Hallo zusammen,
Bin gerade beim Auslegen einer Spannungsversorgung. Wieder einmal tut
sich das Stabiliätsproblem auf.
Konkret geht es um den TPS65381A von TI. Der fordert eine effektive
Kapazität von mind. 22µF und einen ESR zwischen 100mOhm und 300mOhm.
Bis jetzt hatte ich den ESR von Kerkos immer im niedrigen mOhm-Bereich
angenommen. Beim checken des Voltage deratings der Kerkos bin ich auf
einen Chart gestoßen, den ich mir anscheinend bis jetzt noch zu wenig
angesehen habe: den Frequenzgang des ESRs(
http://weblib.samsungsem.com/mlcc/mlcc-ec-data-sheet.do?partNumber=CL31B106KAHNNN
oder
https://ds.yuden.co.jp/TYCOMPAS/ut/download?pn=TMK316AB7106KL-T&fileType=Datasheet
)
der nimmt ja bei immer kleiner werdenen Frequenzen proportional mit f
zu, bis in den Ohm-Bereich!
Wie kann man den einem equivalten Series RESISTANCE spechen, wenn der
einen Kennlinie wie eine Kapazität hat?
Der Wert in meinem Kopf im niedrigen mOhm-Bereich ist anscheinend der
Minimalwert in der Kennlinie.
Für mich stellt sich jetzt natürlich die Frage, wie man eine Schaltung
mit ESR-Anforderungen nun realistisch auslegt. Eine Anfoderung von
100mOhm bis 300mOhm bezieht sich entweder implizit auf den Miminmalwert
im MHz Bereich, oder ist schlichtweg nicht über den ganzen
Frequenzbereich erfüllbar.
Wenn in einem Datenblatt gefordete ESR-Werte angegeben sind, beziehen
sich diese implizit auf den Minimalwert des ESRs? Kommt mir alles sehr
spanisch vor.
Für den Einwand, dass Kerkos für diesen Zweck die falsche Wahl sind: Im
Datenblatt ist explizit erwähnt, dass normalerweise Kerkos für diese
Kapaziät ausgewählt werden und dass deswegen ein Serienwiderstand
empfohlen ist.
Normal bezieht sich dieser Wert natürlich auf eine bestimmte Frequenz,
meist 100kHz. Wenn also nirgends was explizit angegeben ist..... Oder
Hersteller kontaktieren, am besten bei >450°C und 1kW. ;)
Dominik schrieb:> Der fordert eine effektive> Kapazität von mind. 22µF und einen> ESR zwischen 100mOhm und 300mOhm.
Beim Ausgang des Buck, oder wo?
Ja, diese (oder ganz ähnliche) Kurven
sind für alle Kondensatoren gängig, so
weit ich weiß. Jeder C ist in echt RLC.
> dass normalerweise Kerkos für diese> Kapaziät ausgewählt werden und dass deswegen ein Serienwiderstand> empfohlen ist
Dann ist doch alles gut und das Datenblatt wird dir sicher
auch verraten, bei welcher Frequenz welcher Wert aus
Kapazitaet, ESR und Widerstand erwartet wird.
floppy disk schrieb:> Beim Ausgang des Buck, oder wo?
Ja genau.
... schrieb:> Dann ist doch alles gut und das Datenblatt wird dir sicher> auch verraten, bei welcher Frequenz welcher Wert aus> Kapazitaet, ESR und Widerstand erwartet wird.
Nö. Lediglich der Widerstandswert. Bin mir ziemlich sicher, dass ich das
nicht überlesen habe.
Dominik schrieb:> Wie kann man den einem equivalten Series RESISTANCE spechen, wenn der> einen Kennlinie wie eine Kapazität hat?
Resistance != Resistor; Widerstandswert != Widerstand (Bauteil).
Eben wie Kapazität != Kondensator. Kenne den Unterschied.
Warum kann ein Widerstandswert Deiner Meinung nach nicht
frequenzabhängig sein? Tatsächlich haben selbst reale Widerstände
(Bauteil) mitunter eine mehr oder weniger starke Frequenzabhängigkeit
ihres Sollwerts.
Toni Tester schrieb:> Resistance != Resistor; Widerstandswert != Widerstand (Bauteil).> Eben wie Kapazität != Kondensator. Kenne den Unterschied.
Na ne, wirklich!?
Nein im Ernst, ist schon klar. Darum gibts ja auch ein Ersatzschaltbild,
um das echte Bauteil darzstellen. Für den Frequenzgang von |Z|
funktioniert das ja auch ganz gut: der Bereich für kleine Frequenzen
verhält sich poroprtinal mit 1/f (das wär die (ideale) Kapazität im
Ersatzschaltbild), bei hohen Frequenzen proportional f (das wär die
(ideale)Indiktivität im Ersatzschaltbild).
Meine Verwirrtheit bezieht sich darauf, dass für etwas im
Ersatzschaltbild, das sich in Bereichen mit sehr guter Näherung mit 1/f
verändert, ein (idealer) Widerstand genommen wird.
Aber ich schätze mal, das hat den Gund, weil dieses Teil im
Ersatzschaltbild keine Phasenverschiebung erzeugen soll.
Mich wundert, dass das im Alltag nich mehr Probleme macht. Da hat ja der
ESR bei kleinen Frequenzen einen 1000x(!) so hohen Wert wie angenommen?!
Die Angabe des ESR beim Kondensator bezieht auf den Bereich in dem der
kapazitive Blindwiderstand Xc=1/(w*C) < Ohmscher Serienwiderstand ist.
Das ist je nach Kapazität zwischen 100kHz und einigen MHz.
