ESR – ‫מסתרי ה‬
WWW.4
4Z1PF.NE
ET
Equivalent Series Resistance (ESR)
2011
‫אינגר משה‬
‫מבוא‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫לקבל אידיאלי יש רק קיבול‬
‫בעולם האמיתי יש לקבל גם השראות וגם התנגדויות‬
‫)‪Equivalent Series Resistance (ESR‬‬
‫)‪Equivalent Parallel Resistance (EPR‬‬
‫‪ EPR‬גורם לזרם זליגה ולחימום הקבל‬
‫‪ ESR‬גורם לחימום הקבל‪ ,‬אם הוא בעל ערך גבוה‪ ,‬בשעה שהקבל נמצא תחת זרמי אדווה‬
‫גבוהים כפי שזה קורה בספקי כח ממותגים‬
‫‪ ESR‬הוא בעל ערך גבוה יותר עבור קבלים בעלי קיבול קטן יותר‬
‫ספקי כח ממותגים פועלים בתדר גבוה לכן קיבולי הקבלים שם נמוכים ובעלי ‪ ESR‬גבוהים‬
‫חס ת‬
‫יחסית‬
‫תכונות‬
‫‪ ESR ‬הוא ערך דינמי של קבל‪.‬‬
‫‪ ‬לא ניתן למדוד אותו באומטר קונבנציונלי‪.‬‬
‫‪ ESR ‬קיים רק בזרמי חילופין‪.‬‬
‫‪ ESR ‬ניתן ללמדידה וקיים רק כאשר החומר‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫הדיאלקטרי משנה מצב )טעינה‪/‬פריקה(‬
‫תכונות‬
‫‪ ESR‬תלוי במספר פרמטרים‪:‬‬
‫‪ .1‬ככול שהקיבול גבוה כך ה‪ ESR-‬נמוך‬
‫‪ .2‬איכות המבנה‬
‫‪ .3‬עבור ערך מסויים של קיבול‪ ,‬ככול שהמתח הנומינלי גבוה יותר כך גדל גם ה‪ESR -‬‬
‫עלית הטמפרטורה מקטינה את ה‪ESR -‬‬
‫‪ .4‬ל‬
‫‪4‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות‬
‫‪ESR in Ohms‬‬
‫הטבלה מייצגת ערכים תיאורטיים‬
‫שחושבו בעזרת הנוסחה‪:‬‬
‫)‪ESR(Ohm‬‬
‫(‬
‫‪) = 2 * 2.5^Q / C^0.73‬‬
‫‪ -C‬קיבול הקבל במיקרו‪-‬פרד‬
‫‪" -Q‬איכות הקבל" ‪=0‬מעולה ‪=4‬גרוע‬
‫‪Quality‬‬
‫‪Low Very low‬‬
‫‪High Normal‬‬
‫‪C uF Very high‬‬
‫‪43 936‬‬
‫‪43.936‬‬
‫‪17 574‬‬
‫‪17.574‬‬
‫‪7 030‬‬
‫‪7.030‬‬
‫‪2 812‬‬
‫‪2.812‬‬
‫‪1 125‬‬
‫‪1.125‬‬
‫‪22‬‬
‫‪2.2‬‬
‫‪25.244‬‬
‫‪10.098‬‬
‫‪4.039‬‬
‫‪1.616‬‬
‫‪0.646‬‬
‫‪4.7‬‬
‫‪14.548‬‬
‫‪5.819‬‬
‫‪2.328‬‬
‫‪0.931‬‬
‫‪0.372‬‬
‫‪10‬‬
‫‪8.181‬‬
‫‪3.273‬‬
‫‪1.309‬‬
‫‪0.524‬‬
‫‪0.209‬‬
‫‪22‬‬
‫‪4.701‬‬
‫‪1.880‬‬
‫‪0.752‬‬
‫‪0.301‬‬
‫‪0.120‬‬
‫‪47‬‬
‫‪2.709‬‬
‫‪1.084‬‬
‫‪0.433‬‬
‫‪0.173‬‬
‫‪0.069‬‬
‫‪100‬‬
‫‪1.523‬‬
‫‪0.609‬‬
‫‪0.244‬‬
‫‪0.097‬‬
‫‪0.039‬‬
‫‪220‬‬
‫‪0.875‬‬
‫‪0.350‬‬
‫‪0.140‬‬
‫‪0.056‬‬
‫‪0.022‬‬
‫‪470‬‬
‫‪0.504‬‬
‫‪0.202‬‬
‫‪0.081‬‬
‫‪0.032‬‬
‫‪0.013‬‬
‫‪1000‬‬
‫‪0.284‬‬
‫‪0.113‬‬
‫‪0.045‬‬
‫‪0.018‬‬
‫‪0.007‬‬
‫‪2200‬‬
‫‪0.163‬‬
‫‪0.065‬‬
‫‪0.026‬‬
‫‪0.010‬‬
‫‪0.004‬‬
‫‪4700‬‬
‫‪0.094‬‬
‫‪0.038‬‬
‫‪0.015‬‬
‫‪0.006‬‬
