VE3KF forum

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » VE3KF forum » Источники питания. » Конденсаторы фильтров в мощных блоках питания.


Конденсаторы фильтров в мощных блоках питания.

Сообщений 1 страница 30 из 35

1

Одним из параметров качества конденсаторов (К) является ESR (Equivalent Series Resistance) и измеряется в мОм. Это сопротивление проводников, соединяющих обкладки с выводами К и ESR представляет собой последовательное сопротивление с К.  Идеальный К имеет ESR=0, но реально таких К нет.
Для мощного К очень важно, чтобы он мог заряжаться очень быстро и также быстро мог отдать энергию заряда. Это время как раз и определяется параметром ESR. Чем меньше ESR- тем лучше будет работать К. Это становится особенно важным в случае использования К в ИБП.
В качестве примера
http://www.vishay.com/docs/28345/050ped.pdf

2

VE3KF написал(а):

Чем меньше ESR- тем лучше будет работать К. Это становится особенно важным в случае использования К в ИБП.

Точно- точно... Специально делал установку для измерения внутреннего активного сопротивления. Сильно хорошие конденсаторы не хотят нам китайцы поставлять, приходится параллельно по нескольку штук ставить. Для меня критерий нормальной работы конденсаторов в готовом изделии прост- температура при работе в наихудших условиях должна находиться в пределах допустимого диапазона. Правда, слышал от ремонтников, что, якобы, при низкой частоте преобразования, и больших импульсных токах, конденсаторы быстро разрушаются, хотя, и несильно нагреваются при работе...

3

Игорь 2 написал(а):

не хотят нам китайцы поставлять, приходится параллельно по нескольку штук ставить.

С китайскими это видимо, единственный вариант.

Игорь 2 написал(а):

Правда, слышал от ремонтников, что, якобы, при низкой частоте преобразования, и больших импульсных токах, конденсаторы быстро разрушаются, хотя, и несильно нагреваются при работе...

В ИБП, по идее, ESR разогреваются сильнее, нежели для частоты 100 Гц, поэтому видимо и разрушаются в итоге.

4

VE3KF написал(а):

В ИБП, по идее, ESR разогреваются сильнее, нежели для частоты 100 Гц

Здесь есть некоторые неочевидные на первый взгляд нюансы. Например, при равенстве сопротивления потерь, в конденсаторах при одинаковой нагрузке и равном коэффициенте пульсаций на выходе выпрямителя, частота, практически не влияет на нагрев конденсатора. Естественно, это верно до тех пор, пока не начнёт существенно сказываться индуктивная составляющая входного сопротивления. По крайней мере, до 40 кГц минимум. Понятно, что для поддержания равного коэффициента пульсаций на заданной нагрузке, мы должны пропорционально увеличивать ёмкость со снижением частоты. Но, по идее, сопротивление потерь у конденсаторов бОльшей ёмкости должно быть меньше (подниму сегодня документацию- проверю). Это одна из причин нагрева с повышением рабочей частоты.
А причина бОльшего нагрева конденсаторов в ИБП, связана не только с повышением частоты, но и с бОльшими импульсными токами заряда, (при равенстве среднего тока заряда) по сравнению с работой с синусоидальным входным напряжением. А это, как несложно догадаться, дополнительные потери на внутреннем активном сопротивлении конденсатора.... Т. е нужно отдавать себе отчёт, что при той же частоте, в импульсном блоке питания, тот же самый кондесатор будет греться больше, чем в выпрямителе при работе от синусоидалльного напряжения.

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 04:23:02)

5

А вот и проанонсированный ранее измеритель параметров конденсаторов...  :flag: Несложно заметить, что это обычный УНЧ на микросхеме TDA2030 с коэффициентом усиления по напряжению 10 раз и питанием от 20 вольт. На выходе включён резистор 9.1 Ом, через который сигнал подаётся на исследуемый конденсатор, второй конец которого соединён с землёй. Установка позволяет измерить ёмкость конденсатора и его внутреннее активное сопротивление.  :cool:
Для примера, рассмотрим АЧХ, приведённые на скрине. Красная линия- АЧХ без конденсатора. Там вроде бы, всё ясно.
Оранжевая линия- АЧХ отечественного конденсатора К50-35 47 мкФ*16 вольт 1992 года выпуска.
Синяя линия- аналогичный современный конденсатор китайского производства.
Жёлтая линия- АЧХ конденсатора 100 мкФ*450 вольт (он хорошо виден на фото).

