Quand dois-je utiliser un condensateur à faible ESR

Je suis au milieu d'un nouveau design et je dois choisir le bon condensateur.

Quel est l'impact d' une résistance série équivalente (ESR) dans un condensateur?

Quand dois-je utiliser un condensateur à faible ESR?

Si l'ESR du condensateur est élevé par rapport à la réactance du condensateur ( $X_C= \frac{1}{2\pi fC}$ ) aux fréquences d'intérêt, alors vous voudrez peut-être un condensateur ESR plus bas.

La nécessité de condensateurs "à faible ESR" se pose normalement dans les filtres de sortie des alimentations à découpage, où la fréquence est relativement élevée (kHz à MHz). C'est moins important dans les filtres principaux (y compris le filtre d'entrée d'un SMPS) où un électrolytique de grande capacité a tendance à avoir un ESR proportionnellement petit de sorte que l'ondulation de 100 Hz ou 120 Hz n'est pas grandement affectée par l'ESR.

ESR provoque également $I^2R$ échauffement de l' , ce qui peut considérablement réduire la durée de vie des condensateurs électrolytiques (une demi-vie pour chaque augmentation de 10 ° C est une règle empirique).

Ils sont également utiles dans la construction d'alimentations analogiques à ultra-faible bruit, car la partie à faible ESR peut réduire le bruit avec moins d'étages de filtre lorsque vous utilisez un polymère électrolytique à faible ESR de haute qualité plutôt que des alternatives.

ESR est exactement ce qu'il dit, une résistance en série avec votre condensateur.

Un faible ESR est important s'il y a beaucoup de courant d'ondulation dans votre condensateur. Le courant d'ondulation RMS entraînera des pertes de chauffage (I ^ 2R) dans le condensateur et une tension d'ondulation supplémentaire.

Cela affectera également la réponse en fréquence de votre condensateur. Le zéro ESR formé par le circuit RC peut réellement aider à la stabilité dans une boucle de commande d'alimentation, au détriment d'une ondulation de sortie plus élevée.

Donc, si votre application a un courant d'ondulation élevé et que vous n'avez pas besoin du zéro ESR pour la stabilité, un plafond ESR faible sera probablement le chemin à parcourir.

Si vous recherchez un stockage d'énergie sans grand di / dt, un électrolytique de grande capacité est plus approprié.

Vous devez utiliser un condensateur à faible ESR lorsque la perte de chaleur I ^ 2 R attendue (courant d'ondulation, au carré, multipliée par l'ESR) est trop élevée pour le composant.

Les condensateurs d'alimentation ondulent en douceur sur l'alimentation CC fournie par des sources CA. Lorsque la source CA est basse fréquence (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz ...), les condensateurs sont physiquement grands et peuvent tolérer un ESR élevé (comme 1 ohm pour une alimentation 1A avec un condensateur de filtre de 1000 uF). En effet, un courant d'ondulation d'un ampère ne crée qu'un watt de chaleur et un grand condensateur de 1000 uF (sur un pouce carré de surface) peut libérer cette chaleur.

Lorsque les alimentations à découpage sont passées à 50 kHz et qu'une valeur idéale de condensateur était (encore une fois pour une sortie 1A) d'environ 2,2 uF, 1 ohm ESR signifie que le même 1W serait déversé dans un condensateur de la taille d'un pois. Il échouerait, car il est trop petit pour dissiper un watt de chaleur.

Ce n'est pas toute l'histoire (il peut y avoir des `` points chauds '' de chauffage local même si la dissipation moyenne semble supportable), donc il y a des spécifications d'ESR et de courant d'ondulation distinctes.

Le condensateur ESR, en dehors du filtrage de l'alimentation CC, est également préoccupant car il s'agit d'une impédance parasite indésirable. Il peut être discuté comme «facteur de dissipation», ou «tangente de perte», ou Q, et avoir une dépendance fréquentielle importante.

Une autre situation où vous voudriez un condensateur à faible ESR est quand il y a beaucoup de courant dans de petites rafales (comme un amplificateur de subwoofer). Dans un tel cas, un ESR plus élevé limitera le courant maximum qui peut être consommé, limitant ainsi la puissance de sortie et les performances du circuit.