Các tụ điện và cuộn cảm thực tế được sử dụng trong các mạch điện không phải là thành phần lý tưởng chỉ có điện dung hoặc điện cảm. Tuy nhiên, chúng có thể được xử lý, ở mức độ gần đúng rất tốt, như là tụ điện và cuộn cảm lý tưởng nối tiếp với điện trở; điện trở này được định nghĩa là điện trở sê-ri tương đương ( ESR ). Nếu không được quy định khác, ESR luôn là điện trở AC [ mơ hồ ] được đo ở các tần số xác định, 100 kHz đối với các thành phần cung cấp điện chế độ chuyển đổi, 120 Hz cho các thành phần cung cấp điện tuyến tính và ở tần số tự cộng hưởng cho các thành phần ứng dụng chung. Các thành phần âm thanh có thể báo cáo "yếu tố Q", kết hợp ESR với những thứ khác, ở 1000 Hz.
Tổng quan [ chỉnh sửa ]
Lý thuyết mạch điện liên quan đến điện trở, tụ điện và cuộn cảm lý tưởng, mỗi giả định chỉ đóng góp điện trở, điện dung hoặc điện cảm cho mạch. Tuy nhiên, tất cả các thành phần có giá trị khác không của từng tham số này. Đặc biệt, tất cả các thiết bị vật lý được chế tạo bằng vật liệu có điện trở hữu hạn, do đó các thành phần vật lý có một số điện trở ngoài các tính chất khác của chúng. Nguồn gốc vật lý của ESR phụ thuộc vào thiết bị được đề cập. Một cách để đối phó với các điện trở vốn có trong phân tích mạch là sử dụng mô hình phần tử gộp để thể hiện từng thành phần vật lý như là sự kết hợp của một thành phần lý tưởng và điện trở nhỏ nối tiếp, ESR. ESR có thể được đo và đưa vào biểu dữ liệu của thành phần. Ở một mức độ nào đó, nó có thể được tính toán từ các thuộc tính của thiết bị.
Yếu tố Q, liên quan đến ESR và đôi khi là một tham số thuận tiện hơn ESR để sử dụng trong tính toán hiệu suất phi lý tưởng tần số cao của cuộn cảm thực, được trích dẫn trong bảng dữ liệu của cuộn cảm.
Tụ điện, cuộn cảm và điện trở thường được thiết kế để giảm thiểu các thông số khác. Trong nhiều trường hợp, điều này có thể được thực hiện ở một mức độ đủ để điện dung ký sinh và điện cảm của điện trở, ví dụ, nhỏ đến mức không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ký sinh trùng trở nên quan trọng và thậm chí chiếm ưu thế.
Các mô hình thành phần [ chỉnh sửa ]
Tụ điện và cuộn cảm tinh khiết không tiêu tán năng lượng; bất kỳ thành phần nào tiêu tán năng lượng phải được xử lý trong mô hình mạch tương đương kết hợp một hoặc nhiều điện trở. Các thành phần hai cực thụ động thực tế có thể được biểu diễn bằng một số mạng gồm các cuộn cảm, tụ điện và điện trở lý tưởng gộp, theo nghĩa là thành phần thực hoạt động như mạng. Một số thành phần của mạch tương đương có thể thay đổi theo điều kiện, ví dụ: tần số và nhiệt độ.
Nếu được điều khiển bởi một hệ thống hình sin định kỳ (dòng điện xoay chiều), thành phần sẽ được đặc trưng bởi trở kháng phức tạp của nó Z () = R + j ] X (ω); trở kháng có thể liên quan đến một số điện trở nhỏ, điện cảm và điện dung ngoài tính chất chính. Những sai lệch nhỏ so với hành vi lý tưởng của thiết bị có thể trở nên đáng kể trong một số điều kiện nhất định, điển hình là tần số cao, trong đó phản ứng của điện dung và điện cảm nhỏ có thể trở thành một yếu tố quan trọng của hoạt động mạch. Các mô hình có độ phức tạp nhỏ hơn hoặc lớn hơn có thể được sử dụng, tùy thuộc vào độ chính xác cần thiết. Đối với nhiều mục đích, một mô hình đơn giản với độ tự cảm hoặc điện dung nối tiếp với ESR là đủ tốt.
Những mô hình này, dù đơn giản hay phức tạp, có thể được chèn vào một mạch để tính hiệu suất. Công cụ máy tính có sẵn cho các mạch phức tạp; ví dụ: chương trình SPICE và các biến thể của nó.
Cuộn cảm [ chỉnh sửa ]
Một cuộn cảm bao gồm một cuộn dây dẫn cách điện thường quấn quanh lõi sắt từ. Cuộn cảm có điện trở vốn có trong dây dẫn kim loại, được trích dẫn là DCR trong datasheets. Điện trở kim loại này là nhỏ đối với các giá trị điện cảm nhỏ (thường dưới 1). Điện trở dây DC là một tham số quan trọng trong thiết kế máy biến áp và cuộn cảm chung vì nó góp phần vào trở kháng của thành phần, và dòng điện chạy qua điện trở đó bị tiêu tán dưới dạng nhiệt thải và mất khỏi mạch. Nó có thể được mô hình hóa như một điện trở nối tiếp với cuộn cảm, thường dẫn đến điện trở DC được gọi là ESR. Mặc dù đây không phải là cách sử dụng chính xác, các yếu tố không quan trọng của ESR thường bị bỏ qua trong thảo luận mạch, vì rất hiếm khi tất cả các yếu tố của ESR đều có ý nghĩa đối với một ứng dụng cụ thể.
Một cuộn cảm sử dụng lõi để tăng độ tự cảm sẽ có các tổn thất như trễ và dòng điện xoáy trong lõi. Ở tần số cao cũng có tổn thất trong cuộn dây do sự gần gũi và hiệu ứng da. Chúng ngoài khả năng chống dây và dẫn đến ESR cao hơn.
Tụ điện [ chỉnh sửa ]
Trong một tụ điện không điện phân và tụ điện điện phân với chất điện phân rắn điện trở kim loại của dây dẫn và điện cực và tổn thất trong điện môi gây ra ESR. Thông thường giá trị ESR được trích dẫn cho tụ gốm là từ 0,01 đến 0,1 ohms. ESR của tụ điện không điện phân có xu hướng khá ổn định theo thời gian; cho hầu hết các mục đích, tụ điện không điện phân thực sự có thể được coi là thành phần lý tưởng.
Tụ điện điện phân nhôm và tantalum với chất điện phân không rắn có giá trị ESR cao hơn nhiều, lên đến vài ohms; điện phân của điện dung cao hơn có ESR thấp hơn. ESR giảm theo tần số lên đến tần số tự cộng hưởng của tụ điện. Một vấn đề rất nghiêm trọng, đặc biệt là với chất điện phân nhôm, là ESR tăng theo thời gian sử dụng; ESR có thể tăng đủ để gây ra sự cố mạch và thậm chí hư hỏng thành phần, [1] mặc dù điện dung đo được có thể vẫn nằm trong dung sai. Trong khi điều này xảy ra với sự lão hóa bình thường, nhiệt độ cao và dòng gợn lớn làm trầm trọng thêm vấn đề. Trong một mạch có dòng điện gợn đáng kể, sự gia tăng ESR sẽ làm tăng sự tản nhiệt, do đó làm tăng tốc độ lão hóa.
Tụ điện phân được đánh giá cho hoạt động ở nhiệt độ cao và chất lượng cao hơn các bộ phận cấp tiêu dùng cơ bản ít có khả năng trở nên không sử dụng được sớm do tăng ESR. Một tụ điện điện phân giá rẻ có thể được đánh giá cho tuổi thọ dưới 1000 giờ ở 85 ° C. (Một năm là 8760 giờ.) Các bộ phận cấp cao hơn thường được đánh giá ở mức vài nghìn giờ ở nhiệt độ định mức tối đa, như có thể thấy từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất. Nếu ESR là quan trọng, thông số kỹ thuật của một bộ phận có xếp hạng nhiệt độ cao hơn, "ESR thấp" hoặc điện dung lớn hơn so với yêu cầu khác có thể là lợi thế. Không có tiêu chuẩn cho xếp hạng tụ điện "ESR thấp".
Tụ polymer thường có ESR thấp hơn điện phân ướt có cùng giá trị và ổn định dưới nhiệt độ khác nhau. Do đó, tụ điện polymer có thể xử lý dòng gợn cao hơn. Từ khoảng năm 2007, các bo mạch chủ máy tính chất lượng tốt hơn chỉ sử dụng các tụ điện polymer, nơi sử dụng điện phân ướt đã được sử dụng trước đây. [2]
Dễ dàng đo được ESR của tụ điện lớn hơn khoảng 1 F -circuit với một đồng hồ ESR.
| Loại | 22 EDF | 100 LờiF | 470 59FF |
|---|---|---|---|
| Nhôm tiêu chuẩn | 7 Phù30 Ω | 2 Từ7 Ω | 0.13 Điện1.5 |
| Nhôm ESR thấp | 1 Lỗi5 – | 0,3111 Ω | |
| Nhôm đặc | 0,2 xăng0,5 | ||
| Sanyo OS-CON | 0,04 cường0,07 Ω | 0,03 Tiết0,06 | |
| Tantalum rắn tiêu chuẩn | 1.1 Tiết2,5 Ω | 0.9 Điện1.5 | |
| Tantalum thấp-ESR | 0,2 Phép1 Ω | 0,08 Xuất0,4 | |
| Tantalum lá ướt | 2.5 xăng3,5 Ω | 1.8 Than3.9 | |
| Phim xếp chồng lên nhau | <0,015 | ||
| Gạch | <0,015 |
Xem thêm [ chỉnh sửa ]
Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]
- ^ Có một cuộc thảo luận rất dài tại [1] về thiệt hại thành phần do tăng ESR tụ điện. Về cơ bản, PSU chế độ chuyển đổi của một PVR cụ thể có một biến áp đa biến, mỗi phần được chỉnh lưu và lọc cho một trong các điện áp cần thiết. Phản hồi PSU được lấy từ nguồn cung cấp 5V; ổ đĩa điều chỉnh để ổn định dòng 5 V. Một vấn đề nảy sinh trong thực tế là tụ lọc điện phân đầu tiên trên dòng 5 V có ESR cao. Điều này làm giảm điện áp; thông tin phản hồi làm cho ổ đĩa tăng lên để duy trì 5 V. Khi tụ điện già đi, hiệu ứng sẽ xấu đi. Nếu các tụ điện khác đều ổn, tất cả các điện áp ngoại trừ 5V đều tăng, cho đến cuối cùng, ngay cả dòng 5 V cũng không thể được duy trì. Điện áp thấp gây ra sự cố nhưng thường không gây hại; nhưng điện áp quá mức trên các dòng khác trong trường hợp này là đủ để gây ra khá nhiều thiệt hại cho chất bán dẫn gắn trên bề mặt và ổ đĩa. Đây không phải là một trường hợp đặc biệt. Điều này cho thấy rằng các tụ điện điện phân nhôm không nên được sử dụng khi chúng ảnh hưởng đến phản hồi PSU.
- ^ Phòng thí nghiệm tụ điện - Các loại tụ điện - Tụ polymer. .
Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]
visit site
site
Comments
Post a Comment