Realistické RC modely

Ako je to s tým (Low)ESR u (elektrolytických) kondenzátorov?

Nuž, aby sme vám pravdu povedali, tak sme v rozpakoch.

Jednoznačnú odpoveď pre vás nemáme.

Overovacím meraním sme pôvodnú teóriu, že bežné (elektrolytické) kondenzátory majú „nejaký“ ESR a Low ESR kondenzátory ho majú výrazne (násobne, či rádovo) menší, sme nepotvrdili.

Ale všetko zlé je na niečo dobré: zistili sme, že „obyčajné“ (teda nie Low ESR) elektrolytické kondenzátory vôbec nie sú také zlé (čo sa ESR týka), aby sme ich zatracovali a na ich úkor na piedestál slávy stavali tie „ospevované“ Low ESR.

autor: Janko O.

Najprv by sme si mali ozrejmiť, čo to to ESR vlastne je.

ESR je skratka z anglického Equivalent Series Resistance, čiže ekvivalentný (zodpovedajúci) sériový odpor. Ide o to, že kondenzátor, rovnako ako akákoľvek súčiastka, nie je ideálny, ale má nejaké svoje „nedostatky“. A v určitej zjednodušenej úvahe je možné povedať, že najvýraznejším „nedostatkom“ kondenzátorov je ich stratový odpor, ktorý môžeme interpretovať ako paralelný - R_P (čo nás zaujíma napr. v rezonančných obvodoch), ale pre elektrolytické kondenzátory je výstižnejšia jeho interpretácia ako odpor sériový - R_S.

Tento sériový odpor (ESR) je vlastnosť kondenzátorov a nemôžeme sa ho nijako zbaviť, maximálne sa výrobcovia môžu snažiť ho minimalizovať, čo však zvyšuje cenu takejto súčiastky.

Pretože tento ESR spôsobuje, že ak kondenzátor použijeme na filtrovanie v zdroji alebo na blokovanie nežiadúcich napäťových výkyvov (napr. v palubnom napájaní prijímača a serv (5V)), tak „vďaka“ ESR tá filtrácia nebude dokonalá a zdroj bude trochu „brumieť“ (toto je oficiálny výraz pre tento jav) a ani blokovanie nebude dokonalé a chtiac-nechtiac nám v obvode nejaké nežiadúce napäťové výkyvy zostanú.

Legenda:

Minulý týždeň mi volal náš modelársky kolega a dobrý kamarát Radek P., či by som mu neporadil s „blokovaním“ (už je to tu! ) pomerne dlhého silového vedenia medzi regulátorom a LiPolkou 12S.

Podľa rôznych odporúčaní by toto vedenie malo byť čo najkratšie – max. 30cm a ak je dlhšie, tak každých 25 až 30cm by malo byť „nejako“ blokované.

Toto všetko Radek vedel, odo mňa chcel vedieť len to, že AKO.

A tak som mu začal „sypať“: elektrolytické kondenzátory na napätie aspoň 63V, čo najvyššej kapacity – aspoň 470uF a vyhotovenie Low ESR.

Keď si toto zapisoval, tak sa Radek zarazil: „A to je čo?“

A tak som mu odrecitoval zhruba to, čo je v úvode tohto článku, len trochu „kvetnatejšie“. A aj som mu spomenul, kde sa v obvode elektropohonu napäťové výkyvy berú, čo ich spôsobuje a čo (zlé) môžu spôsobiť (ak ich nebudeme blokovať).

Aj som mu dal tip, kde vo Zvolene by sa to malo dať kúpiť. (Predajňa Thorn).

Lenže ouvej, o pár dní mi Radek volal, že to v Thorne nemajú, jedine že by kúpil 1000 kusov, tak mu to objednajú.

Napokon sme sa zhodli na tom, že bude lepšie to kúpiť cez internet a aj sme niečo konkrétne vybrali.

Začal som však tušiť, že podobnú tortúru zažijem o niekoľko dní aj ja, pretože kompletujem náš spoločný (Milan, Miroslav a ja) model amerického ťažkého 4-motorového bombardéra z 2. svetovej vojny: B-24 Liberator.

Aj tam budú pomerne dlhé silové rozvody medzi batériami a medzi (štyrmi) regulátormi s motormi.

Ale toto mi vrásky nerobí, pretože tu sa s obľubou uchyľujem k tzv. modelárskemu kanibalizmu, kedy časti „padlých“ modelov používam do modelov nových . V tomto prípade rekuperačné kondenzátory z vyhorených regulátorov použijem ako blokovacie kondenzátory do silových rozvodov Liberátora.

Takže tu problémy (možno naivne) neočakávam. Ale celá táto „Low ESR kauza“ mi dala podnet na premýšľanie o tom, že aké veľmi dobré sú Low ESR kondenzátory oproti tým obyčajným „nedobrým“ (nie Low ESR), keďže isto vysokokapacitné elektrolytické kondenzátory použijem aj v Liberátorovi, tesne pripojené (najmä) ku vzdialeným servám. Takto to už roky máme prakticky vo všetkých našich modeloch (a v tých väčších je to povinná úprava), kde ich úlohou je „pokryť“ krátkodobý prúdový odber rozbiehajúceho sa serva.

Začal som teda vymýšľať spôsob, ako ESR (alebo „niečo“, čo sa tomu približuje) zmerať.

Zavrhol som impedančnú metódu, kedy sa ESR získa zmeraním napätia, ktoré vznikne prechodom prúdu o určitej frekvencii cez kondenzátor (a teda aj cez sériový odpor). ESR sa potom vypočíta s pomocou Ohmovho zákona. S touto meracou metódou máme svoje (neblahé) skúsenosti ešte z merania vnútorného odporu (Ri) a tým pádom aj Céčok LiPol akumulátorov.

Táto (impedančná) meracia metóda je možno vhodná na zistenie ESR kondenzátorov všeobecne, keď nie je jasné, na aký účel bude kondenzátor použitý.

My by sme však uprednostnili takú meraciu metódu, ktorá by čo najvernejšie zohľadňovala budúce použitie súčiastky. A tak sme si pripravili jednoduché meracie pracovisko, kde sa ESR meria tak, že sa kondenzátor nabíja (v našom prípade na 5V, čo je štandardné palubné napájanie modelov) a potom sa impulzne vybije do záťaže, ktorá predstavuje rozbiehajúce sa servo (servá).

Digitálny osciloskop zachytí tento krátky okamih vybitia kondenzátora a zo zobrazených napäťových „pomerov“ v obvode a zo (známeho) odporu záťaže vypočítame ESR kondenzátora. Brnkačka!

A tak sme pomerali všetko možné, čo sme doma našli, čo pripadalo so úvahy na budúce možné dané použitie.

Medzitým som si však spomenul, že (niekde v šuplíku) máme také malé roztomilé univerzálne „meráčiky“ (MTester) za pár dolárov z Číny,

ktoré okrem odporov, cievok, diód, tranzistorov (bipolárnych aj FETov), dokážu zmerať samozrejme aj kondenzátory a „čuduj sa svete“ aj ich ESR.

A „svet sa čudoval“ ešte viac, keď sme zistili, že výsledky, ktoré poskytlo naše meracie pracovisko a výsledky, ktoré na displeji zobrazil „meráčik“ sa zhodujú s presnosťou na percentá!

A čo sme zistili?

Nuž, keď sme zmerali (obidvomi metódami) kondenzátory s hrdým nápisom LOW ESR (viď jeden z predchádzajúcich obrázkov), tak sme zistili, že ESR sa pohybuje niekde okolo 110 miliOhmov.

Keď sme zmerali „obyčajný“ (nie Low ESR) kondenzátor rovnakej kapacity,

tak sme namerali ESR okolo 130 miliOhmov.

Potom sme si zobrali „na paškál“ kondenzátor zo zhoreného regulátora

a namerali sme ESR okolo 90 miliOhmov.