Выводы. Все испытанные конденсаторы соответствуют своему номиналу ёмкости (частота среза по уровню -3 дБ Fср=1/(2п*R*C)).
Активное сопротивление К50-35 составляет 1.01 Ом (-20 дБ), китайского- 0.54 Ом (-25 дБ), высоковольтного- 0.26 Ом (-31 дБ)....

Перегрев конденсаторов на 30 градусов снижает активное сопротивление примерно вдвое... :D  :cool:

Кроме того, промеряв все конденсаторы 330мкФ*400в и 330*450 с температурами 85 и 105 градусов, сделал вывод, что все они сделаны по одной и той же технологии, да и электролит в них при температуре 27 градусов не очень- то и различается- все они имеют R=0.1 Ом.... :D

Вывод очевиден. При равных пульсациях, равной нагрузке, и одинаковой форме переменного напряжения, с увеличением частоты нагрев конденсаторов фильтра выпрямителя будет увеличиваться. Положим, на 50 Гц нам приемлема ёмкость 1000 мкФ. Для частоты 5 кГц будет достаточно 10 мкФ, но, как подсказывает логика и мои измерения, при одинаковом конструктиве, этот конденсатор будет иметь и намного бОльшее активное сопротивление, что обязательно вызовет его нагрев. В то же время, нужно отдавать себе отчёт, что оставив неизменной ёмкость в фильтре, и просто повысив частоту питающего напряжения, мы так же вызовем дополнительный разогрев конденсатора, т. к. импульсный ток через него заметно возрастёт (при неизменном среднем токе).

увеличить

увеличить

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 09:52:14)

6

Игорь 2 написал(а):

Т. е нужно отдавать себе отчёт, что при той же частоте, в импульсном блоке питания, тот же самый кондесатор будет греться больше, чем в выпрямителе при работе от синусоидалльного напряжения.

Нагрев кондеров в ИБП будет выше, при прочих одинаковых условиях т.к. больше кол-во циклов заряд-разряд в единицу времени. Так и должно быть. Может именно поэтому стараются не применять электролиты в фильтрах ИБП, ставят танталовые.

Игорь 2 написал(а):

Перегрев конденсаторов на 30 градусов снижает активное сопротивление примерно вдвое.

Не совсем я понял физику. Перегрев должен как бы увеличивать потери  т.к. при нагреве сопротивление увеличивается.

7

VE3KF написал(а):

Нагрев кондеров в ИБП будет выше, при прочих одинаковых условиях т.к. больше кол-во циклов заряд-разряд в единицу времени.

Не, нужно отделить одно от другого.
Для начала, рассмотреть запитку выпрямителя синусоидальным напряжением. Отдать себе отчёт, что при равном сопротивлении потерь конденсатора, увеличенте частоты не вызовет дополнительного нагрева, т. к. для сохранения одного и того же коэффициента пульсаций, ёмкость фильтра нужно будет уменьшать пропорционально увеличению частоты. И, несмотря на то, что количество циклов заряд/разряд возрастёт, нагрев ПРИ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЯХ не увеличится. Но, я не зря выделил про условия- ведь я сделал допущение, что снижение ёмкости конденсатора не вызовет увеличение его внутреннего активного сопротивления. А это, увы, не так. Достаточно посмотреть на мои графики, чтобы понять, что уменьшение ёмкости втрое (330/100 мкФ) у конденсаторов одного конструктива  вызывает троекратное же увеличение R. Откуда следует, что увеличив частоту втрое, и снизив втрое же ёмкость конденсатора фильтра, мы получим второе бОльший его перегрев. И не из- за увеличения числа циклов заряд/разряд, а за счёт увеличения внутреннего сопротивления потерь конденсатора меньшей ёмкости.
И, возвращаясь к вопросу отделения мух от котлет, нужно понимать, что нередко в импульсных блоках питания конденсаторы заряжаются короткими большими импульсами тока, а это намного хуже по потерям в них, чем если бы они заряжались длинными но небольшими. Несмотря на то, что средний зарядный ток при этом одинаков, с точки зрения нагрева, первый вариант намного хуже...

8

VE3KF написал(а):

Не совсем я понял физику. Перегрев должен как бы увеличивать потери  т.к. при нагреве сопротивление увеличивается.

