Eşdeğer seri direnç - Equivalent series resistance

Elektrik devrelerinde kullanılan pratik kapasitörler ve indüktörler , yalnızca kapasitans veya endüktansa sahip ideal bileşenler değildir . Bununla birlikte, ideal kondansatörler ve indüktörler olarak, yaklaşım çok iyi derecede tedavi edilebilir seri bir ile direnç ; bu direnç, eşdeğer seri direnç ( ESR ) olarak tanımlanır . Aksi belirtilmedikçe, ESR her zaman bir AC direncidir ; bu, belirtilen frekanslarda, anahtarlamalı güç kaynağı bileşenleri için 100 kHz, doğrusal güç kaynağı bileşenleri için 120 Hz ve genel olarak kendi kendine rezonans frekansında ölçüldüğü anlamına gelir. - uygulama bileşenleri. Ek olarak, ses bileşenleri 1000 Hz'de diğer şeylerin yanı sıra ESR'yi de içeren bir " Q faktörü " bildirebilir .

Genel Bakış

Elektrik devresi teorisi , her birinin devreye sadece direnç, kapasitans veya endüktansa katkıda bulunduğu varsayılan ideal dirençler , kapasitörler ve indüktörler ile ilgilidir . Bununla birlikte, tüm bileşenlerin bu parametrelerin her biri için sıfır olmayan bir değeri vardır. Özellikle, tüm fiziksel cihazlar, sonlu elektrik direncine sahip malzemelerden yapılmıştır , böylece fiziksel bileşenler, diğer özelliklerine ek olarak bir miktar dirence sahiptir. ESR'nin fiziksel kökenleri söz konusu cihaza bağlıdır. Devre analizinde bu doğal dirençlerle başa çıkmanın bir yolu, her bir fiziksel bileşeni ideal bir bileşen ve seri olarak küçük bir direnç olan ESR'nin bir kombinasyonu olarak ifade etmek için toplu bir eleman modeli kullanmaktır . ESR ölçülebilir ve bir bileşenin veri sayfasına dahil edilebilir . Bir dereceye kadar cihaz özelliklerinden hesaplanabilir.

ESR ile ilgili olan ve bazen gerçek indüktörlerin yüksek frekanslı ideal olmayan performansının hesaplanmasında kullanmak için ESR'den daha uygun bir parametre olan Q faktörü , indüktör veri sayfalarında alıntılanmıştır.

Kapasitörler, indüktörler ve dirençler genellikle diğer parametreleri en aza indirmek için tasarlanmıştır. Çoğu durumda bu, örneğin bir direncin parazitik kapasitansının ve endüktansının devre çalışmasını etkilemeyecek kadar küçük olması için yeterli ölçüde yapılabilir . Bununla birlikte, bazı koşullar altında asalaklar önemli ve hatta baskın hale gelir.

Bileşen modelleri

Saf kapasitörler ve indüktörler enerjiyi dağıtmaz; Enerji yayan herhangi bir bileşen, bir veya daha fazla direnç içeren eşdeğer bir devre modelinde işlenmelidir. Gerçek pasif iki uçlu bileşenler, gerçek bileşenin ağ gibi davrandığı anlamında, bazı toplu ve dağıtılmış ideal indüktörler, kapasitörler ve dirençler ağıyla temsil edilebilir. Eşdeğer devrenin bazı bileşenleri, örneğin frekans ve sıcaklık gibi koşullara göre değişebilir.

Periyodik bir sinüs dalgası ( alternatif akım ) tarafından tahrik ediliyorsa , bileşen karmaşık empedansı Z (ω) = R + j X (ω) ile karakterize edilecektir; empedans, ana özelliğe ek olarak birkaç küçük direnç, endüktans ve kapasitans içerebilir. Cihazın ideal davranışından bu küçük sapmalar , küçük kapasitansların ve endüktansların reaktansının devre çalışmasının önemli bir unsuru haline gelebileceği tipik olarak yüksek frekans gibi belirli koşullar altında önemli hale gelebilir. Gereken doğruluğa bağlı olarak daha az veya daha fazla karmaşıklığa sahip modeller kullanılabilir. Pek çok amaç için, ESR ile seri olarak endüktans veya kapasitansa sahip basit bir model yeterince iyidir.

Bu modeller, basit veya karmaşık olsalar da, performansı hesaplamak için bir devreye eklenebilir. Karmaşık devreler için bilgisayar araçları mevcuttur; örneğin, SPICE programı ve çeşitleri.

