Конденсаторы Low ESR и Low Impedance. В чём разница?
Электролитические конденсаторы с низким ЭПС и низким импедансом
В настоящее время в продаже имеется огромное количество электролитических конденсаторов с разными эксплуатационными характеристиками. Те, кто имеет дело с электроникой, возможно уже слышали или даже сталкивались с обозначениями вроде Low ESR или Low Imp.
Если с Low ESR всё вполне понятно, достаточно знать, что такое эквивалентное последовательное сопротивление, то вот с Low Imp у многих возникают вполне обоснованные вопросы.
Забегая вперёд, скажу, что конденсаторы Low ESR и Low Impedance, это почти одно и тоже.
Чтобы разобраться, в чём разница между ними, вспомним некоторые известные факты об устройстве алюминиевого электролитического конденсатора.
Из-за скручивания анодной и катодной обкладок в рулон образуется паразитная индуктивность. Величина этой индуктивности составляет 20. 200 нГн. Чтобы как-то учесть «паразитную» индуктивность конденсатора стали использовать такой показатель, как ESL (Equivalent Series Inductance) – эквивалентная последовательная индуктивность. В технической литературе обычно применяется именно аббревиатура ESL, а не ESI, хотя можно встретить и то, и то.
Так как электролит, катодная и анодная обкладка, а также переходные соединения и выводы обладают активным сопротивлением, то всё это «собрали вместе» и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR – Equivalent Series Resistance).
Стоит понимать, что ESR зависит от температуры, напряжения и частоты! И, хотя, ESR считается активной составляющей полного сопротивления (импеданса, Z), которое по идее не должно зависеть ни от ёмкости, ни от частоты, но из-за того, что основной вклад в ESR вносит сопротивление электролита, то величина ESR подвержена изменению под действием разных факторов.
Теперь, давайте разберёмся с импедансом или по-другому полным сопротивлением (Z). На зарубежный манер это Impedance, а сокращённо Imp.
Импеданс включает как активное, так и реактивное сопротивление (ёмкостное XC и индуктивное XL), которое зависит от частоты. С наличием ёмкостного сопротивления всё понятно, ведь речь идёт о конденсаторе. А вот индуктивное сопротивление – это уже следствие наличия ESL (паразитной индуктивности), которая образуется из-за намотки алюминиевой фольги.
Формула расчёта импеданса для последовательной цепи выглядит так:
где, R – активное сопротивление цепи, Ом (Ω);
XL = ωL = 2πƒL – индуктивное сопротивление, Ом (Ω).
XC = 1/ωC = 1/2πƒC – ёмкостное сопротивление, Ом (Ω).
В случае с электролитическим конденсатором R ≈ ESR. Получаем вот такую формулу:
Электролитические конденсаторы полярны и способны работать только в цепях с постоянным или пульсирующим напряжением.
Так как через него протекают импульсные токи высокой частоты, то, в силу своего конструктивного исполнения, на разной частоте он будет оказывать разное сопротивление.
Теперь взглянем на график. На нём показано, как меняется величина ESR (R), XC, XL, Z в зависимости от частоты.
Как видим, с ростом частоты ESR (R) постепенно уменьшается. Также стоит отметить, что с ростом температуры ESR тоже уменьшается, так как удельная электропроводность электролита растёт.
Ёмкостное сопротивление XC с ростом частоты (пульсаций) также стремительно падает и в конечном итоге становится меньше того самого ESR (R).
С индуктивным сопротивлением XL, которое обусловлено наличием ESL, всё обстоит наоборот. С ростом частоты оно увеличивается. Реактивное сопротивление индуктивности начинает проявлять себя на частотах выше 100 – 1000 кГц. Это приводит к тому, что на высоких частотах конденсатор всё меньше представляет собой ёмкость.
Из этого следует вывод, что чем больше ESL, тем ниже частота, до которой конденсатор ведёт себя как ёмкость. Таким образом, ESL влияет на способность конденсатора работать в цепях с высокой частотой пульсации тока (импульсных источниках питания, цифровых системах и пр.).
Так как индуктивное сопротивление (из-за ESL) является частью полного сопротивления Z (импеданса), также, как и ESR, то конденсаторы, которые имеют низкий ESL и ESR, называют конденсаторами Low Impedance (сокр. Low Imp).
Таким образом, конденсаторы, которые имеют низкий импеданс ещё лучше тех, что имеют низкий ESR, так как могут работать ещё и на более высоких частотах.
Производители делят конденсаторы на серии. Каждая серия обладает разными свойствами и эксплуатационными характеристиками.
