Měření impedance vybraných low-ESR kondenzátorů

[eng]

   Nedávno jsem řešil nějaký náročnější analog citlivý na zvlnění napájení. Na nízkých kmitočtech zvlnění celkem slušně potlačily regulátory a činitel PSRR operáků byl dost vysoký, takže to pro moje účely stačilo. Ale v pásmu 10 a 100 kHz mi vznikly díky indukčnostem spojů na DPS nežádoucí rezonance i přes 0.5 mV. Keramiky 10 µF zabraly až od stovek kHz, takže jsem potřeboval nějaké kondenzátory s minimem impedance v oblasti 10 a 100 kHz. Nakoupil jsem tudíž pytel různých polymerových kondenzátorů, kde výrobce udává ESR okolo 15 mΩ a proměřil jsem skutečné parametry. Mimo to jsem změřil pár dalších kousků, co byly zrovna po ruce. Níže uvedené grafy ukazují charakteristiky. Měření bylo provedeno můstkem Keysight E4980A, takže limit je 2 MHz, ale až na jednu keramiku to stačilo na nalezení rezonance. Všechna měření jsem provedl při 23 °C, takže nezaručuji použitelnost pro vyšší teploty. Nejistota měření je cca 2 mΩ v oblasti rezonance, protože je trochu oříšek s připojením k můstku. To může ovlivnit i rezonanci, protože se tady jedná o indukčnosti v řádu nH.

1. Měření

Jako první jsem zkusil dvou oblíbenou SMD keramiku v pouzdře 1210, 10 µF/25V X7R. Podobné kondíky používám jako blokováky v analogu místo tantalů. Je celkem patrné, že nejvyšší efekt mají v oblasti okolo 1 MHz. X7R dielektrikum nemá tak brutální závislost na napětí, jako Y5V, takže se zdají jako dobrá náhrada za tantaly. Měření jsem ještě zopakoval na můstku Wayne-Kerr 6530A. Ale nemám po ruce vhodné etalony na provedení load korekcí (chce to něco v podobném provedení, jako měřený kondík), takže nejistota je v rezonanci tak 4 mΩ a to samozřejmě vede k rozdílným hodnotám ESR i rezonanci.

MURATA, GCM32ER71E106KA57L, ceramic 1210, 10 µF
Obr. 1.1 - MURATA, GCM32ER71E106KA57L, keramika, SMT 1210, 10 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je někde mezi 1.5 a 2.5 MHz.

MURATA, GCM32ER71E106KA57L, ceramic 1210, 10 µF
Obr. 1.2 - MURATA, GCM32ER71E106KA57L, keramika, SMT 1210, 10 µF, 25 V. Měřeno s proudem 10 mA bez předpětí. Rezonance je někde mezi 1.5 a 2.5 MHz.

Další testovaný kondík je klasika low-ESR 820 µF/25V elektrolyt od Panasonic. Píšou na tom 135 °C, což je trochu neobvyklé a stojí cca 40 KČ. Ale parametry jsou fajn. Hlavně ta velmi široká oblast nízké impedance.

PANASONIC, EEUTP1E821, THT electrolyte, 820 µF
Obr. 1.3 - PANASONIC, EEUTP1E821, low-ESR elektrolyt, D10x25 mm, 820 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je okolo 100 kHz.

Další testovaný kousek je 33 µF SMD polymer-tantalový kondík od AVX. S těmi jsem nikdy nedělal, tak jsem jich pár vzal na vyzkoušení. Datasheet říká 60 mΩ ESR, změřeno 40 mΩ, takže asi ok.

AVX, TCJD336M025R0060, SMD polymer, 33 µF
Obr. 1.4 - AVX, TCJD336M025R0060, tantalum-polymerový, SMD velikost D, 33 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je okolo 1 MHz.

Dál jsem nakoupil pár polymerových s velmi nízkým ESR. Všechny jsou překvapivě lehké a levné. První je X-CON 180 µF/16 V za podezřelé 4 KČ. Až na to, že celá várka má kapacitu okolo 150 µF splňuje udávané ESR 13 mΩ (změřeno 11 mΩ).

X-CON, ULR187M1CF1ARRX0CR, THT polymer, 180 µF
Obr. 1.5 - X-CON, ULR187M1CF1ARRX0CR, polymerový, D8x11.5 mm, 180 µF, 16 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je okolo 220 kHz.

Jako další jsem vybral 220 µF/16 V od KEMETu a ten je překvapivě ještě menší. Datasheet říká ESR 14 mΩ, změřeno 10 mΩ. Cena je asi 7 KČ. Kapacita u tohoto typu souhlasí.

KEMET, A750EK227M1CAAE016, THT polymer, 220 µF
Fig. 1.6 - KEMET, A750EK227M1CAAE016, polymerový, D6.3x8 mm, 220 µF, 16 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je okolo 180 kHz.

Posledním testovaným je SMD 150 µF/16 V od SAMWHA. Je trochu větší, datasheet říká ESR 30 mΩ, změřeno 12 mΩ, takže asi ok. I kapacita souhlasí. Cena byla cca 5 KČ.

SAMWHA, FA1C157M10079VR, SMD polymer, 150 µF
Fig. 1.7 - SAMWHA, FA1C157M10079VR, polymerový, SMD D10x8 mm, 220 µF, 16 V. Měřeno s proudem 50 mA a DC napětím 10 V. Rezonance je okolo 260 kHz.


Aktualizace 10.2.2017: Potřeboval jsem pár kondenzátorů vyšších kapacit na vyšší napětí, tak jsem nakoupil a otestoval další várku. První kousek je THT 560 µF/25 V od Kemetu. Udávané ESR je 15 mΩ, změřené pod 8 mΩ. Cena je tak 18 KČ. Rezonance je i přes vysokou kapacitu dost vysoko.

KEMET, A750MS567M1EAAE015, THT polymer, 560 µF
Fig. 1.8 - KEMET, A750MS567M1EAAE015, polymer, THT D10x12 mm, 560 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a předpětím 10 V. Rezonance je cca 180 kHz.

Další kousek je malý kondík THT 47 µF/25 V od Kemetu. Udávané ESR je 40 mΩ, ale změřeno pod 10 mΩ, takže by mě celkem zajímal důvod pro tak pesimistický katalogový údaj. Cena je 7 KČ. Rezonance je celkem vysoko a užitečné pásmo malé impedance je celkem úzké.

KEMET, A750EK476M1EAAE040, THT polymer, 47 µF
Fig. 1.9 - KEMET, A750EK476M1EAAE040, polymer, THT D6x8 mm, 47 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a předpětím 10 V. Rezonance je cca 450 kHz.

Další typ je 180 µF/25 V od Elite. Datesheet udává ESR 16 mΩ, ale změřil jsem na všech kusech cca 24 mΩ, takže konečně jeden typ, co nesplnil specifikaci. :-) Ale je za pakatel (7 KČ). Díky vyššímu ESR má celkem široké pásmo konstantní impedance.

Elite, UPE1E181MNN0811, THT polymer, 180 µF
Fig. 1.10 - Elite, UPE1E181MNN0811, polymer, THT D8x11 mm, 180 µF, 25 V. Měřeno s proudem 50 mA a předpětím 10 V. Rezonance je přibližně 250 kHz.

Poslední kousek z této várky je macek 820 µF/16 V od Elite. Udávají ESR 12 mΩ, změřil jsem cca 9 mΩ a je opět za pakatel (9 KČ). I přes k vysokou kapacitu má rezonanci nad 100 kHz.

Elite, UPE1C821MNN1012, THT polymer, 820 µF
Fig. 1.11 - Elite, UPE1C821MNN1012, polymer, THT D10x12 mm, 820 µF, 16 V. Měřeno s proudem 50 mA a předpětím 10 V. Rezonance je okolo 100 kHz.


2. Závěr

Nemám tušení, jak se testované kondenzátory chovají při vyšších teplotách a při zatížení vysokými proudy ani jaká bude životnost. Nicméně pro účely blokování napájecího napětí analogových obvodů při rozumných teplotách se zdají být ideální. Zejména poslední testované mají za těch pár korun skutečně zajímavé parametry.


(c) 2017, Stanislav Mašláň - All rights reserved.

Last update: 21.1.2017 Up
webzdarma.cz