İndüktörler

Bir indüktör, genellikle bir ferromanyetik çekirdek etrafına sarılmış iletken bir yalıtılmış tel bobinden oluşur. Endüktörler, veri sayfalarında DCR olarak belirtilen, metal iletkende doğal bir dirence sahiptir . Bu metalik direnç, küçük endüktans değerleri için küçüktür (tipik olarak 1 Ω'un altında ). DC tel direnci, transformatör ve genel indüktör tasarımında önemli bir parametredir çünkü bileşenin empedansına katkıda bulunur ve bu dirençten geçen akım, atık ısı olarak dağıtılır ve devreden enerji kaybedilir. İndüktör ile seri olarak bir direnç olarak modellenebilir ve genellikle DC direncinin ESR olarak adlandırılmasına yol açar. Bu tam olarak doğru kullanım olmasa da, ESR'nin önemsiz unsurları devre tartışmasında genellikle ihmal edilir, çünkü ESR'nin tüm unsurlarının belirli bir uygulama için önemli olması nadirdir.  

Endüktansı artırmak için bir çekirdek kullanan bir indüktör, çekirdekte histerezis ve girdap akımı gibi kayıplara sahip olacaktır . Yüksek frekanslarda, yakınlık ve cilt etkilerinden dolayı sargılarda da kayıplar vardır . Bunlar tel direncine ilavedir ve daha yüksek ESR'ye yol açar.

Kapasitörler

Elektrolitik olmayan bir kapasitörde ve katı elektrolitle elektrolitik kapasitörlerde, uçların ve elektrotların metalik direnci ve dielektrikteki kayıplar ESR'ye neden olur. Seramik kapasitörler için tipik olarak belirtilen ESR değerleri 0,01 ile 0,1 ohm arasındadır. Elektrolitik olmayan kapasitörlerin ESR'si zaman içinde oldukça kararlı olma eğilimindedir; çoğu amaç için gerçek elektrolitik olmayan kapasitörler ideal bileşenler olarak değerlendirilebilir.

Katı olmayan elektrolit içeren alüminyum ve tantal elektrolitik kapasitörler , birkaç ohm'a kadar çok daha yüksek ESR değerlerine sahiptir; daha yüksek kapasitanslı elektrolitikler daha düşük ESR'ye sahiptir. ESR, kapasitörün kendi kendine rezonans frekansına kadar frekansla azalır. Özellikle alüminyum elektrolitiklerle ilgili çok ciddi bir sorun, ESR'nin kullanımla birlikte zamanla artmasıdır; ESR, ölçülen kapasitans tolerans dahilinde kalsa da, devre arızasına ve hatta bileşen hasarına neden olacak kadar artabilir . Bu normal yaşlanmayla olurken, yüksek sıcaklıklar ve büyük dalgalanma akımı sorunu daha da kötüleştirir. Önemli dalgalanma akımına sahip bir devrede, ESR'deki bir artış ısı birikimini artıracak ve böylece yaşlanmayı hızlandıracaktır.

Yüksek sıcaklıkta çalışma için derecelendirilmiş ve temel tüketici sınıfı parçalara göre daha yüksek kalitede olan elektrolitik kapasitörler, ESR artışı nedeniyle zamanından önce kullanılamaz hale gelmeye daha az duyarlıdır. Ucuz bir elektrolitik kapasitör, 85 ° C'de 1000 saatten daha az bir ömür için derecelendirilebilir. (Bir yıl 8760 saattir.) Daha yüksek dereceli parçalar, üreticilerin veri sayfalarından da görülebileceği gibi, maksimum nominal sıcaklıkta tipik olarak birkaç bin saatte derecelendirilir. ESR kritik ise, aksi takdirde gerekenden daha yüksek sıcaklık derecesine, "düşük ESR'ye" veya daha büyük kapasitansa sahip bir parçanın spesifikasyonu avantajlı olabilir. "Düşük ESR" kapasitör oranı için bir standart yoktur.

Polimer kapasitörler genellikle aynı değere sahip ıslak elektrolitiğe göre daha düşük ESR'ye sahiptir ve değişen sıcaklıklarda stabildir. Bu nedenle, polimer kapasitörler daha yüksek dalgalanma akımını kaldırabilir. Yaklaşık 2007'den itibaren, daha kaliteli bilgisayar anakartlarının daha önce ıslak elektrolitiklerin kullanıldığı yerlerde yalnızca polimer kapasitörler kullanması yaygın hale geldi.

Yaklaşık 1 μF'den büyük kapasitörlerin ESR'si, bir ESR ölçer ile devre içinde kolayca ölçülebilir .

Kapasitörler için tipik ESR değerleri
Tür 22   µF 100   µF 470   µF
Standart alüminyum 7–30   Ω 2–7   Ω 0.13–1.5   Ω
Düşük ESR alüminyum 1–5   Ω 0.3–1.6   Ω
Katı alüminyum 0,2–0,5   Ω
Sanyo OS-CON 0,04–0,07   Ω 0,03–0,06   Ω
Standart katı tantal 1.1–2.5   Ω 0.9–1.5   Ω
Düşük ESR tantal 0.2–1   Ω 0,08–0,4   Ω
Islak folyo tantal 2.5–3.5   Ω 1.8–3.9   Ω
Yığılmış folyo film <0,015   Ω
Seramik <0,015   Ω

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar