижается, и здесь при емкости от 100 мкФ и более его величиной уже можно будет пренебречь. А вот активная составляющая от частоты не зависит.

Поэтому, измерять ESR можно по падению переменного напряжения на измеряемой емкости, но при условии, что частота переменного напряжения будет достаточно высока. На рисунке в статье показана схема пробник ESR конденсаторов электролитических. На операционном усилителе А1.1 собран генератор переменного напряжения частотой 100 кГц. Переменное напряжение с него через резисторы R5 и R6 поступает на конденсатор, подлежащий испытанию (Сх). Сопротивление этого конденсатора совместно с сопротивлением выше указанных резисторов (плюс не электролитической емкости С2) образует делитель напряжения. Напряжение на Сх получается прямо пропорциональным его величине ESR.

Теперь это напряжение нужно измерить милливольтметром на ОУ А1.2 и измерительной головке Р1. ОУ усиливает переменное напряжение, снятое с Сх, затем следует детектор на диодах VD2 и VD3 и через R11 -микроамперметр постоянного тока со шкалой 100 мкА. Питается пробник ESR конденсаторов от «плоской батареи» напряжением 4,5V. Настройка пробник ESR конденсаторов сводится к калибровке. Нужны постоянные резисторы сопротивлением от 0,5 до 20 Ом. Устанавливаете вместо Сх резистор 20 Ом и резистором R11 ставите стрелку микроамперметра на максимум. Затем резисторы других сопротивлений и делаете соответствующие метки на шкале микроамперметра. Недостаток пробник ESR конденсаторов в том, что при отсутствии Сх стрелка зашкаливает, поэтому сначала подключайте Сх, а потом уже питание выключателем С1.

Что такое конденсатор. Его параметры

Приветствую, друзья!

В первой части статьи мы рассмотрели, как устроен конденсатор.

Вы уже знаете, в каких единицах измеряется его ёмкость, как конденсаторы обозначаются в электрических схемах.

Вы уже знаете, где и как используются конденсаторы в компьютерной технике.

Конденсатор, как и любой компьютерный «кирпичик», обладает параметрами, которые характеризуют его работу.

Давайте углубим наши знания и посмотрим

Какими ещё параметрами характеризуются конденсаторы?

Вообще говоря, таких параметров много. У нас тут не нобелевская лекция, поэтому ограничимся только необходимым минимумом, который пригодится в практической деятельности.

Номинальное рабочее напряжение. Конденсатор может использоваться в режимах, когда напряжение на нём не превышает рабочего.

Использовать, например, электролитический конденсатор с рабочим напряжением 10 В в цепях +5 В или +3 В можно.

Чем больше рабочее напряжение электролитического конденсатора при равной ёмкости, тем больше его габариты.

Рабочее напряжение на керамических и других конденсаторах может явно не указываться или не указываться вообще — особенно, если конденсатор имеет маленькие размеры.

Полная информация о всех параметрах конденсатора имеется в соответствующем даташите (справочных данных), который имеется на сайте фирмы — производителя.

ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление. Выводы конденсатора и их контакты с обкладками имеет не нулевое, хотя и очень небольшое сопротивление. Это сопротивление активное, поэтому, в соответствии с законами Ома и Джоуля-Ленца, при протекании тока на этом сопротивление будет рассеиваться тепло.

Это приведет к нагреву конденсатора.

Поэтому на электролитических конденсаторах обычно указывает максимальную рабочую температуру.

В компьютерных блоках питания и материнских платах используются специальные конденсаторы — с пониженным ESR.

Величина ESR может для таких конденсаторов быть в пределах от сотых до десятых долей Ома.

Что будет, если вместо конденсатора с пониженным ESR при ремонте блоков питания или материнских плат поставить обычный? Некоторое время он поработает. Но так как его ESR больше, то через цепь такого конденсатора будет протекать больший ток, который вызовет ускоренную деградацию конденсатора. Поэтому он быстро выйдет из строя.

Величиной ESR можно узнать по специальной маркировке (чаще всего 2 латинских буквы) на корпусе конденсатора. Соответствие этих букв реальным значениям ESR указывается в даташите.

Параллельное соединение конденсаторов

Несколько конденсаторов могут включаться последовательно или параллельно. При параллельном соединении ёмкости всех конденсаторов суммируются. При последовательном соединении общая ёмкость батареи конденсаторов меньше самой маленькой, так как складываются величины, обратные емкости. Но зато напряжение, при котором можно работать такая батарея, будет больше рабочего напряжения одного конденсатора.

На материнских платах в цепи низковольтного источника напряжения, питающего ядро процессора, используется несколько однотипных конденсаторов, соединенных параллельно.

Интересный вопрос: почему бы не поставить один конденсатор емкостью, эквивалентной емкости батареи конденсаторов?

Дело в том, что у параллельно соединенных конденсаторов суммарное ESR будет гораздо меньше, чем ESR одного конденсатора. Потому что при параллельном соединении сопротивлений общее сопротивление уменьшается.

Что будет, если перепутать полярность конденсатора?

Если ошибиться с полярностью электролитического конденсатора – он обязательно выйдет из строя!

Сопротивление конденсатора при обратной полярности небольшое, поэтому через его цепь потечет значительный ток.

Это вызовет быстрый перегрев, закипание электролита, пары которого разорвут корпус.

Такой же эффект вызовет и увеличение рабочего напряжения выше указанного на корпусе.

Чтобы исключить нехорошие последствия, верхняя крышка корпуса делается профилированной, с канавками-углублениями на верхней крышке.

При повышенном давлении внутри крышка расходится по этим канавкам, выпуская пары наружу.

Следует отметить, что электролитические конденсаторы, использующиеся в компьютерных блоках питания и материнских платах, могут выйти из строя после нескольких лет эксплуатации в нормальном рабочем режиме.

Дело в том, что в конденсаторах из-за наличия электролита постоянно протекают электрохимические процессы, усугубляющиеся тяжелым режимом работы и повышенной температурой.

Как правильно заменить неисправные конденсаторы при ремонте материнской платы компьютера можно прочитать здесь.

Как измерить ёмкость и ESR конденсатора?

Ёмкость конденсатора можно измерить с помощью обычного цифрового мультиметра.

Большинство цифровых мультиметров могут измерять не только ток, напряжение или сопротивление, но и ёмкость.

При измерении емкости надо с помощью переключателя выбрать необходимый поддиапазон и использовать отдельные гнёзда с маркировкой «F».

Однако большинство мультиметров измеряет емкость не более 20 микрофарад. А если надо измерить ёмкость в несколько тысяч микрофарад?

В этом случае необходимо использовать комбинированные приборы — измерители ёмкости и ESR. Существует множество разновидностей таких приборов и приборчиков.

Автор использует в своей практике мультитестер с АлиЭкспресс.

Кроме измерения ESR и ёмкости, им можно проверять полупроводниковые приборы, сопротивления и индуктивности.

Удобная штука, доложу я вам!

Если проверять вздутые электролитические конденсаторы — выяснится, что у них повышенное ESR и сниженная емкость.

Иногда тестер вообще дают ошибку, не опознавая конденсатор как конденсатор. Может быть и так, что конденсатор по внешнему виду абсолютно нормальный, но имеет повышенное ESR (хотя и достаточную емкость).

Поэтому в блоке питания он нормально работать не будет!

Заканчивая, отметим, что конденсаторы небольшой ёмкости, использующиеся в «дежурке» компьютерного блока питания, имеют очень небольшие габариты. Электролита у них внутри немного, поэтому у них «не хватает силы» вздуться.

До встречи на блоге!

Общие сведения о ESR в электролитических конденсаторах

Эквивалентная схема конденсатора состоит из четырех элементов (Рисунок 1, справа): емкости, эквивалентной последовательной индуктивности (ESL) — сумма индуктивных элементов, включая выводы, высокоомный путь постоянного тока (Rp), включенный параллельно с емкостью и эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) — последовательными резистивными эффектами, объединенными в один элемент.

СОЭ зависит от частоты, температуры и изменяется по мере старения компонентов. Обычно это лишь важный фактор при выборе электролитических конденсаторов.

Изготовление конденсатора

«Мокрые» алюминиевые электролитические конденсаторы имеют анодную пластину, состоящую из алюминиевой фольги, подвергнутой электрохимическому травлению, диэлектрик, сформированный в виде оксидного слоя на этой фольге, бумажную прокладку для удерживания проводящей жидкости, которая образует катод, и вторую фольгу, которая соединяет электролит и клемму устройства.

Жидкий электролит проникает в поры окисленной анодной фольги, поэтому площадь контакта и, следовательно, емкость максимальны.

Этот процесс «высыхания» зависит от температуры и ускоряется в компонентах, используемых при более высоких температурах или подверженных более высоким токам пульсации, которые рассеивают больше тепла как часть их функции цепи.

В алюминиевых электролитах ESR падает при повышении температуры — его эффекты уменьшаются при нагревании сборки.

Сушка не имеет отношения к твердым алюминиевым электролитам или «гибридным» конденсаторам, где полимеризованный органический полупроводниковый материал заменяет жидкий электролит.Эта технология демонстрирует удельную проводимость примерно в 10 000 раз больше, чем у жидкого электролита. Как показано на рисунке 2 (справа), общее эквивалентное последовательное сопротивление существенно снижается, особенно при низких температурах.

Танталовая технология

Танталовые электролиты имеют танталовые аноды из спеченного порошка, простой или протравленной фольги. Изолятор представляет собой оксидный слой на поверхности анода. В устройствах из фольги второй проводник представляет собой электролит, удерживаемый в прокладке.Отложение диоксида марганца покрывает оксидный слой в твердом исполнении.

Концевые заделки компонента вносят существенный вклад в ESR. В твердотельных конденсаторах диоксид марганца обычно покрывается углеродом, а затем металлом, например серебром, который припаивается к отрицательному выводу или корпусу. В стиле фольги положительное соединение представляет собой сварную никелевую или стальную проволоку, соединенную с танталовой проволокой на аноде. Такие устройства также содержат вторую танталовую фольгу, контактирующую с электролитом.

На низких частотах потери в оксиде наиболее значительны. Но их вклад уменьшается обратно пропорционально частоте, в конечном итоге становясь малым по сравнению с сопротивлением контактного материала (рис. 3).

Рисунок 3: Типичное соотношение между ESR и частотой для танталовых конденсаторов (AVX)

Почему так важно СОЭ?

Электролитические конденсаторы используются в качестве входных буферов для подачи энергии при слишком низком входном сетевом напряжении, для хранения энергии, пока преобразователь переменного / постоянного тока адаптируется к новому уровню мощности, и предотвращения помех от переключения преобразователя, достигающего источника питания.На выходе преобразователя они действуют как фильтр и приемник тока для индуктивных элементов, а при преобразовании постоянного / постоянного тока действуют как буфер энергии при изменении потребности в выходной мощности.

В обоих случаях потери из-за ESR будут препятствовать способности конденсатора быстро генерировать или поглощать заряд. На входе увеличение ESR увеличивает высокочастотный шум на конденсаторе, снижая эффективность фильтрации. На выходе более высокое значение ESR вызывает большую пульсацию, влияющую на стабильность контура управления.

ESR особенно важен в приложениях с малой продолжительностью включения и высокочастотными импульсами тока. Здесь пульсации напряжения из-за ESR будут больше, чем ожидалось, основываясь только на емкости, хотя отрицательная корреляция ESR с температурой означает, что пульсации уменьшаются по мере нагрева сборки.

