ผลกระทบของ ESR (ความต้านทานแบบอนุกรมที่เทียบเท่า) ต่อประสิทธิภาพ

ESR แสดงถึงการสูญเสียที่เทียบเท่าของตัวเก็บประจุในสภาวะ AC ในตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรไลติกโพลีเมอร์ที่นำไฟฟ้าได้ ESR มักจะต่ำ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบพลังงานและการตอบสนองชั่วขณะ

ผลกระทบหลัก:

• การลดการกระเพื่อม / เสียงรบกวนจากเอาต์พุต

  สำหรับตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าประเภทบัคที่ทำงานใน CCM โดยสมมติว่ามีการกระเพื่อมของกระแสเหนี่ยวนำที่เป็นรูปสามเหลี่ยมและการประมาณค่าจุดสูงสุดถึงจุดต่ำสุด (p-p) แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมจากเอาต์พุตสามารถประมาณได้จากสามส่วนประกอบต่อไปนี้:

  ΔI_L คือกระแสที่มีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดถึงต่ำสุดในตัวเหนี่ยวนำ, f_s คือความถี่ในการสลับ, และ C คือความจุเอาต์พุตที่มีประสิทธิภาพ.

  • องค์ประกอบแบบสัมผัส (ประมาณการโดยสมการต่อไปนี้):

    ΔV_C = ΔI_L / (8 ⋅ f_s ⋅ C)

  • องค์ประกอบ ESR (ประมาณการโดยสมการต่อไปนี้):

    ΔV_ESR = ΔI_L ⋅ ESR

  • องค์ประกอบ ESL (ประมาณการโดยสมการต่อไปนี้):

    ΔV_ESL = ESL ⋅ di/dt

  ดังนั้น ในการใช้งานเช่นขั้นตอนการส่งออกของแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดและการแยกพลังงาน CPU/GPU ค่า ESR ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดการกระเพื่อมและสัญญาณรบกวนได้โดยทั่วไป.

• โหลดการตอบสนองชั่วคราว

  ในระหว่างขั้นตอนกระแสโหลด การลดแรงดันไฟฟ้าในทันทีที่เกิดจาก ESR ประมาณว่า:

  ΔV_ESR = ΔI ⋅ ESR

  (ที่ซึ่ง ΔI คือขนาดของการเปลี่ยนแปลงกระแสโหลด)

  ESR ที่ต่ำกว่าจะช่วยลดการตกของแรงดันชั่วคราวและทำให้แรงดันขาออกมีเสถียรภาพ.

• การทำให้ร้อนเองและประสิทธิภาพ

  การสูญเสียพลังงานของตัวเก็บประจุสามารถประมาณได้ว่า:

  การ_{สูญเสีย} = I_rms² ⋅ ESR

  (ที่ไหน I_rms คือกระแสริปเปิล RMS)

  การลด ESR จะช่วยลดการสร้างความร้อนภายในอย่างมีนัยสำคัญและเป็นสิ่งสำคัญต่ออายุการใช้งานและความเชื่อถือได้.

ผลกระทบของกระแสริปเปิลต่อประสิทธิภาพ

กระแสริปเปิลที่ระบุแสดงถึงกระแส AC ที่ตัวเก็บประจุสามารถทนต่อได้อย่างต่อเนื่องภายใต้เงื่อนไขความถี่และอุณหภูมิที่กำหนด สาเหตุหลักที่ทำให้เรื่องนี้สำคัญคือกระแสริปเปิลทำให้เกิดการสูญเสียภายในและความร้อน.

ผลกระทบหลัก:

• การเกิดความร้อนและอายุการใช้งาน

  การให้ความร้อนภายในส่วนใหญ่เกิดจากการสูญเสีย ESR:

  การ_{สูญเสีย} = I_rms² ⋅ ESR

  ภายในขนาดและชุดที่กำหนด ความสามารถในการรับกระแสริ้วจะถูกจำกัด.กระแสริปเปิลที่กำหนดแสดงถึงขีดจำกัดสูงสุดที่สามารถทนได้ในขณะที่ยังคงการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและความเครียดของวัสดุให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้.หากกระแสริปเปิลที่กำหนดเกินในระยะเวลานาน อุณหภูมิของส่วนประกอบจะสูงขึ้นและอายุการใช้งานจะลดลงอย่างรวดเร็ว.