Bei deinem gewählten Regler benötigst du einen externen Serienwiderstand
bei der Verwendung keramischer Kondensatoren da deren ESR im Bereich
10mOhm ist. Die Baugröße des Serienwiderstandes hängt vom maximal
erwarteten Ripplestrom des Kondensators ab.
> Da hat ja der ESR bei kleinen Frequenzen einen 1000x(!) so> hohen Wert wie angenommen?!
Weswegen man zum Sieben einer gleichgerichteten Netzspannung
auch mindenstens 1000x so grosse Kondensatoren benutzt.
Bei den Grundlagen der Elektrotechnik geschlafen?
Um auf die Ausgangsfrage zurück zu kommen: Unter ESR verstehe ich den
reinen Realteil der komplexen impedanz. Und der ist in erster Näherung
unabhängig von der Frequenz und hat erstmal nichts zu tun mit dem
frequenzabhängigen Impedanzanstieg bedingt durch die Kapazität. Von
daher teile ich durchaus die Verwunderung des TO. Es ist für mich also
nicht ersichtlich, warum der ESR bei tiefen Frequenzen ansteigen sollte.
Mark S. schrieb
> Um auf die Ausgangsfrage zurück zu kommen:> Unter ESR verstehe ich den reinen Realteil der komplexen impedanz.> Und der ist in erster Näherung unabhängig von der Frequenz ...
Eben nicht. Im Datenblatt ist oft nur der minimalen ESR bei sehr hohen
Frequenzen angegeben.
Der tatsächliche Rser lässt sich mit folgender Formel näherungsweise
beschreiben.
Rser = tangensdelta/(w*C) + ESR
Tangensdelta ist bei den beiden verlinkten Kondensatoren ca. 2%, also
0,02.
Helmut S. schrieb:> Der tatsächliche Rser lässt sich mit folgender Formel näherungsweise> beschreiben.>> Rser = tangensdelta/(w*C) + ESR
Wikipedia schreibt zumindest was anderes: "ESR (engl. Equivalent Series
Resistance), der äquivalente Serienwiderstand, in ihm sind die ohmschen
Leitungs- und die dielektrischen Umpolungsverluste des Kondensators
zusammengefasst"
Mark S. schrieb:> Es ist für mich also> nicht ersichtlich, warum der ESR bei tiefen Frequenzen ansteigen sollte.
Ich vermute die Erklärung dafür ist diese: Tangens Delta als
Materialeigenschaft ist bei tiefen Frequenzen konstant, damit steigt der
Serienwiderstand, weil der kapazitive Blindwiderstand mit fallender
Frequenz steigt und das TanD ja gerade das Verhältnis Blindwiderstand zu
ohmschen Anteil angibt.
Bernhard S. schrieb:> Helmut S. schrieb:>> Der tatsächliche Rser lässt sich mit folgender Formel näherungsweise>> beschreiben.>>>> Rser = tangensdelta/(w*C) + ESR>> Wikipedia schreibt zumindest was anderes: "ESR (engl. Equivalent Series> Resistance), der äquivalente Serienwiderstand, in ihm sind die ohmschen> Leitungs- und die dielektrischen Umpolungsverluste des Kondensators> zusammengefasst"
Die theoretischen Abhandlungen sind das Eine, die Praxis sieht anders
aus. Die Hersteller geben nur den ESR-Wert für sehr hohe Frequenzen an
bei dem der tangensdelta-Anteil vernachlässigt werden kann. Teilweise
sind in dem Datenblatt beide Werte nebeneinander angegeben - ESR für
100kHz bis 300kHz und tangensdelta für 120Hz.
http://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/AAB8000/AAB8000COL87.pdf
Bernhard S. schrieb:> Ich vermute die Erklärung dafür ist diese: Tangens Delta als> Materialeigenschaft ist bei tiefen Frequenzen konstant, damit steigt der> Serienwiderstand, weil der kapazitive Blindwiderstand mit fallender> Frequenz steigt und das TanD ja gerade das Verhältnis Blindwiderstand zu> ohmschen Anteil angibt.
Ich glaube, damit hast du den Nagel auf den Kopf getroffen! Das passt
auch perfekt mit
Helmut S. schrieb:> Rser = tangensdelta/(w*C) + ESR
zusammen. Wieder einmal gescheiter geworden, danke!
Dominik schrieb:> TPS65381A von TI. Der fordert eine effektive> Kapazität von mind. 22µF und einen ESR zwischen 100mOhm und 300mOhm.
Ich habe bei einem weiteren Blick ins DaBla zwar noch nicht gefunden,
wie sich das genau berechnen soll, aber eines sollte man vielleicht
schon klar stellen - gefunden auf Seite 18, ca. ab Mitte, letzter Absatz
/ Buck:
"Typically low-ESR ceramic capacitors are used for the output,
so an external resistor is required to bring the
total_ESR into the specified ESR range."
Total_ESR ist also der ESR des Kerko + R des separaten R (!).
(Und das fassen die zeichnerisch in R(ESR) zusammen, damit nur ja
niemand auf die Idee kommt, Kerkos ohne separaten R zu verbauen.
Nicht im wirklichen Sinne eines Ersatzschaltbildes - denn dort
müßten sonst eher 2 R sitzen: R(ESR_int) und R(add_ext) oder so.)
HTH
Und...
floppy disk schrieb:> der ESR des Kerko
...ist rund um die Schaltfrequenz sicher so niedrig, daß Du mittels
z.B. 0,2Ohm R(ext) nicht über gesamt 0,3Ohm kommen solltest.
(Spezifikation erreicht.)
