Измеритель esr на микроконтроллере: Цифровой измеритель ESR (ЭПС) и ёмкости на контроллере

Цифровой измеритель ESR (ЭПС) и ёмкости на контроллере

Это измеритель ESR (ЭПС) + измеритель ёмкости конденсаторов.

Прибор измеряет ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора и его ёмкость измеряя время зарядки постоянным током. В роли источника тока выступает управляемый стабилитрон TL431 и p-n-p транзистор.

Ёмкость меряет в пределах 1 – 150 000мкФ, ESR – до 10 Ом.

Вся конструкция была успешно позаимствована с сайта pro-radio, где Олег Гинц (он же GO и он же автор конструкции) выложил свою работу на общее обозрение. Эта конструкция была повторена не один десяток, а то и сотню раз, опробована и одобрена народом. При правильной сборке остаётся лишь выставить поправочные коэффициенты на ёмкость и сопротивление.

Прибор собран на микроконтроллере PIC16F876A, распространённом ЖК-дисплее типа WH-1602 на базе HD44780 и рассыпухе. Контроллер можно заменить на PIC16F873 – в конце статьи есть прошивки на обе модели.

Ёмкость и ESR конденсаторов около 1000 мкф измеряет за доли секунды. Так же с большой точностью измеряет малое сопротивление. То есть можно пользоваться, когда необходимо сделать шунт для амперметра 🙂

Так же хорошо меряет ёмкость внутрисхемно. Только, если есть индуктивности – может врать. В этом случае выпаиваем элемент.

 

Корпус, Z-42, в качестве коннектора подключения щупов по четырёхпроводной схеме выбрал старый, добрый, надёжный USB 2.0 порт.

 

Старый, советский, подсохший электролитический конденсатор.

 

А это нерабочий конденсатор с цепи питания процессора на материнской плате.

 

Как работает.

Конденсатор предварительно разряжается, включается источник тока 10 мА, оба входа измерительного усилителя подключаются на Сх, делается задержка порядка 3.6 мкс для устранения влияния звона в проводах. Одновременно через ключи DD2.3 || DD2.4 заряжается конденсатор С1, который собственно и запоминает самое большое напряжение, которое было на Cx. Следующим шагом размыкаются ключи DD2. 3 || DD2.4 и выключается источник тока. Инвертирующий вход ДУ остается подключенным к Сх, на котором после выключения тока напряжение падает на величину 10мА*ESR. Вот собственно и все – далее спокойно можно мерять напряжение на выходе ДУ – там два канала, один с КУ=330 для предела 1 Ом и КУ=33 для 10 Ом.

На форуме-источнике, где выложена печатная плата и прошивки – печатка была двухсторонняя. С одной стороны – все дорожки, с другой – сплошной слой земли и просто дырки под компоненты. У меня такого текстолита на момент сборки не было, поэтому пришлось делать землю проводами. Так или иначе, особых сложностей это не доставило и на работоспособности и точности прибора никак не отразилось.

 

На последней картинке – источник тока, источник отрицательного напряжения и силовой ключ.

Плата простая, настройка – ещё проще.

Первое включение – проверяем наличие +5V после 78L05 и -5V (4.7V) на выходе DA4 (ICL7660). Подбором R31 добиваемся нормальной контрастности на индикаторе.
Включение прибора при нажатой кнопке Set переводит его в режим установки корректирующих коэффициентов. Их всего три – для каналов 1 Ом, 10 Ом и для ёмкости. Изменение коэффициентов кнопками + и -, запись в EEPROM и перебор – той же кнопкой Set.
Имеется так же отладочный режим – в этом режиме на индикатор выводятся измеренные значения без обработки – для емкости – состояние таймера (примерно 15 отсчетов на 1 мкФ) и оба канала измерения ESR (1 шаг АЦП=5V/1024). Переход в отладочный режим – при нажатой кнопке “+”
И еще один момент – установка нуля. Для этого замыкаем вход, нажимаем и удерживаем кнопку “+” и с помощью R4 добиваемся минимальных показаний (но не нулевых!) одновременно по обоим каналам. Не отпуская кнопку “+”, нажимаем Set – на индикатор выведется сообщение о сохранении U0 в EEPROM.
Далее измеряем образцовые сопротивления 1 Ом (или меньше), 10 Ом и емкость (которой доверяете) , определяем поправочные коэффициенты. Прибор выключаем, включаем при нажатой кнопке Set и устанавливаем к-ты соответственно результатам измерений.
Плата в три этапа, вид сверху:

 

Схема прибора:

 

Прошивка для PIC16F873

Прошивка для PIC16F876A

Привожу небольшой список FAQ, сформировавшийся на форуме-источнике.

