Hoe werkt een low-ESR elco?

Ik denk dat je een "low ESR" elco bedoelt.

Natuurlijk zijn elco's niet allemaal hetzelfde, de fabrikant kan bij het ontwerp optimaliseren voor een lagere kostprijs, lagere ESR, hogere capaciteit, etc.

Voor een echt lage ESR (en bijbehorende hoge rimpelstroom) kun je eens kijken naar aluminium-polymeer elco's; vergeleken met andere elco's hebben ze een vrij kleine capaciteit in een gegeven formaat, maar ze kunnen wel veel meer stroom verwerken zonder te heet te worden.

Wat is een ESR elco? Bedoel je low ESR misschien?

Het enige wat ik kan bedenken is hetzelfde als met cilindrische lithium-cellen: als je daarin alles heel krap oprolt, krijg je een cel met grote capaciteit, maar hoge inwendige weerstand.

Als je voor meer dwarsverbindingen naar de aansluitingen van je cel zorgt heb je minder ruimte om een cel met grote capaciteit te maken, maar wel een cel met erg lage inwendige weerstand (En dus bestand tegen het leveren van enorm hoge ontlaadstromen).

Ik gok dat dat bij elco's ongeveer hetzelfde werkt.

EDIT: te laat

Het elektrolyt is (ook) anders.

Zover ik weet daalt de capaciteit en stijgt de ESR met name door uitdrogen van de elco.
Vooral de chinese ali brol is daar bekend om.
Maar hoe een en ander werkt, en wat de versrchillen zijn ben ik ook wel benieuwd naar!

Sorry, ik vergat dat 'low' doordat dat in het inspirerende topic ook niet stond. Beetje gaar, maar dat is door vermoeidheid.

Ik denk dat @weardguy een goede vingerwijzing gaf, maar de constructie maakt hij mij net echt duidelijk.

Wie?

Ik dacht bovendien dat low ESR speciale series zijn, terwijl 'medium en high' ESR weer andere voordelen bieden, juist door die hogere R_i

Elke elco, zelfs iedere condensator heeft een Equivalent Series Resistance. Die weerstand is het reële deel van de complexe impedantie die een condensator is. Ze hebben ook zelfinductie (ESL) Die ESR is frequentie afhankelijk en bestaat uit de weerstand van bv de pootjes en interne aansluitstrips, electrolyte, maar ook is er verlies door skineffect.

De fabrikant geeft de ESR niet op (Behalve bij sommige SMD elcotjes) maar de tan delta, de verlieshoek tan d. Dat is de polaire notatie als ik het goed heb. Maar dat getal is gelijk aan de Dissipatie factor (D of DF) Dat is de ratio tussen het reële deel en het imaginaire deel van de impedantie. Het imaginaire deel is de reactantie Xc direct om te rekenen naar de capaciteit. Het reële deel is de ESR.

Een low ESR elco is een marketing kreet. Een low ESR van merk X kan een hogere ESR hebben dan een gewone elco van merk Y. De elco's in oude meetapparatuur zijn vaak lager in ESR als vele moderne low-ESR versies.

Ik denk dat elco's altijd al low ESR waren, oa doordat ze groter waren, maar daardoor ook een hogere ESL. Tot die dingen steeds goedkoper en kleiner moesten worden bij hogere C en steeds slechter werden, vooral de Chinese merken ruim vertegenwoordigd in de meeste consumenten ellende. Daardoor kwam er weer behoefte aan betere elco's voor SMPS's. Vooral de Chinezen gingen dat low ESR noemen omdat ze nu eenmaal graag specs zwaar overdrijven. Daarna moesten ook betere merken wel de kreet low ESR gaan gebruiken. Beetje wazig want een ontwerper van electronica kijkt daar toch niet naar. Die heeft liever harde cijfers want die weet de theorie, dus hij weet dat hij naar tan d moet kijken en niet naar de kreet Low ESR. Maar ja, de marketing jongens bepalen hoe het gepromoot moet worden. Dus zitten we met de kreet low ESR

Ha Tidak Ada,

Een lage ESR/ESL verkrijgen we door materialen te gebruiken die weinig stress onder de werk omstandigheden opleveren.
De ESR is een direct gevolg van de elektrische verliezen veroorzaakt de metalen en het diëlektricum wat gebruikt wordt,
de ESR waarde is niet constant.
Het is niet gemakkelijk om uit een standaard data sheet een goed beeld te vormen, er is veel mist en de commercie speelt een duidelijke rol hierin

De verliezen variëren over de tijd/lading en temperatuur dit heeft alles te maken met de diverse oorzaken die een stempel op het ESR getal drukken.
Zo is bijvoorbeeld bij een hogere temperatuur de ESR van een condensator klein tot zelfs verwaarloosbaar maar,
de levensduur neemt daarentegen af.

