¿Cuándo debo usar un condensador de baja ESR?

Estoy en medio de un nuevo diseño y necesito elegir el condensador correcto.

¿Cuál es el impacto de la resistencia en serie equivalente (ESR) en un condensador?

¿Cuándo debo usar un condensador de baja ESR?

Si la ESR del condensador es alta en relación con la reactancia del condensador ( ) a frecuencias de interés, entonces es posible que desee un condensador ESR más bajo.$X_C= \frac{1}{2\pi fC}$

El requisito para condensadores de "baja ESR" normalmente surge en los filtros de salida de las fuentes de alimentación conmutadas, donde la frecuencia es relativamente alta (kHz a MHz). Es menos importante en los filtros de red (incluido el filtro de entrada de un SMPS) donde un electrolítico de gran capacidad tiende a tener una ESR proporcionalmente pequeña, de modo que la ondulación de 100Hz o 120Hz no se ve muy afectada por la ESR.

La ESR también provoca un calentamiento , que puede acortar drásticamente la vida útil de los condensadores electrolíticos (la vida media por cada aumento de 10 ° C es una regla general).$I^2R$

También son útiles en la construcción de fuentes de alimentación analógicas de ruido ultra bajo, porque la parte de bajo ESR puede reducir el ruido con menos etapas de filtro cuando se usa un polímero electrolítico de baja ESR de alta calidad en lugar de alternativas.

ESR es justo lo que dice, resistencia en serie con su condensador.

Un ESR bajo es importante si hay mucha corriente de ondulación en su condensador. La corriente de rizado RMS causará pérdidas de calentamiento (I ^ 2R) en el condensador y un voltaje de rizado adicional.

También afectará la respuesta de frecuencia de su condensador. El ESR cero formado por el circuito RC en realidad puede ayudar a la estabilidad en un circuito de control de la fuente de alimentación, a expensas de una mayor ondulación de salida.

Por lo tanto, si su aplicación tiene una alta corriente de ondulación y no necesita el ESR cero para la estabilidad, entonces un límite de ESR bajo probablemente sea el camino a seguir.

Si está buscando almacenamiento de energía sin grandes di / dt, entonces es más apropiado un electrolítico de alta capacidad.

Debe usar un condensador de ESR bajo cuando la pérdida de calor I ^ 2 R esperada (corriente de ondulación, al cuadrado, multiplicada por la ESR), es demasiado calor para el componente.

Los condensadores de la fuente de alimentación ondulan suavemente en la alimentación de CC suministrada por fuentes de CA. Cuando la fuente de CA es de baja frecuencia (50 Hz, 60 Hz, 120 Hz ...), los condensadores son físicamente grandes y pueden tolerar una ESR alta (como 1 ohm para un suministro de 1 A con un condensador de filtro de 1000 uF). Esto se debe a que una corriente de ondulación de un amperio solo creó un vatio de calor, y un condensador grande (más de una pulgada cuadrada de superficie) de 1000uF puede arrojar ese calor.

Cuando los suministros del modo de conmutación subieron a 50 kHz, y un valor adecuado de condensador ideal era (nuevamente para salida de 1A) aproximadamente 2.2 uF, 1 ohm ESR significa que el mismo 1W se descargaría en un condensador del tamaño de un guisante. Fallaría, porque es demasiado pequeño para disipar un vatio de calor.

Esa no es la historia completa (puede haber `` puntos calientes '' de calefacción local incluso si la disipación promedio parece compatible), por lo que hay especificaciones de corriente ESR y ondulación separadas.

El ESR del condensador, fuera del filtrado de la fuente de alimentación de CC, también es motivo de preocupación porque es una impedancia parásita no deseada. Puede discutirse como 'factor de disipación', o 'tangente de pérdida', o Q, y tiene una dependencia de frecuencia significativa.

Otra situación en la que desearía un condensador ESR bajo es cuando hay mucha corriente en pequeñas ráfagas (como un amplificador de subwoofer). En tal caso, una ESR más alta limitará la corriente máxima que puede extraerse, limitando así la salida de potencia y el rendimiento del circuito.