Q. При подключении резистора в 0,22 Ома – пишет – 1 с копейками, при подключении резистора в 2,7 Ом – пишет ESR > 12.044 Ом.

A. Отклонения могут быть, но в пределах 5-10%, а тут в 5 раз. Надо проверять аналоговую часть, виновниками могут быть в порядке убывания вероятности:

источник тока,
дифф. усилитель
ключи
Начните с источника тока. Он должен выдавать 10 (+/-0.5) мА, его проверить можно либо в динамике осциллографом, нагрузив на 10 ом – в импульсе должно быть не более 100 мВ. Если ловить иголки не хочется – проверьте в статике – уберите перемычку (нулевое сопротивление) между RC0 и R3, нижний конец R3 на землю, и включаете миллиамперметр между коллектором VT1 и землей (правда возможно будет мешать VT2 – тогда при проверке коллектор VT1 лучше отключить от схемы).

На деле решение было такое: -“Перепутал я сослепу 102 и 201 – и вместо 1 килоома забубенил 200 ом.”

 

Q. Возможна ли замена TL082 на TL072?

A. К ОУ особых требований нет кроме полевиков на входе, с TL072 должно работать.

 

Q. Зачем на вашей печатке сделаны два входных разъёма: один подключен к диодам-транзисторам, а другой – к DD2?

A. Чтобы скомпенсировать падение напряжения на проводах, тестируемый элемент лучше подключать по 4-х проводной схеме, поэтому и разъем 4-х контактный, а провода объединяются вместе уже на крокодилах.

 

Q. На холостом ходу отрицательное напряжение -4 Вольта и сильно зависит от типа конденсатора между 2 и 4 выводами ICL 7660. С обычным электролитом всего -2 В было.

A. После замены на танталовый, выдранный с 286 материнки стало -4 В.

 

Q. Индикатор WH-1602 не работает или греется контроллер индикатора.

A. Неверно указана цоколевка индикатора WINSTAR WH-1602 в плане разводки питания, перепутаны 1 и 2 выводы! На alldatasheet 1602L, который совпадает с цоколевкой, указанной Winstar и на схеме. Мне же попался 1602D – вот он имеет “спутанные” 1 и 2 выводы.

Надпись Cx —- выводится в следующих случаях:

При измерении емкости срабатывает тайм-аут, т.е. за отведенное время измерения прибор не дождался переключения обоих компараторов. Это происходит при измерении резисторов, закороченных щупах, либо когда измеряемая емкость >150000 мкФ и т.п.
Когда напряжение, измеренное на выходе DA2.2 превысит 0x300 (это показания АЦП в 16-ричном коде), процедура измерения емкости не выполняется и на индикатор также выводится Cx —-.
При разомкнутых щупах (или R>10 Ом) так и должно быть.

Знак “>” в строке ESR появляется при превышении напряжения на выходе DA2.2 0x300 (в единицах АЦП)

Подводя итог: травим плату, без ошибок паяем элементы, прошиваем контроллер – и прибор работает.

 

Update.

Спустя пару лет решил сделать прибор автономным. По мотивам зарядного устройства для смартфонов был сделан step-up преобразователь на 7 В выходного напряжения. Можно было бы сразу на 5 В, но так как плата закреплена в корпусе на клей – отдирать не стал, да и падение напряжения на КРЕН7805 в два Вольта – небольшая потеря 🙂

Мой новый конструктор выглядел так:

 

Маленькая платка преобразователя была “обута” в термоусадку, произведена распайка всех проводов, разъём для кроны нам больше не понадобится. Просто дырка в корпусе смотрится не очень, поэтому мы его оставим, но провода откусим. Внутри корпуса не осталось места для аккумулятора, поэтому я приклеил батарею на тыльную сторону прибора и приделал ему ножки, чтобы в рабочем состоянии он не лежал на аккумуляторе.

 

На лицевой стороне вырезал отверстия для кнопки питания и светодиода индикации успешной зарядки. Индикацию заряда аккумулятора не делал.

 

Потом решил, что раз пошла такая пьянка неплохо было бы видать экран в темноте, на случай ремонта при свечах, если отключат свет, а работать хочется 🙂

 

Но это уже после того, как появился более понтовый RLC-2. Подробнее об этом приборе в этой статье.

 

Уже не одну сотню приборов эта маленькая штучка помогла восстановить за считанные минуты. Делайте, не пожалеете. Или заказывайте у меня:)

Самодельный измеритель ESR/C/R. Схема, прошивка, печатная плата, инструкция.

ESR/C/R meter by R2-D2 09.02.2013

---

Как-то в интернете наткнулся на схему интересного измерительного устройства, которое способно измерять если не все, то очень многое. Данный мультиметр состоит из модулей, которые подключаются к основному блоку, т.е. каждый может собирать не схему полного функционала, а только ту часть, которая ему необходима.

---

В данной статье приведен пример сборки базового блока, который измеряет емкость электролитических конденсаторов, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и просто сопротивление резисторов. К данному базовому блоку можно подключать остальные модули. Сразу выражу огромную благодарность автору данного устройства R2-D2 и пользователям форума, которые четко и емко описывают ответы на вопросы, связанные с конструкцией и сборкой данного измерителя. Привожу ССЫЛКУ на первоисточник.

---

В основе устройства ESR/C/R измерителя находится микроконтроллер PIC18F2520, отображение информации производится на экране от мобильного телефона NOKIA 3310. Последнюю (19ю) прошивку для МК мультиметра можно скачать ЗДЕСЬ. Прошивку производил программатором EXTRA-PIC+, программой WinPic800. В базовую схему мной были внесены некоторые незначительные изменения, связанные с тем, что не все радиодетали были мне доступны. Схему с изменениями в формате *.spl7 можно скачать ЗДЕСЬ. Печатная плата разводилась под имеющиеся детали, а в качестве корпуса использовался пластиковый бокс от канцелярских евро кнопок. Разводку печатной платы в формате *.lay можно скачать ЗДЕСЬ. Подробную инструкцию по данному универсальному измерительному устройству, а также технологию его отладки можно скачать ЗДЕСЬ или на сайте первоисточника.

---

---

Базовый блок по информации автора должен измерять емкость конденсаторов от 0,2 мкФ до 300 000 мкФ, но у меня минимальной емкостью, которую «схватил» измеритель, было 0,33 uF, а максимальную, которая была под рукой – 2200 uF.

Также автор указывает, что данный ESR/C/R измеритель может замерять сопротивление с разрешением 0,001 Ом в пределах от 0 до 20 Ом, но у меня получается вполне удачно измерять сопротивления до 50 Ом, что отчетливо видно на фото.

---

---

Показания могут плыть в момент включения прибора, но ровно до того времени, пока не прогреются детали, т.е. в течение пары минут. Если Вы решите повторить данный прибор, рекомендую производить отладку минут через пять после его включения.

---

Если кажется, что в данной статье информации о ESR/C/R измерительном устройстве и его модулях по существу мало, то загляните в инструкцию, ее там предостаточно, а самое главное, она написана доступным языком даже для начинающих.

---

Ниже привожу фотографии тестов измерения емкости и внутреннего сопротивления электролитических конденсаторов разных емкостей.

---

---

---

---

Пара фотографий базового блока мультиметра со сторон разъемов.

---

---

---

Поделиться:

Страницы:

Необходимо авторизоваться, чтобы комментировать.

Измеритель ESR с использованием микроконтроллера pic

Измеритель ESR идеально подходит для любого специалиста по ремонту электроники, инженера или любителя. Этот удобный измеритель измеряет эквивалентное последовательное сопротивление электролитического конденсатора (ESR) в цепи. ESR — очень важная характеристика конденсаторов емкостью более 1 мкФ. Этот измеритель выполняет измерения, которые часто невозможно проверить с помощью стандартных цифровых измерителей емкости.

Рабочий:

Емкость тестируемого устройства (ИУ) измеряется путем нахождения времени, необходимого для его зарядки до определенного напряжения.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) тестируемого устройства измеряется путем подачи на него импульса известного тока и определения напряжения, возникающего на нем.
Измерение емкости:
Имеется два диапазона: Сопротивление 4,7 МОм напрямую подключается от «горячей» клеммы ИУ к положительному напряжению питания. Сопротивление 4,7 кОм можно подключить к положительной шине, включив транзистор.
Первоначально производится попытка измерения с резистором 4,7 кОм. Измеряется время, необходимое ИУ для зарядки до определенного напряжения. Если результат слишком мал, резистор выключается и снова предпринимается попытка измерения с резистором 4,7 МОм. Таким образом, два диапазона различаются в 1000 раз.

Измерение ESR:
Существует два диапазона: во-первых, включается источник постоянного тока около 5 мА и измеряется напряжение на ИУ. Если показания слишком низкие, показания напряжения повторяются с током 50 мА. Таким образом, два диапазона различаются в 10 раз.

Тестируемое устройство разряжается, используя один компаратор в LM339 в качестве переключателя. Между измерениями должно быть достаточно времени, чтобы DUT полностью разрядился.

Измерение ESR допустимо только для конденсаторов емкостью более 10 микрофарад или около того. Это связано с тем, что конденсаторы меньшего размера заряжаются от импульса тока, используемого для их проверки.

Принцип измерения: емкость

Тестируемое устройство разряжается, чтобы избавиться от любого заряда, который мог накопиться во время предыдущего цикла измерения.

Затем он подключается к положительной шине через резистор 4,7 кОм. Два компаратора в LM339 контролируют напряжение на тестируемом устройстве по мере его зарядки.

Два компаратора подключены как оконный дискриминатор. Общий выход этих двух компараторов будет иметь высокий уровень, когда входной сигнал будет выше нижнего порога, составляющего около 10 % напряжения питания, и станет низким, когда он пересечет верхний порог, составляющий около 50 % напряжения питания. Нижний порог использовался для того, чтобы избежать ошибок из-за неполного разряда тестируемого устройства.

Ширина импульса оконного дискриминатора пропорциональна емкости ИУ. Это измеряется в цикле. Калибровка заключается в настройке задержек внутри этого цикла путем добавления к нему goto и nop.

Если результат указывает на маленькое значение емкости, измерение повторяется снова только с резистором 4,7 МОм. На этот раз ширина импульса измеряется отдельной петлей, чтобы диапазон можно было откалибровать отдельно. В этой петле предусмотрена компенсация постоянной емкости цепи параллельно с ИУ (зануление).

Принцип измерения: эквивалентное последовательное сопротивление

Опять же, тестируемое устройство разряжается, чтобы избавиться от любого заряда, который он мог накопить во время предыдущего цикла измерения.
Затем на него подается короткий импульс тока, которого достаточно для того, чтобы АЦП внутри ПОС смог получить показания. Поскольку импульс короткий, предполагается, что емкостная часть ИУ не заряжена. Падение напряжения на тестируемом устройстве в этом случае обусловлено только его ESR. Таким образом, напряжение, считанное с АЦП, пропорционально ESR и может отображаться как таковое.

Это измерение калибруется путем регулировки опорного напряжения, подаваемого на внутренний АЦП PIC.

Калибровка

Возьмите хороший конденсатор, около 100 или 1000 мкФ, и последовательно с ним подключите небольшой резистор, 10 или 5 Ом.

Подключитесь к измерителю и регулируйте этот потенциометр, пока измеритель не покажет сопротивление этого резистора. Повторите с другими конденсаторами и резисторами для проверки калибровки.

Ограничения

Конденсаторы менее 10 микрофарад не могут быть измерены для ESR. Однако можно измерять емкость до 10 пикофарад. Емкость устройств со значительной утечкой вообще нельзя измерять.

Простой измеритель ESR с ATmega8 и прошивкой с открытым исходным кодом (собственное хобби)

Поскольку вышедший из строя алюминиевый электролитический конденсатор является источником отказов номер один вездесущих импульсных блоков питания ремонтнику (любителю) удобно иметь измеритель ESR, чтобы иметь возможность быстро (в цепи) проверить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) электролитических конденсаторов.