Кроме того, введение резистивного элемента в то, что разработчики могут предположить, является чисто реактивной схемой, может привести к неожиданным сдвигам в фазовой характеристике, снова влияя на стабильность.

Что можно сделать?

Некоторые конденсаторы разработаны специально для низкого ESR, но производители алюминиевых электролитических конденсаторов не указывают ESR единообразно. Обычно указывается значение при 25 ° C и 100 кГц с формулой для расчета значения на рабочей частоте. Некоторые поставщики указывают на 120 Гц; другие оставляют проектировщика для расчета значения на интересующей частоте из коэффициента рассеяния (tan∂) и указанного максимального тока пульсаций.Кроме того, для конденсаторов сравнимого размера и CV устройство с более высокой емкостью и более низким номинальным напряжением будет иметь более низкое ESR, а ESR имеет тенденцию быть ниже для алюминиевых электролитических устройств с длинными и тонкими корпусами, потому что сопротивление фольги уменьшается. Более крупные габариты корпуса также могут снизить СОЭ.

Кроме того, несколько компонентов меньшей стоимости можно использовать параллельно для достижения более низкого высокочастотного ESR за счет места на плате. Анализ некоторых из наиболее популярных компонентов с низким СОЭ можно найти на Рисунке 4, который включает ссылки на полные серии продуктов и таблицы данных.Выбор разнообразен и требует подробного анализа таблиц данных или консультации специалиста, такого как Avnet Abacus, для того, чтобы сделать осознанный выбор.

Производитель	серии	Стиль	Технологии	Низкое ESR до [мОм при 20ºC / 100 кГц	Дополнительная информация
AVX	TCJ	Чип	Полимерный алюминий	10	Посмотреть серию
AVX	TCQ	Чип	Полимерный алюминий	25	Посмотреть серию
AVX	TCM	Чип	Танталовый полимерный мультианод	6	Посмотреть серию
AVX	TPS	Чип	Тантал	25	Посмотреть серию
AVX	TPM	Чип	Тантал	12	Посмотреть серию
KEMET	A700	Чип	Полимерный алюминий	4.5	Посмотреть серию
KEMET	A759	Радиальный	Полимерный алюминий	12	Посмотреть серию
KEMET	A768	SMD	Полимерный алюминий	15
KEMET	T528	Чип	Танталовый мультианод	4
KEMET	T520 / T530	Чип	Танталовый мультианод	4	Посмотреть серию
Мурата	ECAS	Чип	Полимерный алюминий	6	Посмотреть серию
Nichicon	GYB	Чип	Алюминий электролитический	20
Nichicon	GYC	Чип	Алюминий электролитический	20
Nichicon	ПЧ	Чип	Алюминий электролитический	13
Nichicon	PCR	Чип	Алюминий электролитический	13
Nichicon	UCM	Чип	Алюминий электролитический	50
Nichicon	UCZ	Чип	Алюминий электролитический	32	Посмотреть серию
Панасоник	FN	SMD	Алюминий электролитический	80	Посмотреть серию
Панасоник	FT	SMD	Алюминий электролитический	60	Посмотреть серию
Панасоник	FS	Радиальный	Алюминий электролитический	12
Панасоник	OS-CON ™	Чип	Полимерный алюминий	14	Посмотреть серию
Панасоник	SP-крышка	Чип	Полимерный алюминий	6
Панасоник	ZA	SMD	Полимерный гибрид	20	Посмотреть серию
Панасоник	ZC	SMD	Полимерный гибрид	20	Посмотреть серию
Рубикон	ZLH	Радиальный	Алюминий электролитический	12	Посмотреть серию
Рубикон	PC-CON	Чип	Полимерный алюминий	4.5
Вишай	190 RTL	Радиальный	Алюминий электролитический	17
Вишай	170 РВЗ	Радиальный	Алюминий электролитический	17

Прочие авансы

Несколько производителей комбинируют твердые и жидкие электролиты для производства гибридных компонентов со сверхнизким ESR (низкие десятки миллиом), с минимальными колебаниями температуры, при увеличении выдерживаемого напряжения и выдерживании высокого тока пульсаций.

Поскольку ESR меняется в зависимости от площади внешней поверхности, производители танталовых конденсаторов производят многоанодные устройства для рынков с высокой надежностью, что может указать путь к разработкам для более распространенных приложений.

Но низкое ESR не всегда является основным соображением, и, помимо электролитических устройств, Murata фактически увеличила ESR некоторых из своих многослойных керамических конденсаторов микросхемы, чтобы контролировать нежелательные резонансы, которые могут снизить эффективность развязки на пиковых частотах.

Заключение

Еще никогда не было более разнообразного диапазона электролитических технологий, из которых могли бы выбирать инженеры. В частности, для энергетических приложений данных, напечатанных на компоненте, редко бывает достаточно, чтобы сделать осознанный выбор. Обращение к независимому специалисту, который может предложить компоненты от ряда крупнейших мировых производителей конденсаторов, — это самый надежный и быстрый путь к поиску наиболее подходящего устройства для любого конкретного применения.

Если вам нужен совет по разработке следующего приложения, свяжитесь с нашими региональными специалистами по продуктам Avnet Abacus, посетив страницу «Спросите эксперта».

Что такое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)?

Что такое эквивалентное последовательное сопротивление?

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора — это внутреннее сопротивление, которое появляется последовательно с емкостью устройства. Почти все конденсаторы демонстрируют это свойство в разной степени в зависимости от конструкции, диэлектрических материалов, качества и надежности конденсатора.Значения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) варьируются от нескольких миллиом до нескольких Ом и приводят к потерям мощности, снижению эффективности и нестабильности цепей источников питания и регуляторов.

Источник изображения

Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы имеют более высокое значение ESR, чем керамические конденсаторы той же емкости и номинального напряжения. Конденсаторы из полипропилена и полиэстера находятся между ними, но обычно не используются в импульсных источниках питания из-за их больших физических размеров.

