Als grundlegender Faktor beim Schaltungsdesign ist der äquivalente Serienwiderstand (ESR) ein Maß für alle nicht idealen Widerstände in Reihe mit einem Kondensator. Wenn mehrschichtige Keramikkondensatoren (MLCCs) einer Wechselspannung ausgesetzt werden, bei der Strom durch sie fließt, erzeugen ihre eigenen Verluste aufgrund von ESR usw. Wärme, die verschiedene Leistungs- und Zuverlässigkeitsprobleme in den heutigen komplexeren und kleineren Schaltungssystemen verursachen kann.
In ähnlicher Weise ist der Qualitätsfaktor (Q) ein wichtiger Parameter zum Messen von MLCCs. Wie der ESR ist der Qualitätsfaktor frequenzabhängig und über den gesamten Frequenzbereich schwer genau zu messen. Außerdem erfordert die damit verbundene Messarbeit eine Überprüfung der bereitgestellten Daten, sodass ein direkter Vergleich der von verschiedenen Unternehmen bereitgestellten Daten recht problematisch ist.
Eines ist jedoch sicher - der gemessene Wert hängt stark vom Widerstand der Leiterplatten, Isolationsmaterialien, Anschlüsse usw. ab. Je höher der ESR-Wert, desto höher der Energieverlust des Kondensators - siehe folgende Gleichung
wobei Rs der äquivalente Serienwiderstand ESR (in Ohm), DF der Verlustfaktor und Xc die kapazitive Reaktanz (in Ohm) ist.
Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) bestimmt auch, wie viel des Welligkeitsstroms in thermische Energie umgewandelt wird. Wie oben erwähnt, können hohe Temperaturen die Leistung des Kondensators beeinträchtigen und bei längerem Betrieb zu einer versehentlichen Beschädigung von Komponenten führen, wenn die Verlustleistung nicht richtig gehandhabt wird.
Wobei P die Verlustleistung (in Watt) ist; I ist der quadratische Mittelwert des Stroms (in Ampere); und R der äquivalente Reihenwiderstand ESR (in Ohm) ist.
Der äquivalente Serienwiderstand (ESR) kann auf zwei Arten gemessen werden.
Verwendung einer Resonanzröhre, deren Resonanzfrequenz und Bandbreite durch den Qualitätsfaktor und den ESR des Kondensators beeinflusst werden. Oder durch die Verwendung eines Impedanzanalysators für Sweep-Messungen, der eine direkte Messung der Eigenschaften ermöglicht, aber auch mehr inhärente Probleme mit schlechtem Kontakt hat.
Es sollte klar sein, dass Kapazität und Betriebsspannung die beiden bestimmenden Parameter von MLCCs sind, und eine gute Kontrolle von Materialien und Design bedeutet eine konsistente Kondensatorleistung – obwohl die tatsächlich gemessenen Werte variieren können.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass der Vergleich von Daten, die aus verschiedenen Quellen stammen oder zu unterschiedlichen Zeiten getestet wurden, möglicherweise kein wahres Bild der tatsächlichen Leistung der Komponente in der Schaltung ergibt; Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, dass die Testdaten von der in der Testvorrichtung montierten Komponente erhalten wurden und daher nicht vollständig repräsentativ für die tatsächliche Leistung der in die Schaltung gelöteten Komponenten sind.
Darüber hinaus muss die Eignung der Komponente für die betreffende Anwendung durch Bewertung der Schaltung bestätigt werden, und die ESR- und Q-Werte werden bereitgestellt, um eine Referenz für die Leistung des MLCC über einen bestimmten Betriebsfrequenzbereich bereitzustellen.
Die Kenntnis des Werts des äquivalenten Serienwiderstands (ESR) ist entscheidend, da er bestimmt, ob die Komponente für HF-Leistungsanwendungen geeignet ist. Ein zu hoher ESR-Wert führt zu einer zu hohen Eigenerwärmung durch Verluste und zum Ausfall des Bauteils durch Überhitzung. Anhand des ESR-Wertes lässt sich auch die maximale Strombelastbarkeit des Bauteils berechnen.
Es ist auch erwähnenswert, dass es bei Anwendungen mit hohem Welligkeitsstrom wichtig ist, den Effekt des äquivalenten Serienwiderstands (ESR) zu berücksichtigen - zum Beispiel in einer Reihe verwandter Anwendungen wie Elektrofahrzeugen den ESR-Wert von Filterkondensatoren und Flachstrom Kondensatoren ist eine kritische Überlegung.