Проводимость электролитов растёт с ростом температуры. Можно вспомнить и о том, что при минусе, когда электролит замёрзнет, проводимость вообще обнулится... :dontknow:

увеличить

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 11:04:40)

9

Игорь 2 написал(а):

Проводимость электролитов растёт с ростом температуры.

Согласен, растут потери в электролите при нагреве.

Игорь 2 написал(а):

за счёт увеличения внутреннего сопротивления потерь конденсатора меньшей ёмкости.

Это хорошо заметно в даташит по ссылке. Вывод простой- следует выбирать как можно больше емкости, у которых заметно ниже ESR.

10

VE3KF написал(а):

Согласен, растут потери в электролите при нагреве.

Нет, неправильно. С ростом температуры проводимость электролита растёт, сопротивление- падает. И потери, соответственно, тоже падают. Эффект саморазогрева, как у биполярного транзистора, отсутствует. Я именно так написал. И в подтверждение- скрин в предыдущем посту...

11

VE3KF написал(а):

Вывод простой- следует выбирать как можно больше емкости, у которых заметно ниже ESR.

Не так всё просто. Да, с ростом ёмкости, действительно, снижается активное сопротивление. Но и интеграл за единицу времени бОльшего периода от квадрата тока, делённый на этот период времени (действующее значение тока) тоже растёт за счёт бОльшего пикового тока. А мощность потерь как раз равна произведению интеграла на активное сопротивление....
Впараллель надо ставить- тут точно без подводных камней. Где- то здесь выложены мои модули на большие мощности- там по 6 штук запараллелено в импульсниках...

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 11:58:04)

12

Параллелить это как раз самое простое решение. Так делают очень многие на практике.

Игорь 2 написал(а):

С ростом температуры проводимость электролита растёт, сопротивление- падает.

Нас всегда учили, что с ростом температуры свойства диэлектрика ухудшаются, растет ток утечки. Так значит у электролитов наоборот?

13

VE3KF написал(а):

Так значит у электролитов наоборот?

Да, у электролитов, как, кстати, и у угля и полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. Кстати, нашёл снятые характеристики для проверки морозостойкости китайских конденсаторов. Красная линия- АЧХ конденсаторов 330*400 105 градусов и 330*450 85 градусов. Вторые позиционировались, как работающие при -40 градусов. Напомню, при 25 градусах внутреннее активное сопротивление составляло 0.1 Ом. Теперь глядим на график- синяя- АЧХ "морозостойкого" конденсатора после охлаждения до -18, а малиновая- обычного. Несложно заметить, что внутреннее активное сопротивление выросло до 3 Ом, что не пролезает ни в какие ворота, и абсолютно не соответствует даташитам, где обещают возрастание не более чем в 15 раз при -25.  :dontknow:  АЧХ слегка укорочена со стороны низов...

увеличить

увеличить

14

VE3KF написал(а):

А чем объясняется рост обратного тока транзисторов с температурой, если у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает ?

Да фиг знает, думать даже неохота с обратным током, а вот градусник у меня за окном в виде диода, уже лет тридцать работает. Обратная зависимость прямого падения напряжения на диоде от температуры при запитке стабильным током в диапазоне -40...+40 градусов, практически линейна. Вот так... :crazy:

15

Кстати, когда сделал замечательное открытие о неработоспособности китайского ширпотреба при низких температурах, обратился к отечественному производителю.  :crazyfun: Купил за три копейки К50-27 1991 года выпуска, и, хотя по объёму он вдвое превышал китайского собрата, вполне мне подошёл- R25град=0.06, R-18град=0.6 Ома... :cool:

16

Игорь 2 написал(а):

вполне мне подошёл- R25град=0.06, R-18град=0.6 Ома...

неплохие параметры, хотя у нынешних ESR измеряется мОм т.е. на порядок меньше.

17

VE3KF написал(а):

неплохие параметры, хотя у нынешних ESR измеряется мОм т.е. на порядок меньше.

А типы знаете? Особенно интересуют низкотемпературные номинала 330*400 Вольт.    :|

18

Игорь 2 написал(а):

А типы знаете?

Я не делал специально поиск, но по ссылке в первом посту 330*400 В имеет ESR=0.43 Ом

19

VE3KF написал(а):

Я не делал специально поиск, но по ссылке в первом посту 330*400 В имеет ESR=0.43 Ом

Ну там дан Z на 10 кГц (0.315), что не является показателем внутреннего сопротивления потерь. У меня, с китайским конденсаторами, если глянуть на графики, меньше- Z10 кГц=0.15, а внутреннее активное сопротивление- оно на полке (f>15 кГц), и равно 0.1 при 25 градусах, и, увы, 3 Ома при -18...