De condensatoren uit de jaren 70 (Philips blauw) hebben een lage ESR die vandaag de dag niet meer geëvenaard wordt,
Bijna alle films worden in India gemaakt ook van Wima.... in Duitsland worden de folies op de juiste waarde geknipt en gerold / ingekapseld.
Nu is India niet het schoonste land op deze planeet ik denk dat de kwaliteit zeer sterk varieert,
de eindcontrole van de folies is dus zeer belangrijk daar zit hem het verschil tussen de merken kwaliteit / prijs.....

Groet,
Henk.

Duidelijk

Mijn "simpel" verklaring is:

Je hebt een rol dun alufolie wat 1 van de elektroden vormt. Hoe dunner je dat folie maakt hoe meer laagjes folie je kwijt kunt, maar hoe hoeger de weerstand van de poot-van-de-elko naar "waar het condensatorgebeuren echt plaatsvindt".

Dus door dikker alufolie te gebruiken maak je die weerstand lager.

Als jij zomaar een elko-fabrike opzet, dan zal je vast ook nog naar wat andere dingen moeten kijken om zomaar "low-esr" te gaan produceren, maar voor makkelijk begrip is dit de handige uitleg (waar vast een grond-van-waarheid inzit).

't Is dus feitelijk meer een kwaliteitskenmerk dan een specifiek type elco

Ha Tidak Ada,

Dat is weer iets te kort door de bocht maar, je moet zelf goed kijken naar je toepassing.
Heel vaak is een low ESR op de verkeerde plaats vragen om problemen.
Door de relatieve hoge q in samenwerking met de bedrading L creëer je in no time een resonantie punt,
mijn advies je kunt een low ESR alleen met een weerstandje gebruiken voor de demping.....
Vergeet niet het leeuwendeel van de ESR is een impedantie een heel klein deel is wat @rew beschrijft bijna te verwaarlozen 0,003 Ω de Z is veel groter en dus frequentie afhankelijk.
Deze verliezen zijn diëlektrische verliezen veroorzaakt door het dipool moment verder ontstaan er Wervelstromen (Eddy Current).
Een lage ESR condensator is dun maar lang kijk maar op die plaatsen waar ze gebruikt worden.

Groet,
Henk.

Of je een low-ESR elco nodig hebt hangt hoofdzakelijk van de gebruikte frequentie af...
Op netspanning (100-120Hz na gelijkrichting) is een 'gewone' elco prima. Bij een SMPS met frequenties van 50kHz of (veel) hoger is een low-ESR noodzakelijk.

Door de hoge laad/ontlaad frequentie wordt een gewone elco in een SMPS veel te heet door zijn hoge ESR.
(vergelijk het met je handen over elkaar wrijven: hoe sneller je dat doet, hoe heter je handen worden)

Dat klopt toch niet helemaal. Als je op de netfrequentie flinke stromen trekt, krijgt de elco het net zo goed flink voor de kiezen en moet je een lage impedantie hebben. Alleen voor netspanningsgebruik heet een low-ESR elco vaak een high ripple current elco.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op maandag 19 augustus 2024 14:55:11 (37%)]

Ik word steeds wijzer

Low is nergens gedefinieerd. Dus het is op zichzelf een loze kreet.

Het heeft pas betekenis als een fabrikant bv zegt, we hebben nu een range low ESR elco's met een veel lagere ESR als onze andere series. Dan weet je dat je niet alle datasheets van dat merk door hoeft te worstelen. Het is dan aan de gebruiker om te bepalen welke ESR hij nodig heeft. Maar het zegt niets over andere merken.

