¿Cuándo debo utilizar un condensador de baja ESR?

Question

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

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

¿Cuándo debo utilizar un condensador de baja ESR?

Answer 1

Si la ESR del condensador es alta en relación con la reactancia del condensador ( \$X_C= \frac{1}{2\pi fC}\$ ) a las frecuencias de interés, entonces podría querer un condensador de menor ESR.

La exigencia de condensadores de "baja ESR" surge normalmente 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 una SMPS), donde un electrolítico de gran capacidad tiende a tener una ESR proporcionalmente pequeña, de modo que la ondulación de 100 Hz o 120 Hz no se ve muy afectada por la ESR.

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

También son útiles en la construcción de fuentes de alimentación analógicas de muy bajo ruido, porque la parte de baja ESR puede reducir el ruido con menos etapas de filtrado cuando se utiliza un electrolítico de polímero de baja ESR de alta calidad en lugar de otros alternativos.

Answer 2

La ESR es justo lo que dice, la resistencia en serie con el condensador.

Una ESR baja es importante si hay mucha corriente de ondulación en el condensador. La corriente de ondulación RMS causará pérdidas de calentamiento (I^2R) en el condensador, y una tensión de ondulación adicional.

También afectará a la respuesta en frecuencia de su condensador. El cero de ESR formado por el circuito RC puede realmente ayudar a la estabilidad en un bucle 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 rizado y no necesita la ESR cero para la estabilidad, entonces un tapón de baja ESR será probablemente el camino a seguir.

Si lo que se busca es un almacenamiento de energía sin grandes di/dt, entonces es más apropiado un electrolítico de alta capacidad.

Answer 3

Debe utilizar un condensador de baja ESR cuando la pérdida de calor I^2 R esperada (corriente de rizado, al cuadrado, por la ESR), es demasiado calor para el componente.

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

Cuando las fuentes conmutadas llegaron a 50 kHz, y un valor de condensador ideal adecuado era (de nuevo para una salida de 1A) de unos 2,2 uF, una ESR de 1 ohmio significa que ese mismo 1W se volcaría en un condensador del tamaño de un guisante. Fallaría, porque es demasiado pequeño para disipar un vatio de calor.

Esta no es la historia completa (puede haber "puntos calientes" de calentamiento locales incluso si el disipación media parece soportable), por lo que hay especificaciones separadas de ESR y corriente de rizado.

La ESR del condensador, fuera del filtrado de la fuente de alimentación de CC, también es preocupante porque es una impedancia parásita no deseada. Puede ser discutido como "factor de disipación", o "tangente de pérdida", o Q, y tienen una dependencia significativa de la frecuencia.

Answer 4

Otra situación en la que se querría un condensador de baja ESR es cuando hay mucho consumo de corriente en pequeñas ráfagas (como un amplificador de subwoofer). En este caso, una ESR más alta limitará la corriente máxima que se puede consumir y, por lo tanto, limitará la potencia de salida y el rendimiento del circuito.