Quando dovrei usare un condensatore ESR basso

Sono nel mezzo di un nuovo design e devo scegliere il condensatore giusto.

Qual è l'impatto della resistenza in serie equivalente (ESR) in un condensatore?

Quando dovrei usare un condensatore a basso ESR?

Se l'ESR del condensatore è elevato rispetto alla reattanza del condensatore ( $X_C= \frac{1}{2\pi fC}$ ) a frequenze di interesse, quindi si potrebbe desiderare un condensatore ESR più basso.

Il requisito per i condensatori "a basso ESR" si presenta normalmente nei filtri di uscita degli alimentatori a commutazione, in cui la frequenza è relativamente elevata (da kHz a MHz). È meno importante nei filtri di rete (incluso il filtro di ingresso di un SMPS) in cui un elettrolitico di grande capacità tende ad avere un ESR proporzionalmente piccolo in modo che l'ondulazione di 100Hz o 120Hz non sia notevolmente influenzata dall'ESR.

L'ESR provoca anche il riscaldamento , che può ridurre drasticamente la durata dei condensatori elettrolitici (l'emivita per ogni aumento di 10 ° C è una regola empirica).$I^2R$

Sono anche utili nella costruzione di alimentatori analogici a bassissimo rumore, poiché la parte a basso ESR può ridurre il rumore con meno stadi del filtro quando si utilizza un elettrolitico polimerico a bassa ESR di alta qualità piuttosto che alternative.

ESR è proprio quello che dice, resistenza in serie con il tuo condensatore.

Un basso ESR è importante se c'è molta corrente di ondulazione nel condensatore. La corrente di ondulazione RMS causerà perdite di riscaldamento (I ^ 2R) nel condensatore e una tensione di ondulazione aggiuntiva.

Interesserà anche la risposta in frequenza del condensatore. Lo zero ESR formato dal circuito RC può effettivamente aiutare la stabilità in un circuito di controllo dell'alimentatore, a scapito di un'ondulazione di uscita più elevata.

Quindi, se la tua applicazione ha un'elevata corrente di ripple e non hai bisogno dello zero ESR per la stabilità, allora un limite ESR basso sarà probabilmente la strada da percorrere.

Se stai cercando un accumulo di energia senza grandi di / dt, un elettrolitico ad alta capacità è più appropriato.

È necessario utilizzare un condensatore ESR basso quando la perdita di calore I ^ 2 R prevista (corrente di ondulazione, quadrata, volte l'ESR) è troppo calore per il componente.

I condensatori di alimentazione agiscono uniformemente sull'alimentazione CC fornita da fonti CA. Quando la sorgente CA è a bassa frequenza (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz ...) i condensatori sono fisicamente grandi e potrebbero tollerare un ESR elevato (come 1 ohm per un'alimentazione da 1A con un condensatore con filtro da 1000 uF). Questo perché una corrente di ripple di un amplificatore ha creato solo un watt di calore e un grande condensatore da 1000uF (oltre un pollice quadrato di superficie) può disperdere quel calore.

Quando gli alimentatori in modalità switch sono saliti a 50 kHz e un valore ideale di condensatore ideale era (sempre per l'uscita 1A) di circa 2,2 uF, 1 ohm ESR significa che lo stesso 1 W verrebbe scaricato in un condensatore delle dimensioni di un pisello. Fallirebbe, perché è troppo piccolo per dissipare un watt di calore.

Questa non è la storia completa (potrebbero esserci dei "punti caldi" del riscaldamento locale anche se la dissipazione media sembra sostenibile), quindi ci sono ESR separate e specifiche di corrente a catena.

Anche il condensatore ESR, al di fuori del filtraggio dell'alimentazione CC, è preoccupante perché è un'impedenza vagante indesiderata. Può essere discusso come "fattore di dissipazione", "tangente alla perdita" o Q e avere una dipendenza significativa dalla frequenza.

Un'altra situazione in cui vorresti un condensatore ESR basso è quando c'è molta corrente assorbita in piccoli lampi (come un amplificatore sub-woofer). In tal caso, un ESR più elevato limiterà la corrente massima che può essere assorbita, limitando così la potenza erogata e le prestazioni del circuito.