Als merk A een D van 0,01 heeft als low ESR en 0,1 als gewoon. Dan kan merk B zijn low ESR best 0,1 zijn en zijn gewone een D van 0,5 hebben. (Tidak, D is wat op jou Marconi meetbrug werd gebruikt. Je zoekt steeds het minimum door beurtelings aan de C en D knop te draaien tot de meter 0 aanwijst)

Meestal zijn de beste elco's voor een smps van een fabrikant de 105 graden elco's en die zijn uit zijn assortiment meestal degene met de laagste ESR.

Hele lage ESR is belangrijk bij hoge stromen op hoge frequenties. Ook de ESL is dan van belang. Maar er zijn ook situaties waar het allemaal niks uitmaakt of zelfs averechts kan werken.

Het is ook niet zo zwart wit, de gemiddelde prijsgevoelige consumenten electronica werkt nog steeds een paar jaar met vaak nogal twijfelachtige kwaliteit elco's die waarschijnlijk absoluut gezien niet uitblonken in ESR en tegen de tijd dat het apparaat echt niet meer aan wil dankzij de elco's dan waren ze al heel lang geen low ESR meer. Vaak wordt er dan gezegd dat je er Panasonics ofzo in moet zetten omdat je anders over een paar maanden weer de klos bent maar dat is overdreven. Met de zelfde troep als er inzat zal de vervanger het grofweg weer net zo lang uithouden.

Om het nog lastiger te maken maar voor degene met een echte LCR meter wat eenvoudiger om te begrijpen wat je nu meet.

Je hebt 2 meet modes. Cs en Cp (zo ook Ls en Lc). De eerste is ESR met Capaciteit in serie. Bij de tweede staat de weerstand parallel. Dat wordt ook wel (Ik vind foutief) de lekweerstand genoemd.

Het zijn gewoon twee vervangmodellen om mee te meten en rekenen. Cs is gelijk aan Cp als D verwaarloosbaar klein is. Cp gebruik je bij lage waarden (pF, nF) Dit om dat de potmeter die gebruikt werd voor het nullen te groot moest worden omdat de ESR van lage waarden condensators veel hoger is dan veel mensen denken. Daarom werd daarvoor een andere opstelling bedacht en dat werd Cp. In werkelijkheid staat er geen weerstand over, het is puur een rekenmodel en meetmethode.

D = tan delta = 1/Q = om te rekenen naar ESR D is de dissipatie factor want een pure reactantie dissipeert geen reëel vermogen, de ESR wel, vandaar DF, meestal gekort tot D. Het is tevens een reken parameter want als je D en C weet dan kun je de reactantie berekenen en dan samen met ESR D want D is de ratio tussen D en Xc. Zoals REW hieronder terecht opmerkt is D (en afgeleiden) frequentie afhankelijk.

Cs is een impedantie meting en bestaat uit een weerstand en reactantie, Z = Rs+jX (capaciteit is negatief, dus bv Z=0,5 ohm+-3ohm wat je dan schrijft als Z=Rs-jXc)

Cp is een Admittance meting en bestaat uit een geleiding(conductance) en reactantie, Y=G+jXc (Ofwel begrijpelijker Y=Rp-jXc) die - voor capaciteit, een zelfinductie is positief)

Op maandag 19 augustus 2024 13:40:45 schreef Tidak Ada:
't Is dus feitelijk meer een kwaliteitskenmerk dan een specifiek type elco

Daar ben ik het niet mee eens... Iedereen wil zo veel mogelijk "C" in een elco van zo klein mogelijk formaat tegen zo laag mogelijke kosten. Een "niet-low-ESR" condensator kan dan prima zijn.

Gewoon omdat je de lage ESR niet nodig hebt (zou overbodig zijn als ie het wel heeft) en de andere optimalisaties (klein, hoge-C, lage kosten) voor jou toepassing belangrijker zijn.

@Fred, voor in een datasheet kan je makkelijk D= tan δ = xxx bij zoveel kHz specificeren.

Maar waar ik in geinteresseerd ben is een parameter van het DUT wat binnen redelijke grenzen ongeveer constant is. Dan kan ik een model maken van het device en berekenen wat ik van m'n elko kan verwachten als ik niet precies op de gespecificeerde frequentie zit.

