Что такое esr конденсатора

Что такое ESR (ЭПС)?

Мы уже привыкли к основным параметрам конденсатора: ёмкости и рабочему напряжению. Но в последнее время не менее важным параметром стало его эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Что же это такое и на что оно влияет?

Так как ЭПС наиболее сильно влияет на работу алюминиевых электролитических конденсаторов, то в дальнейшем речь пойдёт именно о них. Сейчас мы разберём электролитический конденсатор по косточкам и узнаем, какие же тайны он скрывает.

Любой электронный компонент не идеален. Это относится и к конденсатору. Совокупность его свойств показывает условная схема.

Как видим, реальный конденсатор состоит из ёмкости C, которую мы привыкли видеть на схемах в виде двух вертикальных полос. Далее резистор R_s, который символизирует активное сопротивление проволочных выводов, электролита и контактного сопротивления вывод – обкладка. На фото видно, как проволочные выводы крепятся к обкладкам методом заклёпочного соединения.

Так как любой, даже очень хороший диэлектрик имеет определённое сопротивление (до сотен мегаом), то параллельно обкладкам изображается резистор Rp. Именно через этот «виртуальный» резистор течёт так называемый ток утечки. Естественно, никаких резисторов внутри конденсатора нет. Это лишь для наглядности и удобного представления.

Из-за того, что обкладки у электролитического конденсатора скручиваются и устанавливаются в алюминиевый корпус, образуется индуктивность L.

Свои свойства эта индуктивность проявляет лишь на частотах выше резонансной частоты конденсатора. Приблизительное значение этой индуктивности – десятки наногенри.

Итак, из всего этого выделим то, что входит в ЭПС электролитического конденсатора:

Сопротивление электролита. Вносит основную долю в величину ЭПС. Увеличивается из-за испарения растворителя и изменения химического состава электролита вследствие взаимодействия его с металлическими обкладками. Идеальная формула электролита пока не найдена, поэтому до сих пор аппаратуру выкашивает "конденсаторная чума" (англ. "Capacitor plague");

Сопротивление, которое вызвано потерями в диэлектрике из-за его неоднородности, примесей и наличия влаги;

Омическое сопротивление проволочных выводов и обкладок. Активное сопротивление проводов;

Контактное сопротивление между обкладками и выводами.

Все эти факторы суммируются и образуют сопротивление конденсатора, которое и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением – сокращённо ЭПС, а на зарубежный манер ESR (Equivalent Serial Resistance).

Как известно, электролитический конденсатор в силу своего устройства может работать только в цепях постоянного и пульсирующего тока из-за своей полярности. Собственно, его и применяют в блоках питания для фильтрации пульсаций после выпрямителя. Запомним эту особенность конденсатора – пропускать импульсы тока.

А если ESR – это, по сути, сопротивление, то на нём при протекании импульсов тока будет выделятся тепло. Вспомните о мощности резистора. Таким образом, чем больше ЭПС – тем сильнее будет греться конденсатор.

Нагрев электролитического конденсатора – это очень плохо. Из-за нагрева электролит начинает закипать и испаряться, конденсатор вздувается. Наверное, уже замечали на электролитических конденсаторах защитную насечку на верхней части корпуса.

При длительной работе конденсатора и повышенной температуре внутри его электролит начинает испаряться, и давить на эту насечку. Со временем давление внутри возрастает настолько, что насечка разрывается, высвобождая газ наружу.

"Хлопнувший" конденсатор на плате блока питания (причина – превышение допустимого напряжения)

Защитная насечка также предотвращает (или ослабляет) взрыв конденсатора при превышении на его обкладках допустимого рабочего напряжения или при переполюсовке – подаче на него напряжения обратной полярности.

На практике бывает и наоборот – давление выталкивает изолятор со стороны выводов. Далее на фото показан конденсатор, который высох. Ёмкость его снизилась до 106 мкФ, а ESR при измерении составило 2,8Ω, тогда как нормальное значение ESR для нового конденсатора с такой же ёмкостью лежит в пределах 0,08 – 0,1Ω.

