संदर्भ शीट
कैपेसिटर ESR और रिपल
ESR आपको क्या नुकसान देता है, परिवार दर परिवार
कैपेसिटर ESR और रिपल करंट गाइड
हर असली कैपेसिटर में उसके कैपेसिटेंस के साथ सीरीज़ में एक छोटा रेज़िस्टेंस होता है, जो इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट या डाइइलेक्ट्रिक, अंदरूनी कनेक्शन और लीड्स या टर्मिनेशन से आता है। यही रेज़िस्टेंस ESR (Equivalent Series Resistance) है, और यह कैपेसिटेंस मान से और कैपेसिटर प्रकार वाली एंट्री में बताए डाइइलेक्ट्रिक परिवार से अलग स्पेक है - एक जैसी माइक्रोफ़ैरड और वोल्टेज रेटिंग वाले दो कैपेसिटर अंदरूनी बनावट के हिसाब से बहुत अलग ESR रख सकते हैं।
छोटा सिग्नल पास करने वाले कपलिंग या डीकपलिंग कैप में ESR लगभग मायने नहीं रखता - करंट बहुत छोटे होते हैं, इसलिए इससे होने वाली I² R हीटिंग और छोटा सीरीज़ वोल्टेज ड्रॉप मुश्किल से दिखते हैं। स्विचिंग पावर सप्लाई के आउटपुट फ़िल्टर में वही कैपेसिटर स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी पर, आमतौर पर 100 kHz से कुछ MHz तक, लगातार इंडक्टर का पूरा रिपल करंट ढोता है। तब ESR दो अहम काम करता है: कैपेसिटर के अंदर असली पावर को गर्मी के रूप में खर्च करता है, और कैपेसिटिव रिपल के ऊपर अपना करंट-गुणा-ESR वोल्टेज स्टेप जोड़ता है, जो ऊँची स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी पर अक्सर आउटपुट रिपल वोल्टेज के दोनों योगदानों में बड़ा होता है।
रिपल करंट रेटिंग, जो आमतौर पर किसी तय फ़्रीक्वेंसी और परिवेश तापमान पर amps या milliamps rms में दी जाती है, साथ वाला स्पेक है: यह वह अधिकतम करंट है जो पार्ट तब तक झेल सकता है जब तक सेल्फ़-हीटिंग उसका अंदरूनी तापमान इतना न बढ़ा दे कि उसकी उम्र घटे या, सबसे बुरी स्थिति में, थर्मल रनअवे हो। वेट इलेक्ट्रोलिटिक पर दोनों मान उम्र और गर्मी से बिगड़ते हैं, और निर्माता आमतौर पर एक सपाट नंबर के बजाय फ़्रीक्वेंसी और तापमान के साथ रिपल करंट का डीरेटिंग कर्व देते हैं, इसलिए डेटाशीट का मुख्य मान असली ऑपरेटिंग पॉइंट पर पढ़ें, न कि 1 kHz और 25 डिग्री की उन शर्तों पर जिनमें शायद वह मापा गया।
| कैपेसिटर परिवार | सामान्य ESR (~100 kHz, 25°C) | रिपल-करंट क्षमता | व्यावहारिक नोट |
|---|---|---|---|
| सामान्य-उद्देश्य एल्युमिनियम इलेक्ट्रोलिटिक | आम रेडियल पार्ट्स के लिए ~0.3–3 Ω (µF और केस साइज़ के साथ काफ़ी बदलता है) | कम से मध्यम | उम्र और गर्मी से इलेक्ट्रोलाइट सूखने पर ESR 2–3x बढ़ जाता है - पहले शांत रहने वाले SMPS के अब भनभनाने या गर्म होने का क्लासिक कारण |
| लो-ESR / "स्विचिंग-ग्रेड" एल्युमिनियम इलेक्ट्रोलिटिक | ~0.02–0.2 Ω | मध्यम से उच्च (सैकड़ों mA से कुछ A) | SMPS आउटपुट फ़िल्टरिंग के लिए ही बना; डेटाशीट पर साफ़ "Low ESR" निशान, 105°C रेटिंग और mA-rms रिपल मान देखें |
| पॉलिमर एल्युमिनियम (जैसे OS-CON, POSCAP) | ~0.005–0.05 Ω | उच्च (कई A) | ठोस पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट, इसलिए ESR उम्र और तापमान के साथ स्थिर रहता है; आमतौर पर ≤25–35 V रेटेड और उसी µF के वेट इलेक्ट्रोलिटिक से महँगा |
| टैंटलम (ठोस MnO2) | ~0.1–3 Ω, केस साइज़ और रेटेड वोल्टेज पर काफ़ी निर्भर | मध्यम | असली डिज़ाइन में रेटेड वोल्टेज के लगभग 50% तक डीरेट करें - ख़राब टैंटलम आमतौर पर इलेक्ट्रोलिटिक की तरह धीरे सूखने के बजाय सीधा शॉर्ट बनकर फ़ेल होता है, कभी-कभी चिंगारी के साथ |
| टैंटलम पॉलिमर | ~0.01–0.1 Ω | अधिक | MnO2 टैंटलम के हिंसक शॉर्ट के मुक़ाबले कहीं ज़्यादा बार ओपन या हाई-रेज़िस्टेंस होकर फ़ेल होता है; पावर रेल पर जहाँ टैंटलम लगता है वहाँ बढ़ती हुई डिफ़ॉल्ट पसंद |
| सिरेमिक MLCC (X7R / X5R) | ~0.002–0.02 Ω, लगभग नगण्य | बहुत उच्च | DC बायस में कैपेसिटेंस ख़ुद 20–80% गिर सकता है - रिपल काम के लिए छपे µF पर भरोसा करने से पहले बायस-डीरेटिंग कर्व देखें, यहाँ ESR शायद ही सीमा बनता है |
| सिरेमिक C0G / NP0 | नगण्य, X7R जैसा | उच्च, पर सिर्फ़ छोटे मानों पर (pF से कम nF) | बल्क रिपल-फ़िल्टर पार्ट नहीं - यहाँ मुख्य रूप से उसे उस भूमिका से बाहर रखने के लिए शामिल; टाइमिंग और RF के लिए, पावर फ़िल्टरिंग के लिए नहीं |
| फ़िल्म (पॉलीप्रोपाइलीन, PET) | ~0.01–0.1 Ω | उच्च, उम्र और तापमान के साथ बहुत स्थिर | प्रति µF इलेक्ट्रोलिटिक से बड़ा और महँगा; आमतौर पर अकेले नहीं, बल्क इलेक्ट्रोलिटिक के साथ पैरेलल में जोड़ा जाता है |
| सुपरकैपेसिटर / EDLC | DC या 1 kHz पर कम, कुछ kHz से ऊपर तेज़ी से बढ़ता है | स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी पर कमज़ोर | इसकी डेटाशीट पर कम-फ़्रीक्वेंसी ESR 100 kHz+ पर सही तस्वीर नहीं देता - यह ऊर्जा-भंडारण पार्ट है, SMPS फ़िल्टर कैपेसिटर का विकल्प नहीं |
डेटाशीट के ESR और रिपल-करंट नंबर एक तय फ़्रीक्वेंसी और तापमान पर मापे जाते हैं - अपनी असली स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी और सबसे बुरे परिवेश तापमान के लिए डीरेटिंग कर्व देखें, क्योंकि दोनों मान मुख्य स्पेक से काफ़ी ख़राब हो सकते हैं। जब एक कैपेसिटर की रेटिंग कम पड़े, तो एक बड़ा पार्ट ढूँढने से अक्सर दो-तीन छोटे पैरेलल में लगाना बेहतर होता है: ESR पैरेलल रेज़िस्टर की तरह जुड़ता है और रिपल करंट उनके बीच बँट जाता है, इसलिए दोनों समस्याएँ एक साथ घटती हैं।