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 16:31:23)

20

Игорь 2 написал(а):

Ну там дан Z на 10 кГц

третья графа справа и есть ESR для 100 Гц.

21

VE3KF написал(а):

третья графа справа и есть ESR для 100 Гц.

Во интересно! Значит, у них на 10 кГц полное сопротивление ниже, чем активное сопротивление потерь на 100 Гц!  :crazyfun: Интересно получается, это сопротивление от частоты зависит? :huh:
А как же эквивалентная схема?

увеличить

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-26 17:53:12)

22

Игорь 2 написал(а):

Значит, у них на 10 кГц полное сопротивление ниже, чем активное сопротивление потерь на 100 Гц!

Судя по таблице в даташит, это так. Емкостное сопротивление резко падает с увеличением частоты до 10 кГц. Так ведь и должно быть.

23

VE3KF написал(а):

Емкостное сопротивление резко падает с увеличением частоты до 10 кГц. Так ведь и должно быть.

Ёмкостное сопротивление, несомненно, падает. Но, судя по эквивалентной схеме из Википедии, R включено последовательно с С. Откуда и вывод, что если они его (они же его меряли на 100 Гц, или нет?) намеряли 0.43 Ома, то Z никак не может оказаться меньше этой величины. Вот о чём разговор. Или они что- то другое меряют, или мы чего- то не догоняем. Там, кстати, масса интересных графиков, отсутствующих в описании на китайские конденсаторы, я себе скопировал в документы страничку... :cool:

24

Игорь 2 написал(а):

Но, судя по эквивалентной схеме из Википедии, R включено последовательно с С. Откуда и вывод, что если они его (они же его меряли на 100 Гц, или нет?) намеряли 0.43 Ома, то Z никак не может оказаться меньше этой величины. Вот о чём разговор.

А если несколько по-другому? Они  намеряли на частоте 100 Гц общее сопротивление Z=Xc +R+XL=0.43 Ом.
R и Xc. R не изменяется при изменении частот, а вот Xc с увеличением частоты в 100  раз уменьшается в 100 раз, а XL увеличивается но не в 100 раз а чуть меньше. В результате на 10 кГц получается общее немного ниже чем, чем на 100 Гц. Там есть графики зависимости ESR от частоты. Очень они нелинейны. Может это и есть ппричина?

25

VE3KF написал(а):

А если несколько по-другому? Они  намеряли на частоте 100 Гц общее сопротивление Z=Xc +R+XL=0.43 Ом.

Исключено. На 100 Гц реактивное сопротивление конденсатора 330 мкФ равно X=1/(2*п*100*330*10^-6)=4.8 Ома...

26

Игорь 2 написал(а):

Исключено.

Ну тогда у них другая метода измерений ESR, другого не дано.
Вот одна методика
http://members.shaw.ca/swstuff/esrmeter.html

27

VE3KF написал(а):

Вот одна методика

Да они в этой методике непонятно что меряют... Ладно, беру таймаут, подумаю, как и что это Виши так чудесно измеряет...

Отредактировано Игорь 2 (2011-06-27 17:44:53)

28

Разобрался... Оказывается, специалисты Виши используют упрощённую эквивалентную схему электролитического конденсатора- у них в ней только один последовательный резистор, а параллельный они пересчитывают в последовательный, и прибавляют к истинно последовательному. Несложно понять, что подобный псевдопоследовательный конденсатор будет частотнозависимым- с понижением частоты он будет расти. Всё понятно... Извращенцы.... :dontknow:

29

...

http://s3.uploads.ru/t/bOiwa.jpg http://s2.uploads.ru/t/FL1gX.jpg http://s3.uploads.ru/t/0QMXu.jpg

30

Коллеги, позволю себе вставить свои 5 копеек в эту интересную тему касаемо БП :writing: . Есть еще такой параметр как максимальный ток пульсаций для конкретного конденсатора, максимальное разрушение происходит именно при превышении этого параметра. Кроме этого много кто не учитывает того что при выпрямлении переменного тока на емкости будет постоянное напряжение Uэфф/0,707.


Вы здесь » VE3KF forum » Источники питания. » Конденсаторы фильтров в мощных блоках питания.


Создать форум. Создать магазин