Чтобы узнать, какими свойствами обладает конденсатор можно найти даташит на серию, к которой он принадлежит.
Как правило, серию указывают на виниловой оболочке рядом с номинальной ёмкостью и рабочим напряжением. На фото показаны конденсаторы Jamicon серии TX.
В справочной документации (даташите) величину импеданса приводят для частоты 100 кГц и температуры +20 0 С.
Стоит отметить, что на частоте 100 кГц, которая считается типичной для импульсных источников питания, величина импеданса и ESR отличается незначительно. Поэтому разницы между Low Impedance и Low ESR конденсаторами практически нет. Другое дело, если тот будет работать в более высокочастотной цепи. В таком случае, Low Impedance конденсатор подойдёт лучше.
На скриншоте далее показана часть таблицы из даташита на конденсаторы Jamicon серии TX, которые имеют низкий импеданс и высокое рабочее напряжение.
Аналогично обстоит дело и с ESR. Его величину также указывают для частоты 100 кГц (температура +20 0 С).
Не секрет, что высокий ESR плохо сказывается на сроке службы электролитического конденсатора. При любом изменении напряжения на обкладках конденсатора через него протекает импульс тока, так называемый Ripple current – пульсация тока (R.C.).
При этом на ESR выделяется тепло, которое разогревает электролит и способствует его испарению. Со временем это приводит к снижению ёмкости конденсатора и его полной неработоспособности.
Заглянем в даташит на конденсаторы Jamicon серии MZ, которые заточены под импульсные источники питания. Это низковольтные Low ESR конденсаторы. Их рабочее напряжение не превышает 25V (6,3. 25V). Идеально подойдут для ремонта компьютерных блоков питания.
Кроме всего прочего, в таблице указана максимальная величина тока пульсации (R.C.), на которую рассчитан конденсатор. Чем больше значение R.C., тем больший импульсный ток сможет выдержать конденсатор длительное время. Указанный производителем импульсный ток (R.C.) не рекомендуется превышать, так как конденсатор будет перегреваться и, как следствие, раньше выйдет из строя.
Также можно встретить конденсаторы со сверхмалым импедансом (Ultra low impedance), например, такие, как Jamicon серии WJ. Они заточены под использование специально в компьютерных материнских платах и способны работать в широком частотном диапазоне. Такие конденсаторы имеют как низкий ESR, так и ESL (малую паразитную индуктивность).
Чтобы как-то снизить импеданс конденсаторов производителям приходиться всячески уменьшать паразитную индуктивность и использовать электролит, которой обладает высокой удельной электропроводностью в широком диапазоне температур.
С развитием цифровой электроники, работающей на высоких тактовых частотах, а также широким внедрением импульсных источников питания, требования к современным электролитическим конденсаторам резко возросли. При конструировании и ремонте необходимо обращать внимание на такие параметры, как ЭПС конденсатора и его импеданс, так как это напрямую влияет на качество и длительность его работы.
Многих интересует вопрос, каким должно быть значение ESR, чтобы считать конденсатор пригодным? Для тех, кто внимательно прочитал приведённый материал ответ напросится сам собой.
Если удаётся определить серию конденсатора, то все необходимые данные можно найти в даташите. Данные ЭПС или импеданса из таблиц даташита можно считать «эталонными», наподобие таблицы ESR.
Ну, а далее нужно иметь под рукой универсальный тестер электронных компонентов, который замеряет в том числе и ESR. Сравнив результаты замеров с данными из таблицы легко понять, насколько конденсатор пригоден для дальнейшей работы.
Тут стоит помнить, что полученные данные будут отличаться от табличных, так как величина ЭПС зависит от температуры и частоты измерения. В любом случае разница не должна быть слишком большой.
Источник
Параметр ripple current электролитического конденсатора
+- Hi-Fi Forum (https://hi-fidelity-forum.com/forum)
+— Форум: Звук (/forum-3.html)
+— Форум: Hi-Fi Аудио (/forum-8.html)
+— Тема: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG (/thread-160887.html)
Вычитал в одной элктротехнической статье, что «большие токи заряда неизбежно приводят к деградации конденсаторов». Простейший способ ограничить заряд — установить перед конденсатором небольшой резистор. А вот какой именно? Как грамотно определить его номинал? Или по-другому: в какой степени нужно ограничивать ток? В симуляторе можно увидеть, что например, если вторичка трансформатора 32В, внутреннее сопротивление 1,1 Ом, в однополупериодной схеме конденсатор 6800мкФ получит первый импульс заряда аж 27,5А. С резистором 1,8Ом уже 13А. С 5,6Ом — 6А. И до какой степени его ограничивать? Заглянул в даташит Mundorf M-Lytik AG — там про это ничего не написано. Только номинальный ток на 100Гц — 3,5А.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — AntonZP — 19-03-2016 01:12
не создавате сущностей сверх необходимого.
приведенный пример слишком идеален.
в реальности между трансформатором и конденсатором стоит НЕ идеальный диод, сам конденсатор не идеален, куча проводов, паек и т.д.
и вообще первым горит диодный мостик.
а вот разряд «на отвертку» или в аппарат для сварки действительно «любят» не все конденсаторы.
но человек в зравом уме, думаю, мюндорфы туда ставить и не будет.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Пивз — 19-03-2016 08:57
Обмотка трансформатора сама имеет очень даже конкретное сопротивление, что весьма весьма ограничит пик тока, даже в транзисторных аппаратах, где сопро вторички омы или доли ома. Ну а если банка за совсем за рамкой разумного и достаточного,то ставил коммутируемую лпч в первичку )
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — AntonZP — 19-03-2016 09:17
(19-03-2016 08:57) Пивз писал(а): . Ну а если банка за совсем за рамкой разумного и достаточного.
насчет «разумного» — да!
но если б меньшего было «достаточно» . 
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Вячслав_М — 19-03-2016 13:50
Хорошая вторичка — миллиомы. Пол ома обычно у трансов 15-20 ваттных.
ESR мундорфа 22000 на средних 6-7 миллиОм, на десятках кГц — 1-2.
У 6800 порядка 15-20 мОм
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Алекс1965 — 19-03-2016 18:45
(19-03-2016 00:24) Andrej писал(а): Вычитал в одной элктротехнической статье, что «большие токи заряда неизбежно приводят к деградации конденсаторов». Простейший способ ограничить заряд — установить перед конденсатором небольшой резистор. А вот какой именно? Как грамотно определить его номинал? Или по-другому: в какой степени нужно ограничивать ток? В симуляторе можно увидеть, что например, если вторичка трансформатора 32В, внутреннее сопротивление 1,1 Ом, в однополупериодной схеме конденсатор 6800мкФ получит первый импульс заряда аж 27,5А. С резистором 1,8Ом уже 13А. С 5,6Ом — 6А. И до какой степени его ограничивать? Заглянул в даташит Mundorf M-Lytik AG — там про это ничего не написано. Только номинальный ток на 100Гц — 3,5А.
В ламповых кенотронных выпрямителях ставят от 10 до 30 Ом.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — den_2011 — 19-03-2016 19:25
обмотка транса имеет индуктивную (реактивную) составляющую в сопротивлении
посему сравнивать ее с активным сопротивлением R безграмотно
как впрочем и рассуждать о необходимости ограничивать ток
заряда конденсатора включением дополнительного сопротивления.
не нужно читать бредовые статьи безграмотных авторов.
тема — очередной порожняк
кстати — Привет Василькову 
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — AVM — 19-03-2016 19:31
(19-03-2016 18:45) Алекс1965 писал(а): В ламповых кенотронных выпрямителях ставят от 10 до 30 Ом.
(19-03-2016 19:25) den_2011 писал(а): обмотка транса имеет индуктивную (реактивную) составляющую в сопротивлении
посему сравнивать ее с активным сопротивлением R безграмотно
как впрочем и рассуждать о необходимости ограничивать ток
заряда конденсатора включением дополнительного сопротивления.
не нужно читать бредовые статьи безграмотных авторов.
тема — очередной порожняк
Верно, пиковый ток сам трансформатор ограничит влетая в насыщение железом, так что не нужно особо «париться». Да и диоды выпрямителя та еще прелесть.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — den_2011 — 19-03-2016 19:36
идея — очередной мундорф 
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Black_Jack — 19-03-2016 19:42
Смотрите параметр ripple current для конденсатора.
Все адекватные производители конденсаторов этот параметр указывают.
Если конденсатор не вписывается — ставите в параллель или берете дгугой тип конденсатора.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Wehr-wolf — 19-03-2016 19:49
Есть такая штука как термистор но это уже не по хайэнду, и вообще есть реле ограничения, это да.
В начале усилок (обычно где 100 000 мкф на 100 вольт (кстати сравните со своим) ) включается через резистор 40 ватт к примеру, потом уже реле закорачивает резистор.
В концертниках где большие номиналы емкостей там всегда стоит плавный пуск, иначе выбивает 3×32 ампера автомат, бывало.
Цитата: «большие токи заряда неизбежно приводят к деградации конденсаторов».