Основные части ESR

Металлическое сопротивление
Электролитическое сопротивление и сопротивление бумаги, зависящее от частоты и температуры
Диэлектрик, зависящий от частоты

Факторы, увеличивающие значение СОЭ

Плохие электрические соединения; — Соединения между медными выводами и алюминиевыми пластинами в конденсаторе обычно свариваются или выполняются механическими зажимами. Этот тип соединений вызывает некоторое последовательное сопротивление и используется, потому что алюминий не может быть припаян.
Сушка раствора конденсаторного электролита. По мере высыхания жидкого компонента электролита из-за повышенных температур электрическое сопротивление увеличивается.
СОЭ увеличивается с увеличением температуры и частоты. В источниках питания с большими токами рассеиваемая мощность, связанная с ESR, может еще больше повысить температуру и привести к выходу конденсатора из строя.

Влияние частоты на СОЭ

ERS — это часть импеданса конденсатора, которая вызывает общие потери реальной мощности.Это зависит от частоты, как видно из приведенного ниже уравнения:

Где DFR — коэффициент рассеяния, связанный с контактным сопротивлением, DFL — с потерями на утечку, а DFD — с диэлектрическими потерями.

Сверху утечка и диэлектрические потери уменьшаются с увеличением частоты до тех пор, пока контактное сопротивление не станет преобладающим до определенной точки. За пределами этой точки СОЭ становится очень высоким на более высоких частотах, в основном из-за скин-эффекта переменного сигнала.

Минимизация ESR в цепях

В высокопроизводительных приложениях используются конденсаторы с низким ESR, такие как твердотельные полимерные конденсаторы с низким ESR, танталовые конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (MLCC).
Конденсаторы подключаются параллельно в таких местах, как сглаживающие цепи источника питания. Конденсаторы малой емкости подключаются параллельно, а не один большой конденсатор. Это снижает эффективное ESR в дополнение к снижению пульсаций напряжения и позволяет схеме выдерживать более высокие токи с меньшими потерями.

Параллельное подключение конденсаторов

Источник изображения

Производители конденсаторов предоставляют графики ESR в определенном частотном диапазоне, и можно легко определить ESR на заданной частоте. Иногда в них не указывается ESR, а вместо этого указывается коэффициент рассеяния. В таком случае СОЭ рассчитывается по формуле:

Где, DF — это общий коэффициент рассеяния всех элементов потерь конденсатора.

Измерение эквивалентного последовательного сопротивления

Измерители ESR используются для измерения последовательного сопротивления в цепи или вне цепи. Во время измерения некоторые измерители сначала производят контролируемый разряд заряженных конденсаторов перед измерением ESR и емкости.

ERS обычно выражается как максимальное значение при 120 Гц и 100 кГц для танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов и при 100 кГц для пленочных конденсаторов.

Преимущества конденсаторов с низким ESR

Конденсаторы с низким ESR имеют то преимущество, что сводят к минимуму потери в конденсаторах, повышают эффективность и стабильность источника питания при одновременном снижении выходного напряжения пульсаций.Некоторые характеристики, которые приводят к более низкому ESR, включают большую емкость, низкий коэффициент рассеяния и низкое напряжение на конденсаторах.

Определение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов

Поскольку рабочие частоты увеличиваются, а электронные системы становятся более сложными и компактными, проектировщики должны уделять пристальное внимание ESR конденсатора, поскольку оно влияет на энергопотребление и эффективность.

Знание значения ESR при ожидаемых условиях эксплуатации может значительно помочь в определении пригодности конкретного конденсатора для выполнения заданной функции.

Некоторые производители указывают ESR для определенной частоты и рабочих условий, некоторые просто определяют коэффициент рассеяния, а другие не предоставляют ни ESR, ни коэффициента рассеяния.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — одна из неидеальных характеристик конденсатора, которая может вызвать множество проблем с производительностью в электронных схемах. Высокое значение ESR снижает производительность из-за потерь I ² R, шума и более высокого падения напряжения.

В некоторых приложениях тепло, выделяемое из-за ESR, невелико и может не быть проблемой.Однако в некоторых схемах, особенно в сильноточных приложениях, рассеиваемое тепло может вызвать значительное повышение температуры, повлиять на работу схемы и разрушить конденсатор. Кроме того, на сопротивлении происходит значительное падение напряжения, что снижает часть полезной энергии в приложении.

Таким образом, выбор конденсатора для таких приложений, как ВЧ, сбор энергии, схемы фильтров и другие чувствительные схемы, требует рассмотрения других характеристик, помимо значений емкости и напряжения.

Связанная информация

Влияние ESR на ВЧ и схемы сбора энергии

Несмотря на то, что ESR для керамических конденсаторов очень мало, порядка миллиомов, сопротивление может значительно повлиять на такие цепи, как ВЧ и цепи малой мощности.

В портативных ВЧ-передатчиках конденсаторы с высоким ESR в каскадах связи стока или в касках обхода источника усилителя будут потреблять и тратить больше энергии батареи из-за более высоких потерь ESR I ². Это снизит эффективность, выходную мощность и срок службы батареи.

Кроме того, большинство ВЧ-полупроводниковых устройств, предназначенных для согласующих каскадов, построены с очень низким входным импедансом. Таким образом, согласующий конденсатор, такой как конденсатор с многослойной керамической микросхемой (MLCC) с высоким ESR, будет представлять заметный процент от общего импеданса сети. Например, если входной импеданс устройства составляет 1 Ом, согласующий конденсатор с ESR 0,8 Ом будет рассеивать около 40 процентов общей мощности, что снижает выходную мощность и эффективность схемы.

Конденсаторы в приложениях для сбора энергии выполняют более важные функции по накоплению заряда от источников энергии низкого напряжения и быстрой и эффективной разрядке этой накопленной энергии для питания нагрузки. Следовательно, конденсаторы и другие компоненты в цепях сбора энергии должны потреблять очень мало энергии во время работы.

Конденсатор с высоким ESR будет иметь больше потерь I ² ESR, так что часть захваченной энергии будет потрачена впустую в виде тепла, что приведет к снижению выходной энергии конденсатора.Однако разработчики могут предпочесть суперконденсаторы (несмотря на их более высокое ESR и утечку), потому что они предлагают более высокую плотность энергии.

Определение ESR с помощью измерителя ESR

Измеритель ESR — это умеренно точный прибор, доступный и удобный в использовании, особенно при измерении нескольких конденсаторов, пока они все еще находятся в цепи. В схеме сети с делителем напряжения на конденсатор подается переменное напряжение. Частота приложенного переменного тока обычно представляет собой значение, при котором реактивное сопротивление конденсатора незначительно.

Рисунок 1. Простая модель измерения СОЭ. Изображение любезно предоставлено Керри Вонгом.

Во время испытания с помощью измерителя ESR через конденсатор в течение очень короткого времени проходит ток, так что конденсатор не заряжается полностью. Ток создает напряжение на конденсаторе. Это напряжение будет произведением тока и ESR конденсатора плюс пренебрежимо малое напряжение из-за небольшого заряда конденсатора.

Поскольку ток известен, значение ESR рассчитывается путем деления измеренного напряжения на ток. Затем результаты отображаются на индикаторе счетчика.

Тесты ESR могут выполняться, когда конденсатор находится в цепи или вне цепи. Для конденсаторов, соединенных параллельно, измерение дает общее сопротивление. Конкретные конденсаторы необходимо удалить, если необходимо определить их индивидуальное ESR. Однако при наличии сотен конденсаторов снимать каждый конденсатор утомительно, и существует повышенный риск повреждения конденсаторов или печатной платы во время удаления.

Типичный измеритель СОЭ использует высокочастотный ток около 100 кГц и низкое напряжение около 250 мВ или меньше. Низкого напряжения недостаточно для смещения и активации полупроводниковых устройств в окружающих схемах, что гарантирует, что импеданс соседних компонентов не влияет на показания ESR.

Перед измерением необходимо разрядить конденсатор. Некоторые измерители СОЭ имеют встроенный разрядный механизм. Однако может быть важно разрядить конденсатор вручную, особенно если это высоковольтный конденсатор, заряд которого может повредить измеритель ESR.

Несмотря на то, что измеритель ESR может удобно тестировать внутрисхемные конденсаторы, он имеет ограничения по частоте, а также самый низкий уровень сопротивления, который он может точно измерить.

Измерение коаксиальной резонансной трубки для сверхнизких сопротивлений при высоких частотах

Поскольку значение ESR зависит от рабочей частоты, измерение сверхнизких значений ESR на очень высоких частотах становится проблемой при использовании обычных измерителей ESR.

Для керамических конденсаторов наиболее точный метод определения ESR на высоких частотах (от 100 МГц до 1.3 ГГц) — метод коаксиальных резонансных линий. Этот метод основан на стандарте Boonton model 34A и используется вместе с генератором радиочастотных сигналов и радиочастотным вольтметром.

Рис. 2. Блок-схема коаксиальной резонансной трубки . Изображение любезно предоставлено компанией Knowles Capacitors (PDF).

Коаксиальная линия резонатора сделана из медных трубок с твердым медным стержнем в качестве центрального проводника. Тестируемый конденсатор помещают последовательно между центральным проводом и заземляющим проводом.

Перед измерением ESR конденсатора необходимо сначала определить ненагруженную характеристику линии резонатора. ВЧ-возбуждение закороченной коаксиальной линии помогает определить ширину полосы λ / 4 и 3λ / 4, в то время как ширина полосы λ / 2 и λ устанавливается, когда линия разомкнута (λ относится к длине волны; дополнительную информацию см. В этой статье. ). Эти данные характеризуют резонансную частоту, ненагруженную добротность резонансной линии и сопротивление крепления.

Затем тестируемый конденсатор помещается в секцию DUT (тестируемое устройство), и генератор сигналов настраивается на пиковое резонансное напряжение. Конденсатор вызывает изменение резонансной частоты и добротности, значения которых теперь отличаются от значений ненагруженной коаксиальной линии. Используются расчеты линии передачи, и значение ESR определяется на основе соотношения между новой частотой и Q-фактором, а также частотой и Q-фактором исходного ненагруженного состояния.

Рисунок 3. Пропускная способность загруженной и ненагруженной линии передачи. Изображение любезно предоставлено компанией American Technical Ceramics (PDF).

В настоящее время распространенной практикой является использование векторного анализатора цепей для замены как генератора сигналов, так и ВЧ вольтметра. В ВАЦ резонансная частота считывается с дисплея. Некоторые модели ВАЦ могут экспортировать результаты непосредственно в программу расчета и отображать окончательное значение СОЭ.

Длина трубки рассчитана на работу в диапазоне частот примерно от 100 МГц до 1,5 ГГц; тем не менее, для частот вне этого диапазона можно задать нестандартную длину.

Факторы, влияющие на измерения ESR

Ошибки измерения ESR могут возникать в результате проблем с техникой, способа подключения или интерфейса к конденсатору или отсутствия калибровки измерительного оборудования.

Необходимо учитывать сопротивление, самоиндукцию и емкость измерительного прибора и его проводов, особенно при высоких частотах измерения.

Сопротивление и индуктивность измерительных проводов

Сопротивление измерительных проводов является частым источником ошибок при измерениях низкого сопротивления. Сопротивление добавляет к сопротивлению ИУ.

Кроме того, следует избегать использования самовтягивающихся измерительных проводов со спиральной намоткой, поскольку их индуктивность может быть источником ошибок.

Помехи от соседнего оборудования

Измерения следует проводить в удаленных или защищенных от источников значительных EMI (электромагнитных помех) местах.В противном случае на измерительных проводах могут возникать помехи, и это может повлиять на показания.

Заключение

ESR зависит от типа конденсатора и рабочих условий, таких как частота и температура. Некоторые производители указывают ESR на определенной частоте и при определенных условиях эксплуатации, другие просто указывают коэффициент рассеяния, а третьи не указывают ни ESR, ни коэффициент рассеяния. Однако знание значения ESR в ожидаемых условиях эксплуатации может значительно помочь в определении пригодности конкретного конденсатора для выполнения заданной функции.

Тип метода, используемого для определения ESR, зависит от таких факторов, как тип конденсатора, рабочая частота и требуемая точность. Хотя измеритель СОЭ и другие инструменты для самостоятельного измерения подходят для ряда приложений на частотах примерно до 100 кГц, они не могут точно определить очень низкие значения СОЭ на очень высоких частотах. Метод коаксиальных резонансных линий часто предпочтительнее при определении сверхнизких значений ESR на частотах от примерно 100 МГц до 1.3 ГГц.

Поскольку рабочие частоты увеличиваются, а электронные системы становятся меньше и сложнее, необходимо уделять пристальное внимание таким параметрам, как ESR, которые напрямую влияют на характеристики схемы и энергоэффективность.

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 называется «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, сопротивление 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 Конденсаторы реверсивной развязки LW (LWDC ^TM) с еще более низким ESR и ESL чем обычные керамические конденсаторы.Пожалуйста, попробуйте их в своем приложении.

% PDF-1.3 % 15 0 объект > эндобдж xref 15 92 0000000016 00000 н. 0000002188 00000 п. 0000002633 00000 н. 0000002841 00000 н. 0000003420 00000 н. 0000004234 00000 н. 0000004282 00000 п. 0000004330 00000 н. 0000004654 00000 н. 0000004702 00000 н. 0000004741 00000 н. 0000005059 00000 н. 0000005490 00000 н. 0000006291 00000 н. 0000006996 00000 н. 0000007700 00000 н. 0000007748 00000 н. 0000007796 00000 н. 0000008086 00000 н. 0000008134 00000 п. 0000008182 00000 н. 0000008696 00000 п. 0000009406 00000 п. 0000009454 00000 п. 0000009476 00000 н. 0000010791 00000 п. 0000010813 00000 п. 0000011907 00000 п. 0000012092 00000 п. 0000012444 00000 п. 0000012514 00000 п. 0000012735 00000 п. 0000013019 00000 п. 0000013041 00000 п. 0000014193 00000 п. 0000014215 00000 п. 0000015376 00000 п. 0000015681 00000 п. 0000016471 00000 п. 0000016733 00000 п. 0000017531 00000 п. 0000018328 00000 п. 0000018574 00000 п. 0000018627 00000 п. 0000019415 00000 п. 0000019727 00000 н. 0000019749 00000 п. 0000020948 00000 н. 0000020969 00000 п. 0000022021 00000 н. 0000022818 00000 п. 0000023164 00000 п. 0000023964 00000 п. 0000024317 00000 п. 0000024338 00000 п. 0000025039 00000 п. 0000025061 00000 п. 0000026215 00000 п. 0000028693 00000 п. 0000028918 00000 п. 0000034000 00000 п. 0000034125 00000 п. 0000034487 00000 п. 0000036131 00000 п. 0000036311 00000 п. 0000036537 00000 п. 0000036658 00000 п. 0000036830 00000 н. 0000039451 00000 п. 0000039965 00000 н. 0000040630 00000 п. 0000046495 00000 п. 0000048282 00000 п. 0000051262 00000 п. 0000053530 00000 п. 0000053832 00000 п. 0000054673 00000 п. 0000057606 00000 п. 0000268509 00000 н. 0000274179 00000 н. 0000276858 00000 н. 0000281324 00000 н. 0000283072 00000 н. 0000288251 00000 н. 0000288766 00000 н. 0000292631 00000 н. 0000293191 00000 п. 0000298701 00000 н. 0000306290 00000 н. 0000306430 00000 н. 0000002273 00000 н. 0000002611 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 16 0 объект > эндобдж 105 0 объект > ручей Hb«b`x ؞ @ Bz0h4r \ ca 9 @) [6 «\: F ,,, ̌6xT

Что такое ESR и ESL в конденсаторах

Наиболее часто используемыми электронными компонентами в любой электронной конструкции являются резисторы (R), конденсаторы (C) и индукторы (L).Большинство из нас знакомо с основами этих трех пассивных компонентов и с тем, как их использовать. Теоретически (в идеальных условиях) конденсатор можно рассматривать как чистый конденсатор с только емкостными свойствами, но на практике конденсатор также будет иметь некоторые резистивные и индуктивные свойства, связанные с ним , которые мы называем паразитным сопротивлением или паразитной индуктивностью. Да, как и у паразита, эти нежелательные свойства сопротивления и индуктивности находятся внутри конденсатора, не позволяя ему вести себя как чистый конденсатор.

Следовательно, при проектировании схем инженеры в первую очередь рассматривают идеальную форму компонента, в этом случае емкость, а затем вместе с ней паразитные компоненты (индуктивность и сопротивление) также считаются включенными последовательно с ней. Это паразитное сопротивление обозначается как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) , а паразитная индуктивность обозначается как эквивалентное последовательное сопротивление (ESL) Значение этой индуктивности и сопротивления будет очень маленьким, поэтому им можно пренебречь в простых конструкциях. .Но в некоторых приложениях с высокой мощностью или высокой частотой эти значения могут быть очень важными и, если их не учитывать, могут снизить эффективность компонентов или привести к неожиданным результатам.

