Ficha de referencia
ESR y rizado de condensadores
Lo que te cuesta la ESR, familia por familia
Guía de ESR y corriente de rizado de condensadores
Todo condensador real tiene una pequeña resistencia en serie con su capacidad, procedente de los electrodos, el electrolito o dieléctrico, las conexiones internas y las patas o terminaciones. Esa resistencia es la ESR (resistencia serie equivalente), y es una especificación distinta del valor de capacidad y de la familia de dieléctrico tratada en la ficha Tipos de condensadores: dos condensadores con los mismos microfaradios y la misma tensión nominal pueden tener ESR muy distintas según cómo estén construidos por dentro.
En un condensador de acoplo o desacoplo que deja pasar una señal pequeña, la ESR es casi irrelevante: las corrientes son minúsculas, así que el calentamiento I al cuadrado por R y la pequeña caída de tensión en serie que provoca apenas se notan. En el filtro de salida de una fuente conmutada, el mismo condensador soporta continuamente toda la corriente de rizado de la bobina, a la frecuencia de conmutación, normalmente de 100 kHz a unos pocos MHz. La ESR hace entonces dos cosas importantes: disipa potencia real en forma de calor dentro del condensador y añade su propio escalón de tensión corriente por ESR sobre el rizado capacitivo, que a frecuencias de conmutación altas suele ser el mayor de los dos componentes de la tensión de rizado de salida.
La corriente de rizado nominal, dada normalmente en amperios o miliamperios rms a una frecuencia y temperatura ambiente indicadas, es la especificación complementaria: es la corriente máxima que la pieza puede soportar antes de que el autocalentamiento eleve su temperatura interna lo suficiente como para acortar su vida o, en el peor caso, provocar una fuga térmica. Ambas cifras empeoran con la edad y el calor en los electrolíticos húmedos, y los fabricantes suelen publicar una curva de reducción de la corriente de rizado según la frecuencia y la temperatura en lugar de un único número, así que la cifra destacada de una hoja de datos debe leerse en el punto de funcionamiento real, no en las condiciones de 1 kHz y 25 grados en las que probablemente se midió.
| Familia de condensador | ESR típica (~100 kHz, 25°C) | Capacidad de corriente de rizado | Nota práctica |
|---|---|---|---|
| Electrolítico de aluminio de uso general | ~0.3–3 Ω en piezas radiales comunes (varía mucho con los µF y el tamaño) | Baja a moderada | La ESR sube 2–3x a medida que el electrolito se seca con la edad y el calor: la causa clásica de una fuente conmutada que antes era silenciosa y ahora zumba o se calienta |
| Electrolítico de aluminio de baja ESR / "para conmutación" | ~0.02–0.2 Ω | Moderada a alta (cientos de mA a unos pocos A) | Diseñado para el filtrado de salida de fuentes conmutadas; busca una marca explícita "Low ESR", una temperatura nominal de 105°C y un valor de rizado en mA rms en la hoja de datos |
| Aluminio polímero (p. ej. OS-CON, POSCAP) | ~0.005–0.05 Ω | Alta (varios A) | Electrolito de polímero sólido, así que la ESR se mantiene estable con la edad y la temperatura; normalmente para ≤25–35 V y más caro que un electrolítico húmedo de los mismos µF |
| Tántalo (MnO2 sólido) | ~0.1–3 Ω, depende mucho del tamaño y de la tensión nominal | Moderada | Redúcelo a aproximadamente el 50 % de su tensión nominal en diseños reales: un tántalo averiado tiende a fallar en cortocircuito franco, a veces con chispa, no con un secado gradual como un electrolítico |
| Tántalo polímero | ~0.01–0.1 Ω | Alta | Falla en abierto o con alta resistencia mucho más a menudo que el cortocircuito violento del tántalo MnO2; cada vez más la opción por defecto cuando se usa tántalo en una línea de alimentación |
| MLCC cerámico (X7R / X5R) | ~0.002–0.02 Ω, prácticamente despreciable | Muy alta | La propia capacidad puede bajar un 20–80 % con polarización DC: consulta la curva de reducción por polarización antes de contar con los µF impresos para soportar rizado; aquí la ESR rara vez es el factor limitante |
| Cerámico C0G / NP0 | Despreciable, similar a X7R | Alta, pero solo con valores pequeños (pF a pocos nF) | No es una pieza de filtrado de rizado masivo: se incluye sobre todo para descartarla de ese papel; se usa para temporización y RF, no para filtrar alimentación |
| Película (polipropileno, PET) | ~0.01–0.1 Ω | Alta, muy estable con la edad y la temperatura | Más voluminoso y caro por µF que un electrolítico; normalmente se añade en paralelo con un electrolítico de gran capacidad en lugar de usarse solo |
| Supercondensador / EDLC | Baja en DC o a 1 kHz, sube bruscamente por encima de unos pocos kHz | Mala a frecuencias de conmutación | La ESR a baja frecuencia de su hoja de datos no es representativa a 100 kHz o más: es una pieza de almacenamiento de energía, no un sustituto de un condensador de filtro de fuente conmutada |
Los valores de ESR y de corriente de rizado de la hoja de datos se miden a una frecuencia y temperatura concretas: consulta la curva de reducción para tu frecuencia de conmutación real y la peor temperatura ambiente, ya que ambas cifras pueden ser bastante peores que el valor destacado. Cuando un solo condensador se queda corto, poner dos o tres más pequeños en paralelo suele ser mejor que buscar una pieza más grande: las ESR se combinan como resistencias en paralelo y la corriente de rizado se reparte entre ellos, así que ambos problemas se reducen a la vez.