Pri meraní pomocou nášho prípravku priebeh napätia zosnímaný osciloskopom vyzerá nejak takto:

Takže, ak by sa ma niekto pýtal, ako rozoznám Low ESR kondenzátor od obyčajného, tak by som si na pomoc vzal výrok zo seriálu inšpektor Kolombo, kde expert na drahé vína na Kolombovu otázku „Ako spoznáte drahé víno?“, odpovedal: „Hlavne podľa ceny!“

Nás však okrem kondenzátorov na blokovanie silového rozvodu modelov zaujímajú aj kondenzátory na blokovanie napätia v palubnom rozvode modelu (5V).

Mnohí význam týchto kondenzátorov spochybňujú.

Naše merania však ukázali, že tieto kondenzátory svoj význam majú a ani nemusia byť Low ESR.

Zmerali sme sériový odpor (ESR) už dávnejšie zakúpených vysokokapacitných kondenzátorov 3300uF/6,3V

a namerali sme hodnotu okolo 140 miliOhmov.

Potom sme zmerali sériový odpor pred pár dňami kúpených vysokokapacitných kondenzátorov 3300uF/16V

a namerali sme hodnotu okolo 100 miliOhmov.

Pri meraní pomocou nášho prípravku priebeh napätia zosnímaný osciloskopom vyzerá asi takto:

Žiaľ, nemali sme k dispozícii vysokokapacitný kondenzátor vo vyhotovení Low ESR a tak nemôžeme porovnávať. Ale aj obyčajné (nie Low ESR) vysokokapacitné kondenzátory, zapojené v malej vzdialenosti od serva spoľahlivo poslúžia ako „miestna zásobáreň“ energie pre rozbiehajúce sa servo.

Ak vezmeme do úvahy, že rozbiehajúce sa bežné servo má krátkodobý odber 1 až 2A, tak na ESR (cca 0,1 Ohmu) kondenzátora je úbytok len 0,1 až 0,2 Voltu.

Lenže my tých kondenzátorov v modeli máme viacero – v podstate pri každom serve jeden. A štatisticky je jasné, že počas lietania modelu sa nikdy nerozbehnú všetky servá naraz. A tak kondenzátory pri servách, ktoré sa nerozbiehajú (avšak v pohybe môžu byť), (prostredníctvom palubného rozvodu) ochotne poskytnú svoju energiu aj „žravejším“ servám (s odberom vyšším ako spomínaných 1 až 2A), ktoré sa práve rozbiehajú. Lebo tieto kondenzátory sú zapojené v podstate paralelne.

Ak sa niekomu zdá, že tieto kondenzátory svoju energiu servám poskytujú len kratučkú dobu – ani nie milisekundu, tak ako by sa to mohlo zdať z tohto obrázku:

tak nech sa nenechá pomýliť. Na účely merania ESR sme použili zaťažovací odpor 0,08 Ohmu preto, aby jeho hodnota bola blízka predpokladanému ESR, aby meranie bolo čo najpresnejšie. (Mohli sme na meranie použiť zaťažovací odpor (Rz) s hodnotou zodpovedajúcou odporu rozbiehajúceho sa serva (asi 2 až 5 Ohmov), avšak potom by bolo meranie napätia na Rz pomocou osciloskopu (však ako inak to merať?) veľmi nepresné!)

Pri zopnutí spínača dosiahla špička vybíjacieho prúdu hodnotu asi 25 až 40 Ampérov. Ale my sme si povedali, že rozbiehajúce sa servo má odber 20 až 40-krát menší, takže aj čas dodávky energie z kondenzátora do serva bude 20 až 40-krát dlhší, ako je na uvedenom obrázku.

Ale osciloskopický priebeh platí pre jeden kondenzátor, my však takých kondenzátorov máme v palubnom rozvode (5V) viacero (n). Takže aj čas dodávky energie z kondenzátora do serva bude niekoľkonásobne (n-krát) dlhší.

Komentáre: 5

.:. miro | mail

Bolo by možné zverejniť aj nejaké obrázky resp. ak ste to už niekde ukázali, dať link, to zapojenie serva s kondenzatorom. Zaujíma ma ako ďaleko od serva ich dávate a kde v krídle ho schováte

Odpoveď | 2020-02-04 10:55:53

Meno
Web
Mail
Kontrola	Zadajte číslo päť
Text
	Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz