Технологии / Техническое руководство
Ток пульсаций конденсатора цепи постоянного тока, ESR и частотная зависимость
Ток конденсатора в цепи постоянного тока может изменяться, даже если среднее напряжение на его выводах выглядит почти постоянным. Переменные составляющие тока взаимодействуют с неидеальными сопротивлением и индуктивностью. Это объясняет, почему одна лишь ёмкость не описывает нагрев от пульсаций.
Отделяйте энергию, запасённую в идеальной модели, от потерь, обусловленных неидеальностью.
Характеристики пульсационного тока зависят от формы сигнала, частотно-зависимой модели компонента, а также от емкости.
01 / Ток и напряжение
Изменение заряда создаёт ток конденсатора.
Для идеального конденсатора с постоянной ёмкостью i = C dv/dt при согласованных направлениях отсчёта.
Для идеального конденсатора с постоянной ёмкостью i = C dv/dt при согласованных направлениях отсчёта. Поэтому быстро меняющееся напряжение может создавать значительный ток даже при небольшом изменении напряжения. При постоянном напряжении ток в этой идеальной модели равен нулю.
Пульсация — это переменная составляющая, наложенная на среднее значение величины. Пульсации напряжения и пульсации тока — разные сигналы с разными единицами измерения. Одни нельзя пересчитать в другие без модели, учитывающей соответствующий частотный состав.
02 / Эквивалентная модель
Реальные конденсаторы включают в себя сопротивление и индуктивность.
Эквивалентное последовательное сопротивление, ESR, представляет диссипативную составляющую поведения конденсатора.
Эквивалентное последовательное сопротивление, ESR, отражает диссипативную составляющую поведения конденсатора. Эквивалентная последовательная индуктивность, ESL, отражает индуктивный вклад. Эти составляющие дополняют идеальный ёмкостный элемент, а не заменяют его роль в накоплении энергии.
Техническая информация TDK объясняет, что фактические характеристики зависят от частоты и температуры. Эквивалентная схема полезна в указанном диапазоне; одно и то же скалярное значение ESR не следует без оговорок применять ко всем частотам или условиям эксплуатации.
03 / Нагрев от пульсаций тока
Используйте действующее значение тока (RMS) с применимым ESR.
Для одной частотной составляющей и приблизительно постоянного ESR в рассматриваемых условиях резистивные потери описываются выражением P ≈ Irms² ESR.
Для одной частотной составляющей и приблизительно постоянного ESR в данных условиях резистивные потери описываются выражением P ≈ Irms² ESR. Удвоение среднеквадратического тока увеличило бы эти модельные потери вчетверо, если бы ESR и остальные условия оставались неизменными.
Для отдельных стационарных гармонических составляющих в линейной модели средние потери можно приближённо определить суммированием I_h,rms² ESR(f_h). Для каждой частоты используется соответствующее сопротивление. Сведение всего тока к одному значению RMS требует осторожности, если ESR существенно меняется по спектру.
04 / Частотная характеристика
На высокой частоте импеданс определяется не только ёмкостью.
Идеальное ёмкостное сопротивление уменьшается с ростом частоты.
Идеальное ёмкостное сопротивление уменьшается с ростом частоты. Паразитная индуктивность ведёт себя противоположным образом, поэтому реальный компонент может иметь область собственного резонанса. Его импеданс не остаётся чисто ёмкостным на всех частотах.
Материал Руководство по резонансу LC. объясняет обмен реактивной энергией на уровне сети. Для собственного резонанса компонента и отклика полностью подключённого фильтра необходимо сохранять различие границ рассматриваемых электрических цепей.
05 / Номинальные параметры
Номинальный ток указывается вместе с тепловыми и частотными условиями.
Указанный допустимый ток пульсаций связан с заявленными условиями для компонента, такими как опорная частота и температура.
Указанный допустимый ток пульсаций связан с заявленными условиями для компонента, например опорной частотой и температурой. Его не следует трактовать как универсально допустимый ток, не зависящий от формы сигнала или условий окружающей среды.
Среднее напряжение постоянного тока, допустимый ток пульсаций и результат тепловой оценки отвечают на разные вопросы. Повышение температуры также зависит от отвода тепла от компонента. Эта страница не превращает рассчитанные потери в ESR в прогноз срока службы или рекомендацию по замене.
06 / Энергетическая граница
Различайте потери от пульсаций и энергетический баланс шины.
Руководство по энергии шины DC рассматривает идеальную запасённую энергию и дисбаланс мощности.
Материал руководство по энергии шины DC рассматривает идеальную запасённую энергию и дисбаланс мощности. Модель ESR объясняет, почему реальный компонент дополнительно рассеивает энергию при прохождении через него изменяющегося тока.
Здесь не заявляются значения ёмкости, ESR, ESL, допустимого уровня пульсаций или срока службы конденсаторов MARSTON. Объяснение касается неидеального поведения компонентов и не задаёт технологию установленного конденсатора, пороговое значение для шины или процедуру выбора компонентов.
Продолжите рассмотрение с помощью Резонанс LC-фильтра: собственная частота и демпфирование.
Продолжите рассмотрение с помощью Механизмы потерь при проводимости и переключении полупроводниковых приборов.
Продолжите рассмотрение с помощью Частота переключения PWM, несущая и основная составляющая.
Продолжите рассмотрение конденсатора как компонента с помощью диэлектрики и конструкция конденсаторов и тангенс диэлектрических потерь и эквивалентные модели.
Дополните обсуждение конденсатора цепи постоянного тока материалом зарядка конденсатора и бросок тока при включении и отдельное руководство мгновенная мощность, накопление и рассеяние энергии.
Общие сведения: TDK Electronics: эквивалентные параметры конденсатора и условия нормирования допустимого тока пульсаций. Эти источники объясняют отраслевые понятия; они рассматриваются отдельно от применимой документации MARSTON на продукцию и проект.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Идеальный ток | i = C dv/dt в A | Постоянная ёмкость C и согласованные направления напряжения и тока. |
| ESR | Эффективное последовательное сопротивление в Ω | Необходимо учитывать условия по частоте и температуре. |
| ESL | Эффективная последовательная индуктивность в H | Имеет значение для модели импеданса компонента. |
| Потери от пульсаций | Irms² ESR в W | Применимое одночастотное приближение или приближение с постоянным ESR. |
| Допустимый ток пульсаций | Ток и опорные условия | Номинально допустимое значение зависит от тепловых условий и частоты. |
Инженерные вопросы.
Пульсационный ток — это то же самое, что и пульсации напряжения?
Нет. Их взаимосвязь зависит от компонента и частотно-зависимой модели цепи.
Является ли почти постоянное среднее напряжение DC признаком отсутствия тока в конденсаторе?
Нет. Изменяющиеся составляющие всё равно могут создавать ток.
Может ли один показатель ESR представлять все частоты?
В общем случае нет. Применимое эквивалентное сопротивление может зависеть от частоты и температуры.
Удваивается ли нагрев на ESR при удвоении тока?
При неизменном ESR потери по модели, использующей среднеквадратическое значение тока, возрастают в четыре раза.
Совпадает ли собственный резонанс с полной характеристикой фильтра?
Нет. Компонент и окружающая его сеть имеют разные границы моделирования.
Определяет ли это номинал установленного конденсатора или срок его службы?
Нет. Не предоставляется никакой информации о параметре или прогнозе срока службы для конденсатора MARSTON.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Ток конденсатора в цепи постоянного тока может изменяться, даже если среднее напряжение на его выводах выглядит почти неизменным. Предоставьте модель и соответствующие эксплуатационные или проектные данные для инженерного обсуждения.