  การทำงานในระยะยาวภายใต้กระแสริปเปิลสูงอาจทำให้เกิด:

  • การเปลี่ยนแปลงลักษณะไฟฟ้า (การเปลี่ยนแปลงใน ESR หรืออิมพีแดนซ์)
  • การเปลี่ยนแปลงในกระแสรั่ว
  • การเสื่อมสภาพของซีล ขั้วต่อ หรือพื้นผิวอิเล็กโทรดเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

  ผลิตภัณฑ์โพลีเมอร์มีข้อดีในเรื่อง ESR ต่ำ แต่ประสิทธิภาพความเชื่อถือได้ของพวกเขายังคง受到ผลกระทบจากกระแสริ้วที่แท้จริง อุณหภูมิแวดล้อม และสภาพการระบายความร้อน.สำหรับแพ็คเกจขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นกระแสสูง ให้ยืนยันสภาพการทำงานจริงและรักษาอัตรากำไรในการออกแบบที่เพียงพอ.

ผลกระทบของอุณหภูมิที่กำหนดต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน

อุณหภูมิที่ระบุคืออุณหภูมิแวดล้อมหรืออุณหภูมิของเคสสูงสุด (ตามที่กำหนดในแผ่นข้อมูล) ที่ตัวเก็บประจุสามารถตอบสนองต่อการจัดอันดับอายุการใช้งานที่ระบุ เช่น 105°C / 2000 ชม. หรือ 125°C / 2000 ชม. ภายใต้แรงดันที่ระบุและเงื่อนไขกระแสไฟฟ้ารบกวนที่กำหนด.

ผลกระทบหลัก:

• อายุการใช้งานและอุณหภูมิตามความสัมพันธ์เชิงเอ็กซ์โพเนนเชียล

  อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุโดยทั่วไปจะตามแบบจำลองการเร่งความเร็วแบบอาร์เรนีอุส.โดยทั่วไปแล้ว ซีรีส์ไฮบริดมักจะถูกประเมินโดยใช้กฎอายุประมาณ 2 เท่าสำหรับทุกการลดลง 10°C ในขณะที่บางซีรีส์โพลีเมอร์ที่นำไฟฟ้าสูงอาจใช้กฎอายุประมาณ 10 เท่าสำหรับทุกการลดลง 20°C.

  • Solid conductive polymer: lifetime is approximately ×10 for every 20°C decrease in temperature.

    ล_จริง = ล_{จัดอันดับ} ⋅ 10^{(ท_{จัดอันดับ} - ต_จริง) / 20}

    ตัวอย่าง: ตัวเก็บประจุโพลีเมอร์นำไฟฟ้าชนิดแข็งที่มีพิกัดอุณหภูมิ 105°C / 1,000 ชั่วโมงอาจใช้งานได้ประมาณ 10,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิตัวตัวเก็บประจุ 85°C และประมาณ 100,000 ชั่วโมงที่ 65°C

  • Hybrid: lifetime is approximately ×2 for every 10°C decrease in temperature.

    ล_จริง = ล_{จัดอันดับ} ⋅ 2^{(ท_{จัดอันดับ} - ต_จริง) / 10}

    ตัวอย่าง: ตัวเก็บประจุแบบไฮบริดพิกัดที่ 105°C / 1,000 ชั่วโมงอาจใช้งานได้ประมาณ 4,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิร่างกายของตัวเก็บประจุที่ 85°C และประมาณ 16,000 ชั่วโมงที่ 65°C

  ดังนั้น ตัวเก็บประจุเดียวกันสามารถมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่ามากที่อุณหภูมิการทำงานจริงที่ต่ำกว่าที่กำหนดไว้.

ข้างต้นเป็นวิธีการประมาณการทางวิศวกรรมที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการประเมินการออกแบบเบื้องต้น ประสิทธิภาพการใช้งานจริงจะยังคงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงาน กระแสไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ การกระจายความร้อน และสภาพแวดล้อมในการใช้งาน.