Wat heb ik aan een D = 0.1 bij 100kHz als mijn DCDC converter op 101 kHz draait? In theorie: Helemaal niets. Sure in de praktijk zal het er dicht bij zitten. En als mijn DCDC converter op 500kHz draait? Is die D dan 5x kleiner? Of is ie hetzelfde?

De fabrikanten schrijven de datasheets zodanig dat je het component mag terugsturen als ie niet aan de specs voldoet (volgens de gespecificeerde meetmethoden), maar richting zich de laatste tijd zich te weinig op bruikbare parameters voor de gebruikers.

Wat heb ik aan een D = 0.1 bij 100kHz als mijn DCDC converter op 101 kHz draait? In theorie: Helemaal niets. Sure in de praktijk zal het er dicht bij zitten. En als mijn DCDC converter op 500kHz draait? Is die D dan 5x kleiner? Of is ie hetzelfde?

Wat je er aan hebt is aan jou om te beslissen. Als het zo precies komt zul je moeten meten. Moderne professionele LCR meters kunnen vaak 500 kHz aan, sommige nog veel hoger.

D is de ratio tussen reactantie en weerstand. Als de frequentie verandert, verandert dus ook Xc en verandert D dus ook. De Xc van een 100 uF is op 100kHz 0,0159 ohm. Als de ESR 1 ohm is op 100 kHz dan is D 63. Misschien is het begrip verlieshoek voor jou beter te begrijpen ? Dan gebruik je de polaire notatie.

Als je dan op 500 kHz kijkt dan wordt Xc 5x zo laag (0,003183) en stel dat de ESR nog steeds 1 ohm is dan wordt D 5x zo hoog, ofwel 314 (Idioot groot maar 1 ohm is ook erg hoog op 500 kHz

Als ik goed reken want ik gooi bij formules altijd wel iets door elkaar en ik zie dat niet aan de uitkomst. Ik zoek het normaal voor de zekerheid op in GR manuals waar al die formules staan maar doe het nu uit mijn hoofd.

Een goede 100 uF kan op 100 Hz een D van 0,05 hebben.

Dit in theorie, omdat componenten van beide grootheden frequentie afhankelijke elementen hebben zul je moeten meten als het echt heel precies komt. Moeilijk is dat niet, vroeger sloot je een functie gen op je meetbrug aan, tegenwoordig hebben LCR meters vrij grote frequentie bereiken maar soms moet je naar een meer hoog frequente impedantie meter of VNA toe of het in situ testen in je schakeling.

In moderne datasheets staat meer dan in oude. Men geeft de impedantie op op 100 kHz. Je weet C dus de theoretische Xc en daarmee kun je de rest weer berekenen. Hoe hoger de frequentie, hoe meer condensators van hun theoretisch waarden gaan afwijken en de meer het (correct) meten belangrijker wordt.

Op maandag 19 augustus 2024 15:57:53 schreef fred101:
Meestal zijn de beste elco's voor een smps van een fabrikant de 105 graden elco's en die zijn uit zijn assortiment meestal degene met de laagste ESR.

Ik denk opzich dat 'meestal' de lading wel dekt (bij Panasonic is de uitzondering de NHG reeks, met de impedantie van een slappe vaatdoek), maar het ueberhaupt associeeren van 105 graden met low-ESR is wel altijd een gruwelijke instinker geweest. Een hele generatie (vermoedelijk vooral amateur en semiprofessionele) reparateurs is opgegroeid met het Nedis mantra. Die hadden gewone elco's en 105 graden elco's. Die waren soms wel en soms niet low ESR want wisten zij veel? Maar als je dus een schakelende voeding wilde repareren, moest je 105 graden elco's hebben, want dat was de enige en belangrijkste gedocumenteerde eigenschap....

Op maandag 19 augustus 2024 17:11:30 schreef fred101:
[...]

Wat je er aan hebt is aan jou om te beslissen. Als het zo precies komt zul je moeten meten. Moderne professionele LCR meters kunnen vaak 500 kHz aan, sommige nog veel hoger..

En jij denkt dat ik 50 verschillende condensatoren ga lopen kopen om ze allemaal hier op de pijnbank te leggen?????

D is de ratio tussen reactantie en weerstand. Als de frequentie verandert, verandert dus ook Xc en verandert D dus ook. De Xc van een 100 uF is op 100kHz 0,0159 ohm. Als de ESR 1 ohm is op 100 kHz dan is D 63. Misschien is het begrip verlieshoek voor jou beter te begrijpen ? Dan gebruik je de polaire notatie.

Ik snap "D" en tan delta en zo heus wel.

Maar als jij zegt dat het opgegeven getal sterk afhankelijk is van de frequentie dan... en dat is de crux van mijn betoog... is dat dus een fout getal om op te geven.

Vergelijk het met "Deze Condensator heeft een impedantie (|Z|) van 1 ohm bij 100kHz". Dat geef je niet op. Het getal, de "capaciteit" is redelijke omschrijving van "de impedantie" bij een aardig bereik aan frequenties.

Ik zou willen dat de fabrikant zegt "Iedere laad-ontlaad-cycle van onze condensator verlies je 5% van de energie, ongeacht de stroom". Dat is dus een D van 0.05 volgens mij. Maar dat model is volgens mij helemaal niet de waarheid. Ik vermoed dat ook jou model met veranderende D met frequentie niet echt klopt.

Ik wil nog altijd een keer een STM32 met DAC en ADC aan een condensator hangen om gewoon over een groot frequentiebereik te kunnen meten wat zo'n ding doet. En dan dus gewoon direct de stroom-spanning lissayous meten.

Ha rew,

Maar als jij zegt dat het opgegeven getal sterk afhankelijk is van de frequentie dan... en dat is de crux van mijn betoog... is dat dus een fout getal om op te geven.

De fabrikant geeft ook de meetfrequentie op 10 kHz of 100 kHz waarom niet hoger omdat naarmate de frequentie hoger wordt er geen verschil is tussen standaard en low ESR.
Het is domweg niet te realiseren en, het heeft ook helemaal geen zin de winst is nauwelijks meer aanwezig.

De ESR = δ / ε W² C

Hier komt de frequentie in voor (W) dus is de uitkomst frequentie afhankelijk....
Het getal wat de capaciteit vertegenwoordigt is niet afhankelijk van de frequentie maar van de lading (energie) die bewaard kan worden.

Groet,
Henk.

@rew:
Kwaliteit is een algemeen woord, dat o.a. voor 'eigenschap' staat.
Jij hebt bijvoorbeeld je kwaliteiten en ik heb de mijne. Die kwaliteiten hoeven niet gelijk te zijn zonder enig waardeoordeel.
Slecht en goed zijn weliswaar ook kwaliteiten, maar dat bedoelde ik in dit geval niet.

mijn advies je kunt een low ESR alleen met een weerstandje gebruiken voor de demping.....

Toch niet altijd?

In een SMPS voeding zit er een vaak een elco aan de uitgang. De rimpelspanning van de uitgang is dan de stroom x de ESR. Voor een lage rimpelspanning is een goede elco dan wel belangrijk.

Als je elco vergelijkt met keramische condensatoren hebben die laatste vaak een nog lagere ESR.

Ha benleentje,

Ja dat is altijd het beste ik heb hier verleden jaar voor @rob040 een onderzoek naar gedaan ook de reken methode.
Kijk even naar het draadje van @rob040 ik benoem daar een aantal punten.
Om dit geheel te duiden gaat dit topic van @Tidak Ada teveel afwijken....

De beste condensatoren op dit moment zijn Tantalum multi-anode maar ook het uitleggen van multi-anode gaat te ver afwijken van de vraag.
Belangrijk is te onthouden dat als je een lage ESR condensator kiest de fabrikant de meetfrequentie en temperatuur opgeeft.
Anders kom je in het moeras van @rew terecht het meten van de diëlektrische eigenschappen heeft niets met een condensator te maken,
het kan ook een kabel zijn, het zijn materiaal eigenschappen !!
Het is dan ook een heel ander domein hier spelen dipool moment en magnetisch vervorming een rol,
deze bepalen het verlies van de opgeslagen energie.
Dit heeft niets met de capaciteit te maken maar, er is uiteraard empirisch een relatie te leggen denk aan de wet van Ohm....

Groet,
Henk.