Wann sollte ich einen Kondensator mit niedrigem ESR verwenden?

Ich bin mitten in einem neuen Design und muss den richtigen Kondensator auswählen.

Wie wirkt sich der äquivalente Serienwiderstand (ESR) in einem Kondensator aus?

Wann sollte ich einen Kondensator mit niedrigem ESR verwenden?

Wenn der ESR des Kondensators relativ zur Reaktanz des Kondensators hoch ist ( $X_C= \frac{1}{2\pi fC}$

Die Forderung nach "Low-ESR" -Kondensatoren ergibt sich normalerweise bei Ausgangsfiltern von Schaltnetzteilen, bei denen die Frequenz relativ hoch ist (kHz bis MHz). Dies ist weniger wichtig bei Netzfiltern (einschließlich des Eingangsfilters eines SMPS), bei denen ein Elektrolyt mit hoher Kapazität in der Regel einen proportional kleinen ESR aufweist, sodass die Welligkeit von 100 Hz oder 120 Hz durch den ESR nicht stark beeinträchtigt wird.

$I^2R$

Sie eignen sich auch für den Bau rauscharmer analoger Stromversorgungen, da der Teil mit niedrigem ESR das Rauschen mit weniger Filterstufen reduzieren kann, wenn Sie anstelle von Alternativen ein hochwertiges Polymerelektrolyt mit niedrigem ESR verwenden.

ESR ist genau das, was es sagt, Widerstand in Reihe mit Ihrem Kondensator.

Ein niedriger ESR-Wert ist wichtig, wenn sich in Ihrem Kondensator viel Ripple-Strom befindet. Der RMS-Ripple-Strom verursacht Erwärmungsverluste (I ^ 2R) im Kondensator und zusätzliche Ripple-Spannung.

Dies wirkt sich auch auf den Frequenzgang Ihres Kondensators aus. Der durch die RC-Schaltung gebildete ESR-Nullpunkt kann auf Kosten einer höheren Ausgangswelligkeit tatsächlich zur Stabilität in einem Stromversorgungsregelkreis beitragen.

Wenn Ihre Anwendung also einen hohen Ripple-Strom hat und Sie den ESR-Nullpunkt nicht für die Stabilität benötigen, ist wahrscheinlich eine niedrige ESR-Obergrenze der richtige Weg.

Wenn Sie auf der Suche nach einem Energiespeicher ohne große di / dt sind, ist ein Elektrolyt mit hoher Kapazität besser geeignet.

Sie sollten einen Kondensator mit niedrigem ESR verwenden, wenn der erwartete I ^ 2 R-Wärmeverlust (Welligkeitsstrom, Quadrat mal ESR) zu viel Wärme für das Bauteil ist.

Netzteilkondensatoren glätten die Welligkeit von Gleichstromquellen. Wenn die Wechselstromquelle niederfrequent ist (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz ...), sind die Kondensatoren physikalisch groß und können einen hohen ESR tolerieren (wie 1 Ohm für eine 1A-Versorgung mit einem 1000-uF-Filterkondensator). Das liegt daran, dass ein Ein-Ampere-Ripple-Strom nur ein Watt Wärme erzeugt und ein großer (über einen Quadratzoll Fläche) 1000-uF-Kondensator diese Wärme abgeben kann.

Wenn die Schaltzustände auf 50 kHz anstiegen und ein geeigneter idealer Kondensatorwert (wiederum für 1A-Ausgang) etwa 2,2 uF betrug, bedeutet 1 Ohm ESR, dass die gleichen 1 W in einen Kondensator von der Größe einer Erbse eingespeist würden. Es würde scheitern, weil es zu klein ist, um ein Watt Wärme abzuleiten.

Das ist nicht die ganze Geschichte (es kann lokale "Hot Spots" geben, auch wenn die durchschnittliche Verlustleistung unterstützt werden kann), daher gibt es separate ESR- und Welligkeitsstromspezifikationen.

Der Kondensator ESR außerhalb der Gleichstromfilterung ist ebenfalls besorgniserregend, da es sich um eine unerwünschte Streuimpedanz handelt. Es kann als "Verlustfaktor" oder "Verlusttangens" oder "Q" erörtert werden und eine signifikante Frequenzabhängigkeit aufweisen.

Eine andere Situation, in der Sie einen Kondensator mit niedrigem ESR wünschen, ist, wenn in kleinen Bursts viel Strom verbraucht wird (wie bei einem Subwoofer-Verstärker). In einem solchen Fall begrenzt ein höherer ESR den maximal zu ziehenden Strom, wodurch die Ausgangsleistung und die Leistung der Schaltung eingeschränkt werden.