ESR, ripple y frecuencia

01 · Punto de partida

El capacitor perfecto no existe

El ideal es C puro; el real es C + un resistor en serie (ESR) + una bobinita (ESL) + una fuga en paralelo. Con continua lenta no se notan; con ripple y frecuencia mandan: calientan, limitan y hasta invierten el comportamiento (el capacitor se vuelve inductivo).

Este tema explica por qué las fuentes llevan electrolítico grande + cerámico chico juntos, y por qué el grande solo no alcanza.

• ¿Qué es la ESR y cuánto vale?
• ¿Qué es el ripple y por qué calienta?
• ¿Por qué dos capacitores distintos en paralelo?
• ¿Cómo elijo ESR sin hoja completa?

02 · ESR

La resistencia fantasma

Regla: con ripple de amperios, cada 0,1 Ω son 0,1 W por ampère al cuadrado. 2 A en 0,3 Ω = 1,2 W dentro de un tubito: muerte anunciada (pasar a low-ESR 0,05 Ω = 0,2 W).

03 · Ripple

La corriente que va y viene

En fuentes, el capacitor se carga y descarga a cada ciclo: esa alternancia es el ripple current, con su nominal en la hoja (ej. 600 mA @ 100 kHz, 105 °C). Superarlo calienta el electrolito, sube la ESR, calienta más: espiral de muerte.

Dónde mirar el nominal

Tabla “ripple current” con frecuencia y temperatura de referencia. Sin ese dato (genéricos), suponer la mitad del de marca y medir temperatura en marcha.

Síntoma en mesa

Electrolítico tibio/caliente en fuente funcionando + rizado alto en la salida (multímetro en AC o LED que zumba): ESR degradada o subdimensionada.

Medir ESR sin medidor

Indirecto: rizado de salida y temperatura. Directo: medidor ESR o osciloscopio (curso 4). Con multímetro común no se puede.

Regla de selección

Fuentes conmutadas: low-ESR 105 °C con ripple ≥ 1,5× el calculado. Fuentes lineales de hobby: común 105 °C alcanza.

04 · Frecuencia

El grande se rinde, el chico responde

Todo capacitor tiene una frecuencia de resonancia (C con su ESL): debajo es capacitor, arriba es inductor. El electrolítico grande se rinde en decenas–cientos de kHz; el cerámico chico sigue hasta MHz. Por eso van juntos en paralelo: cada uno cubre su banda.

05 · Ripple en código

Calor y margen de ESR

Calcular disipación por ripple y verificar contra lo admisible:

def chequeo_ripple(i_ripple_a, esr_ohm, p_adm_w=0.25):
    p = i_ripple_a**2 * esr_ohm
    print(f"P = {p*1000:.0f} mW en ESR ({p/p_adm_w*100:.0f}% de {p_adm_w}W)")
    print("Veredicto:", "OK" if p < p_adm_w / 2 else "EXIGIDO" if p < p_adm_w else "CAMBIAR a low-ESR")
    return p


chequeo_ripple(0.5, 0.3)
chequeo_ripple(2.0, 0.3)
chequeo_ripple(2.0, 0.05)

El segundo pide cambio y el tercero aprueba: ¿qué ESR máxima admite 2 A con 0,25 W?

Comparador de candidatos

Elegir entre común y low-ESR con números:

def elegir_cap(cands, i_ripple_a):
    for c in cands:
        p = i_ripple_a**2 * c["esr"]
        print(f"{c['codigo']}: P={p*1000:.0f}mW ${c['precio']} ->",
              "OK" if p < 0.125 else "caliente")
    ok = [c for c in cands if i_ripple_a**2 * c["esr"] < 0.125]
    print("ELEGIDO:", min(ok, key=lambda c: c["precio"])["codigo"] if ok else "NINGUNO")


elegir_cap([
    {"codigo": "ELEC-COMUN", "esr": 0.3, "precio": 15},
    {"codigo": "ELEC-LOWESR", "esr": 0.05, "precio": 28},
], 2.0)

06 · Analogía programador

Latencia por tamaño

1. 1
   ESR = overhead.

   Cada operación (coulomb) paga peaje térmico. Con tráfico alto, el overhead domina: optimizarlo (low-ESR) rinde más que agrandar.

2. 2
   Pareja = caché multinivel.

   L1 chica y rápida (cerámico) + RAM grande y lenta (electrolítico): cada nivel atiende su escala temporal.

3. 3
   Ripple = carga sostenida.

   No el pico, el RMS continuo: dimensionar por tráfico promedio, no por récord.

07 · Exploración

Laboratorio: ¿qué capacitor sufre?

Elegí el escenario de fuente: el laboratorio calcula P por ripple, compara con lo admisible y recomienda tipo. Incluye el caso “grande solo”.

Preguntas para explorar

1. ¿En qué escenario el común se vuelve peligroso?
2. ¿Por qué el micro pide cerámico pegado aunque su ripple sea chico?
3. ¿Qué cambia si subís a low-ESR en el caso conmutada?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de ESR

Ejercicio 1: tres calores

Con chequeo_ripple(): 0,5 A/0,3 Ω; 2 A/0,3 Ω; 2 A/0,05 Ω. ¿Veredictos? ¿Qué ESR máxima admite 2 A en 0,25 W?

Ejercicio 2: elegir para conmutada

Fuente conmutada 5 V/2 A con ripple 2 A. Ejecutá elegir_cap() con común y low-ESR. ¿Cuál y por qué precio vale?

Ejercicio 3: diagnosticar fuente vieja

Fuente lineal que zumba y calienta su electrolítico de salida. Con el método del tema: ¿qué medís y qué concluís?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Capacitores con todas sus sombras. Ahora, a aplicarlos: en el próximo tema, taller con capacitores.