مقاومت سری معادل (ESR) در خازن و (DCR) در سلف چیست؟

مقاومت سری معادل (ESR) در خازن و (DCR) در سلف چیست؟

خازن ها و سلف هایی که در مدارهای الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند اجزاء ایده عالی شامل تنها یک ظرفیت مشخص سلفی و خازنی نیستند و در واقعیت هرکدام یک مقدار مقاومت سری با خود دارند که به آن ESR و یا Equivalent Series Resistance گفته می شود. برای مثال این مقدار مقاومت سری معادل در یک خازن الکترولیت ۱۰۰ میکروفاراد می تواند چیزی در حدود نیم تا یک اهم باشد که با ظرفیت خازنی آن بصورت سری در مدار وجود دارد.

مدارهای الکترونیک در تئوری با مقاومت ها، سلف ها و خازن های ایده عال سرکار دارند ولی در عمل هر قطعه الکترونیک شامل یک مقدار غیر صفر از هر سه مورد مقاومت، سلف و خازن است. خاصیت های فیزیکی یک سلف و خازن باعث می شود آنها دارای مقادیر کمی مقاومت بصورت سری باشند. برای مثال سیم های پیچیده شده دور یک هسته فریت در سلف و یا متریال های مورد استفاده در ساخت خازن مانند دی الکتریک، صفحه ها و پایه های آن می توانند دارای مقدار کمی مقاومت باشند. این مقدار کم در اکثر موارد قابل چشم پوشی است ولی تحت برخی شرایط این مقدار ممکن است افزایش یابد و باعث بوجود آمدن مشکلاتی در مدار شود. البته این مقدار کم هم در مدارهایی با فرکانس بالا مانند مدارات تغذیه سوئیچینگ و مدارهای مخابراتی و مدارهایی که با جریان بالا سروکار دارند مانند منابع تغذیه و آمپلی فایرها باید در زمان طراحی مد نظر قرار گرفته شوند.

مقدار مقاومت سری معادل معمولا در دیتاشیت قطعات ذکر می شود. این مقدار برای خازن ها با عنوان ESR و یا Equivalent Series Resistance و برای سلف ها با عنوان DCR و یا DC Coil Resistance بیان می شود. مقدار ESR و DCR بوسیله دستگاه ESR Meter هم قابل اندازه گیری است. مقدار ESR با توجه به دما و فرکانس می تواند تغییر کند. بوسیله ESR متر می توان مقاومت سری معادل سلف ها و خازنهای الکترولیت را اندازه گیری کرد و از روی آن سلامت آنها را مشخص نمود. دستگاه های LCR Meter که مقادیر مقاومت، سلف و خازن را بصورت دقیق اندازه می گیرند هم معمولا مقدار مقاومت سری معادل را اندازه گیری می کنند.

خازن های الکترولیتی استفاده شده در تجهیزات الکترونیکی عمر نسبتا زیادی دارند، اما به مرور زمان دچار مشکلاتی می شوند که باعث می شود عملکرد ضعیفی از خود نشان دهند.

خازن های الکترولیتی به چند طریق عمرشان تمام می شوند:

1. دچار نشت الکتریکی می شوند و جریان DC از آنها عبور می کند که باعث ترکیدن آنها می شود .
2. مقدار ظرفیت آنها تغییر می کند.
3. با گذشت زمان به دلیل فرسوده شدن، مقاومت معادل سری (ESR) آنها افزایش می یابد.

مقدار ESR معمولا در خازن های الکترولیتی با ظرفیت بالا و ولتاژ کاری پایین (مانند ۱۰۰۰ میکروفاراد ۱۶ ولت) فقط کسری از یک اهم است، اما در خازن های با ظرفیت کم و ولتاژ کاری بالا (مانند یک میکروفاراد ۴۵۰ ولت) این مقدار بین ۲ تا ۳ اهم می باشد که با فرسوده شدن خازن افزایش می یابد. در خازن هایی با ظرفیت کم امکان دارد که این مقاومت تا ۱۰۰ برابر مقدار معمول آن تغییر کند. معمولا خازن های پلی استر و MKT دارای مقدار ESR پایین و خازن های تانتال، مولتی لایر و آلومینیومی دارای ای اس آر بالا هستند.

مهمترین عارضه افزایش ESR در خازن افزایش زمان شارژ و دشارژ آن است تا جایی که دیگر ممکن است خاصیت خازنی خود را از دست بدهد. در سلف ها نیز DCR مانع تشکیل سریع میدان مغناطیسی در آن و عبور جریان بالا می شود.

در یک خازن سنج معمولی با اینکه سعی بر این است که مقدار دقیق خازن اندازه گیری شود، اما این امر به دلیل وابسته بود آن به عوامل دیگر امکان پذیر نیست. در حالی که یک ESR متر معمولی می تواند به راحتی مقدار ESR را اندازه بگیرد؛ چون این پارامتر مستقل از ظرفیت خازن است. یک خازن ممکن است از نظر ظرفیت مشکلی نداشته باشد، اما می توانند دارای ای اس آر بالا، (خازن بد) باشند.

شما می توانید ESR هر خازنی را به طور مستقیم روی برد مدار چاپی بدون خارج کردن از برد تست کنید. فقط عمل دشارژ آنها یا تخلیه بار الکتریکی را قبل از تست انجام دهید. البته برای ممانعت از آسیب خازنها در طراحی مدار آن از دیودها برای تخلیه شارژ خازن استفاده شده است، در هر صورت بهتر است حتما عمل دشارژ یا تخلیه بار الکتریکی خازنها قبل از تست ای اس آر اجرا نمایید. برای اندازه گیری مقاومت سری معادل در سلف و یا DCR باید حداقل یک و یا هر دو پایه آن را از مدار خارج کرد.

امروزه دستگاه ESR Meter به یک دستگاه اندازه گیری مهم برای طراحان مدارهای الکترونیک و تعمیرکاران بدل شده است. یکی از کاربرد های دیگر این دستگاه در کشور ما بررسی کیفیت قطعات الکترونیک است! معمولا با بررسی ESR خازن ها و سلف ها و مقایسه مقادیر بدست آمده با جداول مقادیر استاندارد ESR می توان کیفیت یک قطعه را برآورد کرد. معمولا هر چه مقدار ESR در خازن ها و DCR در سلف ها پایین تر باشد، کیفیت قطعه بالاتر است. شما می توانید جدول مقادیر استاندارد ESR برای خازن های الکترولیت را در تصویر زیر مشاهده کنید.

متاسفانه دستگاه ESR Meter و یا LCR Meter هایی که قابلیت اندازه گیری مقدار ESR و DCR را دارند به راحتی در بازار ایران یافت نمی شوند و یا قیمت بالایی دارند. در آینده نزدیک پروژه ساخت یک ESR Meter ساده بر روی وبسایت دیجی نیک قرار خواهد گرفت.

منبع : https://diginic.net/fa/capacitor-ecr-inductor-dcr/