Эквивалентное последовательное сопротивление

редактировать

Практические конденсаторы и катушки индуктивности, используемые в электрических цепях не являются идеальными компонентами только с емкостью или индуктивностью. Однако с очень хорошей степенью приближения их можно рассматривать как идеальные конденсаторы и катушки индуктивности в серии серии с сопротивлением сопротивлением ; это сопротивление определяется как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR ). Если не указано иное, ESR всегда равно сопротивление переменному току, что означает, что оно измеряется на указанных частотах, 100 кГц для компонентов импульсного источника питания, 120 Гц для компонентов линейного источника питания и на его собственная резонансная частота для компонентов общего назначения. Кроме того, аудиокомпоненты могут сообщать «Q-фактор », включая, помимо прочего, ESR при 1000 Гц.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Модели компонентов
    • 2.1 Катушки индуктивности
    • 2.2 Конденсаторы
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Внешние ссылки

Обзор

Электрическая теория цепей имеет дело с идеальными резисторами, конденсаторами и индукторами, каждая из которых, как предполагается, вносит вклад только в сопротивление, емкость или индуктивность. схема. Однако все компоненты имеют ненулевое значение каждого из этих параметров. В частности, все физические устройства сконструированы из материалов с конечным электрическим сопротивлением, так что физические компоненты обладают некоторым сопротивлением в дополнение к своим другим свойствам. Физическое происхождение СОЭ зависит от рассматриваемого устройства. Один из способов справиться с этими внутренними сопротивлениями при анализе цепей - использовать модель с сосредоточенными элементами, чтобы выразить каждый физический компонент как комбинацию идеального компонента и небольшого резистора, включенного последовательно, т.е. СОЭ. ESR можно измерить и включить в таблицу компонента. В некоторой степени его можно рассчитать на основе свойств устройства.

Коэффициент добротности, который связан с ESR и иногда является более удобным параметром, чем ESR для использования в расчетах высокочастотных неидеальных характеристик реальных катушек индуктивности, указан в технических паспортах индукторов.

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

Компонентные модели

Чистые конденсаторы и катушки индуктивности не рассеивают энергию; любой компонент, который рассеивает энергию, должен рассматриваться в модели эквивалентной схемы, включающей один или несколько резисторов. Фактические пассивные двухполюсные компоненты могут быть представлены некоторой сетью сосредоточенных и распределенных идеальных катушек индуктивности, конденсаторов и резисторов в том смысле, что реальный компонент ведет себя так же, как и сеть. Некоторые компоненты эквивалентной схемы могут изменяться в зависимости от условий, например, частоты и температуры.

При возбуждении периодической синусоидой (переменным током ) компонент будет характеризоваться своим комплексным импедансом Z (ω) = R + j X (ω); импеданс может включать несколько второстепенных сопротивлений, индуктивностей и емкостей в дополнение к основному свойству. Эти небольшие отклонения от идеального поведения устройства могут стать значительными при определенных условиях, обычно при высоких частотах, где реактивное сопротивление малых емкостей и индуктивностей может стать важным элементом работы схемы. Могут использоваться модели меньшей или большей сложности в зависимости от требуемой точности. Для многих целей достаточно простой модели с последовательной индуктивностью или емкостью с ESR.

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

Катушки индуктивности

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

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

Конденсаторы

В неэлектролитических конденсаторах и электролитических конденсаторах с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов и электродов, а также потери в диэлектрике вызывают ESR. Обычно указанные значения ESR для керамических конденсаторов составляют от 0,01 до 0,1 Ом. ESR неэлектролитических конденсаторов имеет тенденцию быть довольно стабильным с течением времени; для большинства целей настоящие неэлектролитические конденсаторы можно рассматривать как идеальные компоненты.

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

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

Полимерные конденсаторы обычно имеют более низкое ESR, чем влажно-электролитические того же значения, и стабильны при различных температурах. Следовательно, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие пульсации тока. Примерно с 2007 года в материнских платах компьютеров более высокого качества стало обычным делом использовать только полимерные конденсаторы там, где ранее использовались влажные электролиты.

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

Типовые значения ESR для конденсаторов
Тип22 мкФ100 мкФ470 мкФ
Стандартный алюминий7–30 Ом2–7 Ом0,13–1,5 Ом
Алюминий с низким ESR1–5 Ом0,3– 1,6 Ом
Цельный алюминий0,2–0,5 Ом
Sanyo OS-CON0,04–0,07 Ом0,03–0,06 Ом
Стандартный твердый тантал1,1–2,5 Ом0,9–1,5 Ом
Тантал с низким СОЭ0,2–1 Ом0,08–0,4 Ом
Тантал с влажной фольгой2,5–3,5 Ом1,8–3,9 Ом
Многослойная пленка из фольги< 0.015 Ω
Керамика< 0.015 Ω

См. Также

Справочные данные

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-19 12:47:43
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте