Análisis completo de 360 grados de las características de frecuencia del condensador

Cuando la frecuencia es alta, la capacitancia ya no se trata como un parámetro agrupado y no se puede ignorar la influencia de los parámetros parásitos. Los parámetros parásitos incluyen Rs, resistencia en serie equivalente (ESR) e inductancia en serie equivalente Ls (ESL). El circuito equivalente real del condensador se muestra en la Figura 1, donde C es la capacitancia estática y 1Rp es la resistencia de fuga, también conocida como resistencia de aislamiento. Cuanto mayor sea el valor (generalmente por encima del nivel de GΩ), menor será la fuga y más confiable será el rendimiento. Debido a que Pp suele ser muy grande (por encima del nivel de GΩ), puede ignorarse en aplicaciones prácticas. Cda y Rda son capacitancia de absorción dieléctrica y resistencia de absorción dieléctrica, respectivamente. La absorción dieléctrica es un tipo de distribución de carga interna con histéresis, que restaura una parte de la carga de un condensador en un estado de circuito abierto después de una descarga rápida.

ESR y ESL tienen la mayor influencia en las características de alta frecuencia del condensador, por lo que el modelo simplificado de la serie RLC como se muestra en la Figura 1 (b) se usa comúnmente para calcular la frecuencia de resonancia y la impedancia equivalente:

Figura 1: Diagrama del modelo de condensador de desacoplamiento

El diagrama de impedancia del dominio de frecuencia del modelo RLC de la serie de condensadores se muestra en la Figura 2. El condensador aparece capacitivo por debajo de la frecuencia de resonancia; inductivo por encima de la frecuencia de resonancia, el efecto de desacoplamiento del condensador se debilita gradualmente. Al mismo tiempo, también se encuentra que la impedancia equivalente del condensador disminuye primero y luego aumenta con el aumento de la frecuencia. El valor mínimo de la impedancia equivalente es la ESR que ocurre en la frecuencia de resonancia en serie.

Figure 2: Frequency domain impedance diagram of the capacitor series RLC model

De la fórmula de frecuencia resonante (4-8), se puede concluir que los cambios en la capacitancia y el valor de ESL afectarán la frecuencia resonante del capacitor, como se muestra en la Figura 3. Dado que la impedancia del capacitor en el punto de resonancia es la más baja , el condensador con fR y la frecuencia de operación real deben seleccionarse tanto como sea posible en el diseño. En un entorno con un amplio rango de frecuencia de operación, se pueden considerar algunos condensadores grandes con fR pequeño y condensadores pequeños con fR grande para mezclar.

Figura 3: El efecto de los cambios en capacitancia y ESL sobre las características de frecuencia del capacitor