Электролитические конденсаторы выпускают на разную рабочую температуру. У алюминиевых электролитических конденсаторов нижняя граница температуры начинается с – 60°С, а верхняя ограничена +155°С. Но в большинстве своём такие конденсаторы рассчитаны на работу в температурном диапазоне от -25°С до 85°С и от -25°С до 105°С. На этикетке иногда указывается только верхний температурный предел: +85°С или +105°С.

Наличие ЭПС в реальном электролитическом конденсаторе влияет на его работу в высокочастотных схемах. И если для обычных конденсаторов это влияние не столь выражено, то вот для электролитических конденсаторов оно играет весьма важную роль. Особенно это касается их работы в цепях с высоким уровнем пульсаций, когда протекает существенный ток, и за счёт ESR выделяется тепло.

Взгляните на фото.

Вздувшиеся электролитические конденсаторы (причина – длительная работа при повышенной температуре)

Это материнская плата персонального компьютера, который перестал включаться. Как видим, на печатной плате рядом с радиатором процессора расположено четыре вздувшихся электролитических конденсатора. Длительная работа при повышенной температуре (внешний нагрев от радиатора) и приличный срок эксплуатации привёл к тому, что конденсаторы «хлопнули». Виной тому – нагрев и ESR. Плохое охлаждение отрицательно сказывается не только на работе процессоров и микросхем, но, как оказывается, и на электролитических конденсаторах!

Снижение температуры окружающей среды на 10°C продлевает срок службы электролитического конденсатора почти вдвое.

Аналогичная картина наблюдается в отказавших блоках питания ПК – электролитические конденсаторы также вздуваются, что приводит к просадке и пульсациям напряжения питания.

Неисправные конденсаторы в БП ПК ATX (причина – низкое качество конденсаторов)

Нередко из-за длительной работы импульсные блоки питания точек доступа, роутеров Wi-Fi, всевозможных модемов также выходят из строя по причине «хлопнувших» или потерявших ёмкость конденсаторов. Не будем забывать, что при нагреве электролит высыхает, а это приводит к снижению ёмкости. Пример из практики я описывал здесь.

Из всего сказанного следует, что электролитические конденсаторы, работающие в высокочастотных импульсных схемах (блоки питания, инверторы, преобразователи, импульсные стабилизаторы) работают в довольно экстремальных условиях и выходят из строя чаще. Зная это производители выпускают специальные серии конденсаторов с низким ESR и низким импедансом. На таких конденсаторах, как правило, присутствует надпись Low ESR или Low Impedance (Low Imp). Что, соответственно, означает, – низкое ЭПС, низкий импеданс. Также существуют серии с ультранизким ЭПС и ультранизким импедансом (Ultra Low ESR, Ultra Low Impedance).

Известно, что конденсатор обладает ёмкостным или реактивным сопротивлением, которое снижается с ростом частоты переменного тока.

Таким образом, с ростом частоты переменного тока, реактивное сопротивление конденсатора будет падать, но только до тех пор, пока оно не приблизится к величине эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Его то и необходимо измерить. Поэтому многие приборы – измерители ESR (ESR-метры) измеряют ЭПС на частотах в несколько десятков – сотен килогерц. Это необходимо для того, чтобы «убрать» величину реактивного сопротивления из результатов измерения.

Стоит отметить, что на величину ESR конденсатора влияет не только частота пульсаций тока, но и напряжение на обкладках, температура окружающей среды, качество изготовления. Поэтому однозначно сказать, что ESR конденсатора, например, равно 3 омам, нельзя. На разной рабочей частоте величина ESR будет разной.

ESR-метр

При проверке конденсаторов, особенно электролитических, стоит обращать внимание на величину ESR. Для тестирования конденсаторов и измерения ESR существует немало серийно выпускаемых приборов. На фото универсальный тестер радиокомпонентов (LCR-T4 Tester) функционал которого поддерживает замер ESR конденсаторов.