‫‪0.002‬‬
‫‪10000‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫‪78.125‬‬
‫‪31.250‬‬
‫‪12.500‬‬
‫‪5.000‬‬
‫‪2.000‬‬
‫‪1.0‬‬
‫תכונות ‪-‬‬
‫הזדקנות‬
‫הזדקנות הקבל גורמת ל‪-‬‬
‫‪ .1‬זרמי זליגה גדלים‬
‫‪ .2‬שינויים בערכי ק‬
‫הקיבול‬
‫‪ .3‬גידול ב‪ESR-‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
WWW.4
4Z1PF.NE
ET
‫ באומים‬ESR ‫ערכים אופייניים של‬
– ‫תכונות‬
Capacitor
p
Type:
yp
22 uF p
part
100 uF p
part Freq.
q measured: Hz
Comments
Std. aluminum
7-30
2-7
120
Low-ESR aluminum
1-5
0.3-1.6
100k
Solid aluminum
Sanyo OS-CON
0.2-0.3
0.04-0.07
0.03-0.06
500
100k
MnO2 electrolyte
TCNQ electrolyte
Std. solid tantalum
Low-ESR tantalum
1.1-2.5
0.2-1
0.9-1.5
0.08-0.4
100k
100k
SMD
SMD, for P.S. filtering
Wet-foil tantalum
2.5-3.5
1.8-3.9
not stated
H2SO4 electrolyte
Stacked-foil film
<.015
100k
Ceramic
<.015
100k
X5R, Y5V
‫תכונות –‬
‫השפעת התדר על ה‪-‬‬
‫‪ESR‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫השפעת הטמפרטורה‬
‫קבלי אלומיניום אלקטרוליטיים‪:‬‬
‫‪ ‬החומר הדיאלקטרי הוא ‪Al2O3‬‬
‫‪ ‬אחוז דיוק סטנדרטי )‪20%(M‬‬
‫‪ ‬קיימים קבלים למטרות מיוחדות בדיוק )‪10%(K‬‬
‫‪ ‬הקיבול מושפע מהטמפרטורה ותדר המדידה‬
‫‪ ‬הנתונים הרשומים על הקבל מתייחסים ל‪200C/120Hz -‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫השפעת הטמפרטורה‬
‫)‪ (Z‬עכבה ‪(tanδ),‬מקדם פיזור ההספק ‪(R),‬התנגדות טורית שקולה‬
‫‪ 50‬הרץ‬
‫‪50-1000‬‬
‫ם ‪1000‬‬
‫נמוכים‬
‫ם נמוכ‬
‫בתדרים‬
‫חה בתדר‬
‫להזניחה‬
‫תן להזנ‬
‫וניתן‬
‫ת ל‪ ESR -‬ונ‬
‫יחסית‬
‫השראות ‪ L‬נמוכה חס‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫תלות העכבה ו‪ ERS-‬בתדר‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫זרם זליגה‬
‫זרם הזליגה נובע מ‪-‬‬
‫‪ ‬מסוג החומר הדיאלקטרי‪,‬‬
‫‪ ‬פגם בחומר הדיאלקטרי‪,‬‬
‫‪ ‬מתח העבודה‪,‬‬
‫‪ ‬קיטוב מתח העבודה‪,‬‬
‫‪ ‬טמפרטורה‪,‬‬
‫‪ ‬לחות ועוד‪.‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫ניתן להקטין את זרמי הזליגה אך לא לבטלם כליל‪.‬‬
‫תכונות –‬
‫תלות הקיבול בטמפרטורה‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫* הקיבול גדל ככול‬
‫עולה‬
‫שהטמפרטורה ע‬
‫תכונות –‬
‫תלות הקיבול בתדר‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫יחס עכבות‬
‫היחס בין עכבת הקבל בטמפרטורה של ‪ 20‬מעלות והעכבת‬
‫בטמפרטורה אחרת נקרא בשם "יחס עכבות" )‪(impedance ratio‬‬
‫יחס זה נמדד בתדר ‪120Hz‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫זרם זליגה‬
‫‪ ‬זרם הזליגה גדל עם עליית‬
‫הטמפרטורה‬
‫‪ ‬זמן הלחמה ‪ 10±1‬שנייה‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫‪ ‬טמפרטורת הלחמה ‪260±5‬‬
‫מעלות צלסיוס‬
‫תכונות –‬
‫מצבי כשל של קבל אלקטרוליטי‬
‫כשל קטסטרופלי – כאשר הקבל איבד לחלוטין את תפקידו בשל קצר או‬
‫נתק‬
‫מצב זה נובע מרטט‪ ,‬הלם‪ ,‬מתח גבוה מהרצוי‪ ,‬אדווה קיצונית‪.‬‬
‫כשל חלקי – הידרדרות הדרגתית של הקבל‬
‫מצב זה נובע בגלל ירידת ערך הקיבול או עליית ה‪ .ESR-‬הסיבות לתופעה‬
‫ופריקות קיצוניים‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫זו הן‪ :‬מתח הספקה בקוטביות הפוכה‪ ,‬זרם אדווה מעל המותר‪ ,‬טעינות‬
‫תכונות –‬
‫מצבי כשל של קבל אלקטרוליטי‬
‫קבל אלקטרוליטי יכול להינזק בתנאי העבודה הבאים‪:‬‬
‫‪ .1‬חשיפה למים‪ ,‬טמפ' גבוהה ולחות גבוהה‪.‬‬
‫פות שמן‪.‬‬
‫בטיפות‬
‫רווי בט‬
‫אוויר רוו‬
‫חשיפה לשמן או אוו ר‬
‫‪ .2‬חש פה‬
‫‪ .3‬חשיפה למים מלוחם או אוויר רווי בחלקיקי מלח‬
‫‪ .4‬חשיפה לגזים רעילים כגון‪ :‬מימן גופרתי‪ ,‬חומצה חנקתית‪ ,‬כלור‪ ,‬ברום‪ ,‬מתיל ברומיד‪,‬‬
‫אמוניה וכו'‪.‬‬
‫הלם מכני שמעבר ללמפרט‪.‬‬
‫‪ .6‬חשיפה ללתנודות ו‪/‬או ל‬
‫‪6‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫‪ .5‬חשיפה לאור שמש ישיר‪ ,‬אוזון‪ ,‬קרניים אולטרה סגוליות‪.‬‬
‫תכונות –‬
‫מתח עבודה‬
‫הגרף מבטא את הקשר בין מתח‬
‫העבודה לזרם הזליגה של הקבל‪.‬‬
‫ניתן ללהסיק את המסקנות הבאות‪:‬‬
‫‪ .1‬עבור מתח קדמי גדל זרם‬
‫עוברים‬
‫ם‬
‫גה מאוד כאשר עובר‬
‫הזליגה‬
‫הזל‬
‫את המתח הנומינלי‪.‬‬
‫‪ .2‬בממתח אחורי זרם הזליגה‬
‫מתחיל לגדול לערכים גבוהים‬
‫וולטים‬
‫של ל‬
‫כבר במתחים ל‬
‫בודדים‪.‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫תכונות –‬
‫תוחלת חיים של קבל אלקטרוליטי‬
‫קבל שפועל בטמפרטורה‬
‫המרבית שלו הוא מיועד‬
‫)או לפחות ב‪ 40-‬מעלות(‪,‬‬
‫תוחלת החיים שלו ניתנת‬
‫לחישוב לפי תיאורית‬
‫‪ Arrhenius‬שאומרת‬
‫ם מוכפלת‬
‫החיים‬
‫שתוחלת הח‬
‫עבור כל יחידה של ‪10‬‬
‫מעלות צלסיוס‪.‬‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫מודד ‪- ESR‬‬
‫מיישר‬
‫ומכפל‬
‫מתח‬
‫תרשים מלבנים‬
‫שנאי‬
‫מוריד‬
‫מתח‬
‫מגבר‬
‫‪WWW.4‬‬
‫‪4Z1PF.NE‬‬
‫‪ET‬‬
‫‪Cx‬‬
‫מתנד‬
‫‪45 KHz‬‬
WWW.4
4Z1PF.NE
ET
ESR
‫מודד‬
WWW.4
4Z1PF.NE
ET
‫תכונות‬