Китайских ?
Это да 
Ну собственно я не слышал чтобы конденсатор разрывало или он деградировал подобно АКУМУЛЯТОРУ )))
К примеру конденсаторы в системах питания процессоров всегда работают с токами в сотку ампер с высокой частотой всегда.
Но лопают они из за температуры дросселей и работе при 80-100С
В основном.
А современные уже не лопают.
В плохих китайских (фирменных современных тоже) усилках я часто менял кондеры по причине высыхания электролита, и работы усилка на мощностях киловатты и частотах килогерцы.
В хороших усилках такого явления нет десятилетиями, даже по 30 лет проходит и ничего.
Импульс тока для конденсатора не критичен, он больше критичен для компонентов до него !
Да и вообще этот вопрос смысла рассматривать нет если емкость ниже 30 000 мкф на 100 вольт.
Кстати вопрос в догонку.
Я был на экспериментах где батарея электролитов заряжалась а потом закорачивалась на катушку в 1 виток, токи были в 50 000 ампер и более токи разряда, как то никто и не задумывался о деградации.
Собственно ее и не было этой деградации.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Black_Jack — 19-03-2016 19:59
«. Я был на экспериментах где батарея электролитов заряжалась а потом закорачивалась на катушку в 1 виток, токи были в 50 000 ампер и более токи разряда, как то никто и не задумывался о деградации. «
Фигасе. rail-gun какой? 
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Andrej — 19-03-2016 20:08
(19-03-2016 19:42) Black_Jack писал(а): Смотрите параметр ripple current для конденсатора.
Все адекватные производители конденсаторов этот параметр указывают.
Если конденсатор не вписывается — ставите в параллель или берете дгугой тип конденсатора.
at Tmax and 100Hz. Это долговременный ток, с ним проблем нет. А речь о кратковременном импульсе при заряде.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Black_Jack — 19-03-2016 20:28
Не заморачивался с таким. Если Вам так сильно нужно- ставьте вспомогательную схему и ловите переход через 0 в сети и на нем коммутируйте трансформатор.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — K.V.V. — 19-03-2016 20:29
(19-03-2016 19:59) Black_Jack писал(а): «. Я был на экспериментах где батарея электролитов заряжалась а потом закорачивалась на катушку в 1 виток, токи были в 50 000 ампер и более токи разряда , как то никто и не задумывался о деградации. «
Фигасе. rail-gun какой?
Городская легенда. цифра родилась потом, сначала говорили «очень большой ток». 
P.S. Я такие эксперименты в школе делал — с конденсатором МБМ на 8 мкФ. думаю, там токи и поболее были.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Black_Jack — 19-03-2016 20:44
МБМ?
токи поболее? смешно.
разделите напряжени на МБМ на еого ESR и узнаете какой ток мог бы быть.
А что, МБМ были на 8 мкФ?
(19-03-2016 19:49) Wehr-wolf писал(а): Есть такая штука как термистор но это уже не по хайэнду.
Чего так? Есть какие-то предпосылки или просто не по-удифильски звучит термистор?
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Wehr-wolf — 19-03-2016 23:04
Цитата: Чего так? Есть какие-то предпосылки или просто не по-удифильски звучит термистор?
Спросите у удифилов 
Во всяком случае элемент типа полупроводниковый, остальное додумайте сами в меру своего удифильства 
Правда работает ХОРОШО, для того и придуман.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — K.V.V. — 19-03-2016 23:08
(19-03-2016 20:44) Black_Jack писал(а): МБМ?
токи поболее? смешно.
разделите напряжени на МБМ на еого ESR и узнаете какой ток мог бы быть.
А что, МБМ были на 8 мкФ?
А что, если бы я написал МБГО, МБГЧ, МБХЗ это сильно бы поменяло суть сказанного?
Конечно, поболее — искрило так, что в глазах темнело.
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — den_2011 — 19-03-2016 23:33
эже-ли искрило и в глазах темнело
— это оооочень хорошая дурь была 
RE: Ограничение тока заряда конденсатора Mundorf M-Lytik AG — Black_Jack — 19-03-2016 23:58
(19-03-2016 23:08) K.V.V. писал(а): А что, если бы я написал МБГО, МБГЧ, МБХЗ это сильно бы поменяло суть сказанного?
Напомнило мне анекдот.
«У армянского радио спросили:
— Правда ли, что академик Амбарцумян выиграл «Волгу» по лотерее?
— Да. Только не академик, а футболист, и не по лотерее, а в преферанс, и не выиграл, а проиграл, и не Волгу, а сто рублей.»
Источник