В радиотехнических журналах можно встретить описания самодельных приборов и приставок к мультиметрам для измерения ESR. В продаже можно найти и узкоспециализированные ESR-метры, которые способны измерять ёмкость и ЭПС без выпайки конденсаторов из платы, а также разряжать их перед этим с целью защиты прибора от повреждения высоким остаточным напряжением. К таким приборам относятся, например, такие как ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.

При ремонте электроники приходится часто менять электролитические конденсаторы. При этом для оценки их качества измеряются такие параметры, как ёмкость и ESR. Чтобы было с чем сравнивать, была составлена таблица ESR, в которой указано ЭПС новых электролитических конденсаторов разных ёмкостей. Данную таблицу можно использовать для оценки пригодности того или иного конденсатора для дальнейшей службы. Но, с одной оговоркой.

Не стоит забывать о том, что "эталонные" данные по величине ESR приводятся в даташитах на конкретную серию конденсаторов. Так что, иногда лучше свериться с информацией, полученной "из первых рук". Здесь лишь следует учесть то, что производители для замера ESR могут использовать иное оборудование, чем вы, и, поэтому, итоговые показания всё равно будут отличаться, пусть, и незначительно.

Что такое ESR (ЭПС)?

Мы уже привыкли к основным параметрам конденсатора: ёмкости и рабочему напряжению. Но в последнее время не менее важным параметром стало его эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). Что же это такое и на что оно влияет?

Так как ЭПС наиболее сильно влияет на работу алюминиевых электролитических конденсаторов, то в дальнейшем речь пойдёт именно о них. Сейчас мы разберём электролитический конденсатор по косточкам и узнаем, какие же тайны он скрывает.

Любой электронный компонент не идеален. Это относится и к конденсатору. Совокупность его свойств показывает условная схема.

Как видим, реальный конденсатор состоит из ёмкости C, которую мы привыкли видеть на схемах в виде двух вертикальных полос. Далее резистор R_s, который символизирует активное сопротивление проволочных выводов, электролита и контактного сопротивления вывод – обкладка. На фото видно, как проволочные выводы крепятся к обкладкам методом заклёпочного соединения.

Так как любой, даже очень хороший диэлектрик имеет определённое сопротивление (до сотен мегаом), то параллельно обкладкам изображается резистор Rp. Именно через этот «виртуальный» резистор течёт так называемый ток утечки. Естественно, никаких резисторов внутри конденсатора нет. Это лишь для наглядности и удобного представления.

Из-за того, что обкладки у электролитического конденсатора скручиваются и устанавливаются в алюминиевый корпус, образуется индуктивность L.

Свои свойства эта индуктивность проявляет лишь на частотах выше резонансной частоты конденсатора. Приблизительное значение этой индуктивности – десятки наногенри.

Итак, из всего этого выделим то, что входит в ЭПС электролитического конденсатора:

Сопротивление электролита. Вносит основную долю в величину ЭПС. Увеличивается из-за испарения растворителя и изменения химического состава электролита вследствие взаимодействия его с металлическими обкладками. Идеальная формула электролита пока не найдена, поэтому до сих пор аппаратуру выкашивает "конденсаторная чума" (англ. "Capacitor plague");

Сопротивление, которое вызвано потерями в диэлектрике из-за его неоднородности, примесей и наличия влаги;

Омическое сопротивление проволочных выводов и обкладок. Активное сопротивление проводов;

Контактное сопротивление между обкладками и выводами.

Все эти факторы суммируются и образуют сопротивление конденсатора, которое и назвали эквивалентным последовательным сопротивлением – сокращённо ЭПС, а на зарубежный манер ESR (Equivalent Serial Resistance).

Как известно, электролитический конденсатор в силу своего устройства может работать только в цепях постоянного и пульсирующего тока из-за своей полярности. Собственно, его и применяют в блоках питания для фильтрации пульсаций после выпрямителя. Запомним эту особенность конденсатора – пропускать импульсы тока.

А если ESR – это, по сути, сопротивление, то на нём при протекании импульсов тока будет выделятся тепло. Вспомните о мощности резистора. Таким образом, чем больше ЭПС – тем сильнее будет греться конденсатор.

Нагрев электролитического конденсатора – это очень плохо. Из-за нагрева электролит начинает закипать и испаряться, конденсатор вздувается. Наверное, уже замечали на электролитических конденсаторах защитную насечку на верхней части корпуса.

При длительной работе конденсатора и повышенной температуре внутри его электролит начинает испаряться, и давить на эту насечку. Со временем давление внутри возрастает настолько, что насечка разрывается, высвобождая газ наружу.

"Хлопнувший" конденсатор на плате блока питания (причина – превышение допустимого напряжения)

Защитная насечка также предотвращает (или ослабляет) взрыв конденсатора при превышении на его обкладках допустимого рабочего напряжения или при переполюсовке – подаче на него напряжения обратной полярности.

На практике бывает и наоборот – давление выталкивает изолятор со стороны выводов. Далее на фото показан конденсатор, который высох. Ёмкость его снизилась до 106 мкФ, а ESR при измерении составило 2,8Ω, тогда как нормальное значение ESR для нового конденсатора с такой же ёмкостью лежит в пределах 0,08 – 0,1Ω.

Электролитические конденсаторы выпускают на разную рабочую температуру. У алюминиевых электролитических конденсаторов нижняя граница температуры начинается с – 60°С, а верхняя ограничена +155°С. Но в большинстве своём такие конденсаторы рассчитаны на работу в температурном диапазоне от -25°С до 85°С и от -25°С до 105°С. На этикетке иногда указывается только верхний температурный предел: +85°С или +105°С.

Наличие ЭПС в реальном электролитическом конденсаторе влияет на его работу в высокочастотных схемах. И если для обычных конденсаторов это влияние не столь выражено, то вот для электролитических конденсаторов оно играет весьма важную роль. Особенно это касается их работы в цепях с высоким уровнем пульсаций, когда протекает существенный ток, и за счёт ESR выделяется тепло.

Взгляните на фото.

Вздувшиеся электролитические конденсаторы (причина – длительная работа при повышенной температуре)

Это материнская плата персонального компьютера, который перестал включаться. Как видим, на печатной плате рядом с радиатором процессора расположено четыре вздувшихся электролитических конденсатора. Длительная работа при повышенной температуре (внешний нагрев от радиатора) и приличный срок эксплуатации привёл к тому, что конденсаторы «хлопнули». Виной тому – нагрев и ESR. Плохое охлаждение отрицательно сказывается не только на работе процессоров и микросхем, но, как оказывается, и на электролитических конденсаторах!

Снижение температуры окружающей среды на 10°C продлевает срок службы электролитического конденсатора почти вдвое.

Аналогичная картина наблюдается в отказавших блоках питания ПК – электролитические конденсаторы также вздуваются, что приводит к просадке и пульсациям напряжения питания.

Неисправные конденсаторы в БП ПК ATX (причина – низкое качество конденсаторов)

Нередко из-за длительной работы импульсные блоки питания точек доступа, роутеров Wi-Fi, всевозможных модемов также выходят из строя по причине «хлопнувших» или потерявших ёмкость конденсаторов. Не будем забывать, что при нагреве электролит высыхает, а это приводит к снижению ёмкости. Пример из практики я описывал здесь.

Из всего сказанного следует, что электролитические конденсаторы, работающие в высокочастотных импульсных схемах (блоки питания, инверторы, преобразователи, импульсные стабилизаторы) работают в довольно экстремальных условиях и выходят из строя чаще. Зная это производители выпускают специальные серии конденсаторов с низким ESR и низким импедансом. На таких конденсаторах, как правило, присутствует надпись Low ESR или Low Impedance (Low Imp). Что, соответственно, означает, – низкое ЭПС, низкий импеданс. Также существуют серии с ультранизким ЭПС и ультранизким импедансом (Ultra Low ESR, Ultra Low Impedance).