Существует по крайней мере два способа измерения ESR конденсаторов, один из них — балансная мостовая конфигурация, где сопротивление конденсатора ИУ выведет мост из равновесия, в то время как достаточно высокое Частота измерения используется для того, чтобы реактивная составляющая была незначительной.

В другом методе используются фиксированные импульсы тока, достаточно короткие, чтобы зарядить конденсатор лишь незначительно. и измеряет напряжение на ESR конденсатора по закону Ома. Я также построил ESR/миллиомметр на основе последнего подхода, используя микроконтроллер STM32F373 и усилитель AD8253. В этом направлении также есть проект Arduino, но я выбрал для этой цели 32-битный микроконтроллер с более точными АЦП. (Мне также постепенно надоели 8-битные микроконтроллеры, в то время как 32-битные на самом деле стали ОЧЕНЬ конкурентоспособными по цене, у них мощность процессора и количество периферии на порядок лучше, а разработка под эти архитектуры под Linux так же просто, как и для 8-битных.)

В конструкции, описанной ниже, я принял мостовую конфигурацию для измерения ESR и использовал микроконтроллер Atmel AVR ATmega8. Как обычно, я построил только один прототип для собственного обучения и использования, поэтому доступна только схема, написанная от руки. здесь из-за нехватки времени и мотивации для разработки печатной платы.

Рисуется только аналоговая часть, очевидные соединения MCU с кристаллом и дисплеем просто перечислены в исходном коде. Принята мостовая конфигурация, на которую посылаются импульсы, управляемые PB1, с заданной частотой. Операционный усилитель TL084 используется для обработки разностного сигнала от моста, сначала усиления постоянного тока, затем Связь по переменному току, выпрямление, второй каскад усиления и АЦП. Резисторы, образующие мост, должны быть подобраны вручную, чтобы как можно лучше сбалансировать мост, что значительно упрощает калибровку. Возможно, можно добавить триммер для достижения идеального баланса. Не забудьте прочные диоды и (более быстрый) переходник на щупах тестируемого устройства, чтобы предотвратить повреждение из-за случайного подключения заряженного конденсатора.

Как и для всех моих опубликованных конструкций, я использую бесплатную лицензию GNU GPL для исходного кода esr.c. В некоторых средах сборки могут потребоваться дополнительные заголовки back. h и old_sfrdefs.h.
Обратите внимание, что фьюз-биты ATmega должны быть установлены для отключения сброса детектора отключения питания, в противном случае произойдет автоматическое отключение питания. измерителя работать не будет.

Так как коэффициент усиления первой ступени усиления и выпрямитель зависят от частоты, необходимо откалибровать устройство для каждой частоты измерения отдельно. Я использовал четыре максимально свободных от индуктивности (определенно не проволочных) резистора: 0R22, 1R, 4R7 и 15R, измеренных точным (милли)омметром, в качестве эталонов калибровки. Для идеально сбалансированного моста результирующее значение ESR линейно зависит от обратной величины считываемого значения АЦП — вывод см. здесь. (Опорное напряжение фактически компенсирует, поэтому я подключил Vdd микроконтроллера к Vref.) Если бы мост не был сбалансирован, потребовалась бы нелинейная подгонка с 4 параметрами. Для калибровки программа выводит показания АЦП на порт RS232 со скоростью 115200 бод. После выполнения подгонки (x=1/показание АЦП, y=эталонное сопротивление), Acoef в коде должен быть установлен равным -16000*(постоянный коэффициент) и Bcoef равным 16000/2048*(линейный коэффициент). (Выполняется усреднение по 2048 выборкам для подавления шума, расчет выполняется в миллиомах, чтобы избежать плавающей запятой, и масштабируется от 16 до учитывать ошибки округления.) После того, как это будет сделано, измеритель, скорее всего, все еще будет показывать небольшое ненулевое сопротивление с закороченными щупами, по крайней мере, в некоторых случаях. частоты. Это смещение относится к Ccoef (непосредственно в миллиомах).

Обновление: Обратите внимание, что часть схемы «идеальный выпрямитель» может быть несколько улучшена, см. ВИКИ и EEVBLOG для получения подробной информации.

Устройство питается от 9В (перезаряжаемой) батареи. У него две кнопки, левая для включения (выключается автоматически через некоторое время) и правую для изменения частоты измерения.