В этой статье мы узнаем больше об этих ESR и ESL, как их измерить и как они могут повлиять на схему . Подобно этому, индуктор также будет иметь некоторые связанные с ним паразитные свойства, называемые DCR , которые мы обсудим в другой статье в другой раз.

ESR в конденсаторах

Идеальный конденсатор, соединенный последовательно с сопротивлением, называется Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. Эквивалентное последовательное сопротивление или ESR в конденсаторе — это внутреннее сопротивление, которое появляется последовательно с емкостью устройства.

Давайте посмотрим на следующие символов, которые представляют ESR конденсатора . Символ конденсатора представляет идеальный конденсатор и резистор как эквивалентное последовательное сопротивление.Резистор включен последовательно с конденсатором.

Идеальный конденсатор — это без потерь , что означает, что конденсатор накапливает заряд и обеспечивает такое же количество заряда, как и на выходе. Но в реальном мире конденсаторы имеют небольшое значение конечного внутреннего сопротивления . Это сопротивление возникает из-за диэлектрического материала, утечки в изоляторе или сепараторе. Кроме того, эквивалентное последовательное сопротивление или ESR будет иметь разные значения в разных типах конденсаторов в зависимости от их значения емкости и конструкции.Следовательно, мы должны измерить значение этого ESR практически, чтобы проанализировать полные характеристики конденсатора.

Измерение ESR в конденсаторах

Измерение ESR конденсатора немного сложно, потому что сопротивление не является чистым сопротивлением постоянному току. Это связано с свойством конденсаторов. Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный ток. Следовательно, стандартный омметр не может использоваться для измерения ESR. На рынке доступны специальные измерители ESR , которые могут быть полезны для измерения ESR конденсатора.Эти измерители используют переменный ток, такой как прямоугольная волна на определенной частоте через конденсатор. На основании изменения частоты сигнала можно рассчитать значение ESR конденсатора. Преимущество этого метода заключается в том, что, поскольку ESR измеряется непосредственно на двух выводах конденсатора, его можно измерить без снятия пайки с печатной платы.

Другой теоретический способ рассчитать ESR конденсатора — это измерить напряжение пульсаций и ток пульсаций конденсатора , а затем их соотношение даст значение ESR в конденсаторе.Однако более распространенная модель для измерения ESR заключается в применении источника переменного тока через конденсатор с дополнительным сопротивлением. Примерная схема для измерения ESR показана ниже

Vs — это источник синусоидальной волны, а R1 — внутреннее сопротивление. Конденсатор C — это идеальный конденсатор, тогда как R2 — эквивалентное последовательное сопротивление идеального конденсатора C. Следует помнить одну вещь: в этой модели измерения ESR индуктивность выводов конденсатора игнорируется и не рассматривается как часть схема.

Передаточная функция этой схемы может быть изображена в следующей формуле —

В приведенном выше уравнении отражена характеристика схемы верхних частот; аппроксимация передаточной функции может быть далее оценена как —

  H (с) ≈ R2 / (R2 + R1) ≈ R2 / R1

Приведенное выше приближение подходит для высокочастотных операций. В этот момент схема начинает ослабляться и действовать как аттенюатор.

Коэффициент затухания можно выразить как —

  ⍺   = R2 / (R2 + R1)

Этот коэффициент затухания и внутреннее сопротивление R1 генератора синусоидальных волн можно использовать для измерения ESR конденсаторов.

  R2 =   ⍺   x R1

Следовательно, функциональный генератор может быть полезен для расчета ESR конденсаторов.

Обычно значение ESR колеблется от нескольких миллиомов до нескольких Ом.Алюминиевые электролитические и танталовые конденсаторы имеют высокое ESR по сравнению с коробчатыми или керамическими конденсаторами. Однако современные достижения в технологии производства конденсаторов позволяют изготавливать конденсаторы со сверхнизким ESR.

Как ESR влияет на производительность конденсатора

Значение ESR конденсатора является решающим фактором для выхода конденсатора. Конденсатор с высоким ESR рассеивает тепло. в сильноточных приложениях, и срок службы конденсатора со временем сокращается, что также способствует сбоям в электронных схемах.В источниках питания, где большой ток является проблемой, конденсаторы с низким ESR необходимы для целей фильтрации.

Не только для операций, связанных с источником питания, но и для высокоскоростной цепи важно низкое значение ESR. На очень высоких рабочих частотах, обычно в диапазоне от сотен МГц до нескольких ГГц, ESR конденсатора играет жизненно важную роль в факторах подачи мощности.

ЭСЛ в конденсаторе

Как и ESR, ESL также является решающим фактором для конденсаторов.Как обсуждалось ранее, в реальной ситуации конденсаторы не идеальны. Есть паразитное сопротивление, а также паразитная индуктивность. Типичная модель ESL конденсатора показана ниже. Конденсатор C — это идеальный конденсатор, а катушка индуктивности L — это последовательная индуктивность, соединенная последовательно с идеальным конденсатором.

Обычно ESL сильно зависит от токовой петли ; Увеличение токовой петли также увеличивает ESL в конденсаторах. Расстояние между выводом вывода и точкой соединения цепи (включая контактные площадки или дорожки) также влияет на ESL в конденсаторах, поскольку увеличенное расстояние вывода также увеличивает токовую петлю, что приводит к высокой эквивалентной последовательной индуктивности.

Измерение ЭСЛ конденсатора

Измерение ESL можно легко выполнить, наблюдая за графиком зависимости импеданса от частоты, приведенным в таблице данных производителя конденсатора. Импеданс конденсатора изменяется при изменении частоты на конденсаторе. В ситуации, когда на определенной частоте емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление равны , это называется «точкой перегиба» .

В этот момент конденсатор сам резонирует.ESR конденсатора способствует выравниванию графика импеданса до тех пор, пока конденсатор не достигнет точки «изгиба» или на частоте собственного резонанса. После точки перегиба сопротивление конденсатора начинает увеличиваться из-за ESL конденсатора.

На приведенном выше изображении показан график зависимости импеданса от частоты MLCC (многослойного керамического конденсатора). Показаны три конденсатора: 100 нФ, 1 нФ класса X7R и 1 нФ конденсаторов класса NP0. Пятна «колена» можно легко определить по нижней точке V-образного графика.

После определения частоты точки перегиба ESL можно измерить по следующей формуле

  Частота = 1 / (2π√ (ESL x C))

Как ESL влияет на выход конденсатора

Выход конденсаторов ухудшается из-за увеличения ESL, как и ESR. Повышенный ESL способствует нежелательному протеканию тока и генерирует EMI , что дополнительно создает сбои в высокочастотных приложениях. В системе, связанной с источником питания, паразитная индуктивность способствует высокой пульсации напряжения.Напряжение пульсации пропорционально значению ESL конденсаторов. Большое значение ESL конденсатора также может вызвать сигналов вызывного сигнала , из-за чего схема ведет себя странно.

Практическое значение ESR и ESL

На изображении ниже представлена фактическая модель ESR и ESL в конденсаторе .

Здесь конденсатор C — это идеальный конденсатор, резистор R — это эквивалентное последовательное сопротивление, а катушка индуктивности L — это эквивалентная последовательная индуктивность .Объединяя эти три, получается настоящий конденсатор.

ESR и ESL — не очень приятные характеристики конденсатора, которые вызывают различные снижения производительности электронных схем, особенно в высокочастотных и сильноточных приложениях. Высокое значение ESR способствует снижению производительности из-за потерь мощности, вызванных ESR; потерю мощности можно рассчитать, используя степенной закон I ² R, где R — значение ESR. Кроме того, из-за высокого значения ESR в соответствии с законом Ома возникают шумы и высокое падение напряжения.Современная технология производства конденсаторов снижает значения ESR и ESL конденсатора. Огромное улучшение можно увидеть в современных SMD-версиях многослойных конденсаторов.

Конденсаторы с более низким значением ESR и ESL предпочтительны в качестве выходных фильтров в схемах импульсного источника питания или в конструкциях SMPS, поскольку в этих случаях частота переключения высока, обычно близка к нескольким MH _z в диапазоне от сотен кГц. Из-за этого входной конденсатор и конденсаторы выходного фильтра должны иметь низкое значение ESR, чтобы низкочастотные пульсации не влияли на общую производительность блока питания.ESL конденсаторов также должен быть низким, чтобы сопротивление конденсатора не влияло на частоту переключения источника питания.

В малошумном источнике питания, где необходимо подавлять шумы и количество каскадов выходного фильтра должно быть небольшим, высококачественные конденсаторы с сверхнизким ESR и низким ESL полезны для плавного выхода и стабильной подачи мощности на нагрузку. В таком применении полимерные электролиты являются подходящим выбором и обычно предпочтительнее алюминиевых электролитических конденсаторов.

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 с диэлектриком 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.

Знайте свою саморезонансную частоту

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 низкими потерями и высоким Q для минимизации ESR для высокочастотных цепей

Как правило, алюминиевые и танталовые конденсаторы имеют 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 (рис.

Простой метод измерения ESR конденсаторов

Предлагаемый метод

Результаты моделирования

Лабораторные результаты

Ссылки

Теги

ИЗМЕРЕНИЕ ЭПС (ESR) КОНДЕНСАТОРОВ

Немного теории про конденсатор

Какое напряжение использовать для проверки

Выбор частоты для измерения ЭПС

Что такое еср конденсатора. Измерение эпс (esr) конденсаторов

Немного теории про конденсатор

Какое напряжение использовать для проверки

Выбор частоты для измерения ЭПС

Простые схемы измерителей esr оксидных конденсаторов

Теория

Что такое ESR

Схема ESR метра

Порядок калибровки прибора

Как сделать ESR-метр конденсаторов своими руками

Основные элементы устройства

↑ Файлы

Что такое тестер конденсаторов

ESR-метр

Мультиметр

Примеры проблем, связанных с ESR

Описание ESR метра для конденсаторов

Как сделать ESR метр своими руками

Что такое ESR

Эквивалентное последовательное сопротивление esr. Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора

Схема электрическая esr измерителя конденсаторов

Печатные платы — рисунок

Особенности работы прибора

Как использовать ESR метр

Пробник ESR конденсаторов так уж получилось

Что такое конденсатор. Его параметры

Какими ещё параметрами характеризуются конденсаторы?

Параллельное соединение конденсаторов

Что будет, если перепутать полярность конденсатора?

Как измерить ёмкость и ESR конденсатора?

Общие сведения о ESR в электролитических конденсаторах

Что такое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)?

Что такое эквивалентное последовательное сопротивление?

Основные части ESR

Факторы, увеличивающие значение СОЭ

Влияние частоты на СОЭ

Минимизация ESR в цепях

Параллельное подключение конденсаторов

Измерение эквивалентного последовательного сопротивления

Преимущества конденсаторов с низким ESR

Определение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсаторов

Связанная информация

Влияние ESR на ВЧ и схемы сбора энергии

Определение ESR с помощью измерителя ESR

Измерение коаксиальной резонансной трубки для сверхнизких сопротивлений при высоких частотах

Факторы, влияющие на измерения ESR

Сопротивление и индуктивность измерительных проводов

Помехи от соседнего оборудования

Заключение

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

Каковы частотные характеристики импеданса конденсаторов?

Что такое ESR и ESL в конденсаторах

Понимание влияния ESR на выбор керамического конденсатора

Знайте свою саморезонансную частоту

Использование MLCC с низкими потерями и высоким Q для минимизации ESR для высокочастотных цепей

Добавить комментарий Отменить ответ