Известно, что конденсатор обладает ёмкостным или реактивным сопротивлением, которое снижается с ростом частоты переменного тока.

Таким образом, с ростом частоты переменного тока, реактивное сопротивление конденсатора будет падать, но только до тех пор, пока оно не приблизится к величине эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Его то и необходимо измерить. Поэтому многие приборы – измерители ESR (ESR-метры) измеряют ЭПС на частотах в несколько десятков – сотен килогерц. Это необходимо для того, чтобы «убрать» величину реактивного сопротивления из результатов измерения.

Стоит отметить, что на величину ESR конденсатора влияет не только частота пульсаций тока, но и напряжение на обкладках, температура окружающей среды, качество изготовления. Поэтому однозначно сказать, что ESR конденсатора, например, равно 3 омам, нельзя. На разной рабочей частоте величина ESR будет разной.

ESR-метр

При проверке конденсаторов, особенно электролитических, стоит обращать внимание на величину ESR. Для тестирования конденсаторов и измерения ESR существует немало серийно выпускаемых приборов. На фото универсальный тестер радиокомпонентов (LCR-T4 Tester) функционал которого поддерживает замер ESR конденсаторов.

В радиотехнических журналах можно встретить описания самодельных приборов и приставок к мультиметрам для измерения ESR. В продаже можно найти и узкоспециализированные ESR-метры, которые способны измерять ёмкость и ЭПС без выпайки конденсаторов из платы, а также разряжать их перед этим с целью защиты прибора от повреждения высоким остаточным напряжением. К таким приборам относятся, например, такие как ESR-micro v3.1, ESR-micro V4.0s, ESR-micro v4.0SI.

При ремонте электроники приходится часто менять электролитические конденсаторы. При этом для оценки их качества измеряются такие параметры, как ёмкость и ESR. Чтобы было с чем сравнивать, была составлена таблица ESR, в которой указано ЭПС новых электролитических конденсаторов разных ёмкостей. Данную таблицу можно использовать для оценки пригодности того или иного конденсатора для дальнейшей службы. Но, с одной оговоркой.

Не стоит забывать о том, что "эталонные" данные по величине ESR приводятся в даташитах на конкретную серию конденсаторов. Так что, иногда лучше свериться с информацией, полученной "из первых рук". Здесь лишь следует учесть то, что производители для замера ESR могут использовать иное оборудование, чем вы, и, поэтому, итоговые показания всё равно будут отличаться, пусть, и незначительно.

Учимся ремонтировать кинескопные, LED и ЖК телевизоры вместе.

02.12.2015 Lega95 2 Комментариев

Привет друзья. Сегодня расскажу о приборе, который очень сильно помогает мне в ремонте, экономит деньги и время. Это ESR метер китайского происхождения Mega328. Купил его на алиекспресс у этого продавца . Какие именно достоинства этого прибора?

Во первых, им очень удобно проверять электролитические конденсаторы. Для этой цели я его и покупал. У каждого конденсатора есть два параметра, которые отвечают за его работу. Первый параметр это емкость. Это те самые микрофарады которые и обозначается на корпусе конденсатора. Емкость легко измерять любым мультиметром который поддерживает эту функцию.

Сначала я думал, что это единственный параметр который мне нужно знать в конденсаторе, чтобы определить его исправность, но не тут то было. Ремонтируя один монитор, я никак не мог довести до ума источник питания. Блок выдавал заниженные напряжения, как ни крути. Проверяя конденсаторы, я мерил их емкость, которая была в пределах нормы. В один момент, плюнув на все это дело, я выпаял все конденсаторы, и заменил их на новые, после чего монитор запустился. Моему удивлению не было предела. Я решил найти причину, и поочередно начал впаивать старые конденсаторы, пока не нашел один 470 мкф на 50в, впаивая который, монитор переставал работать. Тестер показывал что конденсатор исправен, но на практике оказалось, что это не так. После этого я начал изучать все о конденсаторах, и открыл для себя такой параметр как ESR.

ESR — Equivalent Series Resistance – параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока. Это можно представить как подключенный последовательно конденсатору резистор. Чем меньше ом потери тока, тем лучшего качества конденсатор. Скажу сразу, параметр ESR очень актуален для электролитических конденсаторов емкостью свыше 4,7 мкф. У нового электролитического конденсатора 1мкф ESR может быть и 5 Ом. Для конденсаторов меньшего номинала это не столь важно, по крайней мере в моей практике это так.

Теперь по сути. У электролитического конденсатора емкостью больше 4,7 мкф ESR должен быть меньше 1 Ом . Если этот параметр выше, то я меняю конденсатор на новый.

На картинке ниже, показан пример измерения конденсатора номиналов 1000мкф на 10в.

Это сильно подсаженный конденсатор, где ESR уже 17 Ом. Очень часто бывает так, что емкость еще 950 мкф, а ESR уже 10 Ом. Такой конденсатор однозначно под замену.

Еще один пример севшего конденсатора. Это конденсатор 220 мкф на 35в. Номинал его стал 111 мкф, а ESR поднялся до 1,3 Ом.

ESR 220 мкф на 35в

Или такой же 220мкф на 35в из статьи Ремонт кадровой развертки на примере телевизора AIWA TV-215KE, где ESR уже 15 Ом.

Вот пример исправного конденсатора, который уже был в работе, но номинал его еще позволяет поработать. Это 100мкф на 63в.

Как видите, его ESR до 1 Ом, да и номинал стал меньше менее чем на 3 мкф, так что такие конденсаторы я оставляю в работе. Приведу пример идеального конденсатора. Это 1500мкф на 10в.

Здесь ESR вообще ноль Ом, а номинал больше заявленного.

Отойду немного от конденсаторов, и расскажу больше о приборе MEGA 328. Он может проверять не только конденсаторы, а и многое другое. Им легко проверять транзисторы, резисторы, стабилитроны, мосфеты и много другое. Очень удобно проверять полевые транзисторы, так как прибор покажет его тип, расположение ножек стока, истока и затвора.

Пример проверки полевого транзистора:

Прибор показывает тип транзистора, порог открытия и расположение ножек. Очень удобно, особенно для новичка.

Вот пример проверки обычного N-P-N транзистора.

Полный перечень возможностей данного тестера:

Проверка: Конденсаторов, Диодов, Двойных диодов, MOS, Транзисторов, SCR, Регуляторов, Светодиодные трубки, СОЭ, Сопротивление, регулируемые потенциометры и др.
Сопротивление: от 0.1 Ом до максимум 50 мОм
Конденсатор: от 25pF до 100,000 мкФ
Индукторы: от 0.01 mH до 20 H
Измерения биполярного транзистора текущий коэффициент усиления и база-эмиттер пороговое напряжение.
Может одновременно измерять два резисторы . Отображается на правой десятичным значением 4. Сопротивление символ на обе стороны показывает контактный номер.

Очень важно. Перед измерением ESR, конденсатор необходимо разрядить .

Тестер обычно поставляется в виде платы, с разъемом под крону. Свой прибор, я установил в распределительную коробку, вырезал окошко под дисплей, кнопку, и панель для проверки. Приклеил термоклеем, и так он у меня и работает по сей день. Вот фото:

Не сильно красиво, но за красотой я особо и не гнался :).

Виде обзор работы ESR метра

Рекомендую покупать на алиекспресс напрямую, так как это намного дешевле, тем более с нашими ценами. Вот ссылка на продавца, где покупал я. Прибор пришел в Украину за 18 дней.

Рекомендую посмотреть обзор моего нового ESR метра на аккумуляторе по этой ссылке

Перечень всех моих инструментов для ремонта можете зайти здесь: