Как измерить ESR? – Telegraph
RadioelectronicsИтак, мы определились, что за электролитическими конденсаторами нужен глаз да глаз. Да только визуально нормальный конденсатор порой не отличить от ходячего мертвеца. Это значит, что просто необходим надежный способ измерить основные параметры конденсаторов для выявления дефектных среди исправных.
Для анализа состояния конденсатора применяются измерители и пробники ESR, которые могут быть выполнены исходя из разных принципов измерений и требований к погрешностям. Большая часть ESR-метров и пробников основана на принципе измерения импеданса.
Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора.
Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства.
Но следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, иногда требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение.
На рисунке можно увидеть, что в диапазоне рабочих частот преобразователей (нескольких десятков кГц) реактивное сопротивление конденсатора большой ёмкости и паразитной индуктивности в последовательной цепи имеют значения на порядок меньше ESR и полного сопротивления переменному току (импеданса) . Следовательно, практически весь ток, который в импульсе может достигать десятков ампер, будет выделять активную мощность на сопротивлении (ESR), разогревая диэлектрик и электролит конденсатора.
Зависимость потерь (активных и реактивных сопротивлений) от частоты напряжения на обкладках конденсатора можно увидеть на графике ниже.
Тангенс угла потерь, указываемый в технической документации производителей электролитических конденсаторов для частоты 120 Гц (типовое значение 0.
1-0.22), теряет свою актуальность на рабочих частотах преобразователей импульсных источников питания и для конденсаторов фильтров их вторичных выпрямителей будет на порядки больше.
Для работы в таких режимах производители изготавливают низкоимпедансные конденсаторы (Low impedance) и указывают для них значение импеданса, измеренного на частоте 100 кГц для каждого номинала в таблицах.
Значение активной составляющей (ESR) тогда можно вычислить по формуле R = √(Z² – X²).
Рассмотрим пример из документации для конкретного конденсатора. Для конденсатора Jamicon 1000uF 25V серии WL значение Z указано 0.04 Ом, учитывая его реактивное сопротивление Xc = 0.0016 Ом для указанной частоты, можно посчитать значение ESR. В миллиомах это будет примерно 39.97 мOм, что практически не отличается от значения Z= 40 мОм. Тангенс угла потерь для данного случая R/Xc составит 39.97/1.6 приблизительно 25. Паразитная индуктивность здесь в расчётах не используется, но в отдельных случаях она может иметь существенное значение.
Большинство популярных и применяемых в ремонтной практике приборов и пробников ESR основаны на измерении полного сопротивления переменному току на частоте 40 – 100 кГц. На частотах этого порядка для электролитических конденсаторов больших номиналов такие приборы покажут значения, максимально близкие к величине ESR, которая составит основную часть импеданса на этих частотах.
Недостатком такого способа является значительная погрешность при измерении малых номиналов ёмкостей (менее 10 мкФ), когда реактивное сопротивление конденсатора на данной частоте соизмеримо и может превышать ESR. Тогда прибор покажет значение импеданса, а реальное значение ESR может быть в несколько раз меньше. Это нужно учитывать, чтобы зря не грешить на конденсатор, у которого значение ESR будет на самом деле в пределах нормы.
Одним из требований в плане практичности использования ESR-пробников является возможность производить замеры без выпаивания конденсатора из платы. Следовательно, процесс измерения должен происходить при достаточно низком падении напряжения на проверяемом конденсаторе, исключая отпирание переходов полупроводниковых элементов схемы.
То есть при наличии транзисторов и диодов на плате падение напряжения на конденсаторе должно быть меньше, чем 0.6 В (примерное значение падения напряжения на p-n-переходе кремниевых полупроводниковых элементов). Сложнее будет при наличии диода Шоттки на плате, так как падение напряжения на его p-n-переходе равно примерно 0.2 В.
В большинстве случаев такие нехитрые измерители импеданса мастера собирают самостоятельно по схемам, широко распространённым в интернете, но кто-то применяет и свои разработки с учётом личных предпочтений в плане удобства пользования или точности измерений.
В продаже существуют как простые пробники со светодиодной или стрелочной индикацией, так и измерители с цифровой шкалой различной степени сложности.
Метод измерения ESR
Если испытываемый конденсатор ёмкостью C заряжать от источника постоянного тока I, напряжение на его выводах будет линейно нарастать от значения UR по закону:
C dU/dt = I = const,
где UR – падение напряжения на активном сопротивлении конденсатора (ESR).
В таком случае ёмкость конденсатора будет определяться выражением:
C = I dt/dU.
Если посчитать время заряда для двух фиксированных значений напряжения U1 и U2, взяв значение U2 вдвое большим U1, расчёт ёмкости будет таким:
Посчитать UR для вычисления ESR можно несколькими способами, например, составив уравнение прямой по двум точкам и найти координату Y для нулевого значения X, либо геометрически, исходя из соотношения сторон подобных треугольников …
Активное сопротивление конденсатора (ESR) в таком случае составит:
Для реализации такого метода нет необходимости в применении АЦП, пороговые значения напряжений для управления таймером устанавливаются компараторами, а математические вычисления ёмкости и ESR производятся микроконтроллером с выводом информации на ЖК дисплей.
В некоторых подобных конструкциях для измерения ESR используется более простой, но менее точный способ.
Производится измерение уровня напряжения UR посредством АЦП в начальный момент времени.
Несмотря на то, что измерительный импульс достаточно короткий (1-2 uS), конденсаторы меньшей ёмкости успевают зарядиться до большего значения, чем конденсаторы большой ёмкости, что создаёт некоторую погрешность в измерении ESR разных номиналов конденсаторов.
Следует учитывать, что ESR, измеренный постоянным током, является относительным показателем качества электролитического конденсатора.
Значимой составляющей ESR являются диэлектрические потери, которые существенно меняются с изменением частоты переменного тока.
Существуют более сложные и точные методики и способы измерений, основанные на анализе сдвига фаз в конденсаторе. В этом случае ESR определится произведением импеданса и тангенса угла потерь.
Измерение ESR с помощью осциллографа
Давайте подключим к конденсатору генератор сигналов. Их совместная эквивалентная схема изображена на рисунке ниже. Она состоит из генератора и последовательно включённого резистора, равного выходному сопротивлению генератора, а также конденсатора и его эквивалентного последовательного сопротивления.
Для эксперимента нам потребуется меандр с частотой примерно 200 кГц и напряжением 1 В. Почему выбрана именно такая частота? В идеале было бы использовать частоту, на которой реактивное сопротивление конденсатора меньше 1 Ом, что позволило бы проверять конденсаторы малой емкости. Но с увеличением частоты на измерения начнут влиять паразитные параметры схемы. Кстати, напряжение 1 В подходит для проверки выпаянного конденсатора, для проверки в схеме лучше понизить его до 200—300 мВ (но даже это может не помочь в случае, если параллельно конденсатору подключены другие элементы, которые могут оказать влияние на измерение).
Для начала подключимся осциллографом к генератору сигналов, установим частоту и напряжение.
Теперь подключим исправный конденсатор емкостью 470 мкФ и посмотрим, что покажет осциллограф.
Конденсатор с последовательно включённым резистором образуют RC-цепочку, поэтому нарастание и спад сигнала будет происходить по экспоненциальному закону. Амплитуда постоянной составляющей равна 12.
8 мВ, также видны выбросы, возникающие из-за несогласованности линии и паразитной индуктивности входящей в состав конденсатора. Если не обращать внимание на эти выбросы, то можно вполне четко видеть все тот же меандр с той же частотой.
Давайте попробуем рассчитать ESR данного конденсатора. Считается эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора как сопротивление в обычном делителе напряжения. Реактивным сопротивлением конденсатора можно пренебречь, так как длительность импульса значительно меньше тау (τ = RC).
Uesr = Usg * ESR * (50 + ESR)
ESR = 50 * Uesr / (Usg – Uesr)
ESR = 50 * 0.0128 / (1 – 0.0128) = 0.648 Ом
Далеко не лучший конденсатор, но вполне еще рабочий.
А теперь подключим к генератору вздувшийся конденсатор той же ёмкости и тем же максимально допустимым напряжением.
Что изменилось? Правильно увеличилась амплитуда (150 мВ), которую измеряет прибор, а за её значение отвечает последовательно включённое сопротивление в эквивалентной схеме конденсатора.
ESR равно:
ESR = 50 * 0.15 / (1 – 0.15) = 8.82 Ом
Это уже существенно выше нормы. Можно смело отправлять в утиль. Хотя от вздувшегося конденсатора нужно сразу избавляться.
Раз начали измерять параметры конденсатора, то стоит рассказать как измерить его емкость.
Измерение емкости конденсатора с помощью осциллографа
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.
Значение времени, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, является постоянной времени (τ = RC). Значит, емкость равна C = τ / R.
Подключим последовательно с конденсатором резистор на 100 Ом.Опять же будем использовать генератор сигналов с выходным сопротивлением 50 Ом. Установим амплитуду сигнала равной 4 В.
Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.
Увеличим участок, на котором возрастает напряжение.
Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2.52 В.
Оно равно 14.8 мкс. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ом. Разделим значение тау(14.8 мкс) на сопротивления(150 Ом) и найдем емкость, она равна 98,7 нФ . На конденсаторе написано, что емкость равна 100 нФ. Значения почти равны (в пределах погрешности значения емкости конденсатора), так что метод вполне точный.
Но не проводить же каждый раз все эти измерения и подсчеты для определения параметров конденсаторов! Для этих целей существуют специальные измерительные приборы, с помощью которых можно быстро и точно всё проверить.
Esr метр своими руками из мультиметра
Как проверить конденсатор. Теоретические сведения о конденсаторах
В основном по конструктивному исполнению конденсаторы бывают двух типов: полярные и неполярные. К полярным относятся электролитические конденсаторы, к неполярным можно отнести все остальные.
Полярные конденсаторы получили свое название от того, что используя их в различных самоделках необходимо соблюдать полярность, если ее случайно нарушить, то конденсатор скорей всего придется выкинуть. Так как взрыв емкости, не только красив своими эффектами, но и очень опасен.
Но сразу-то не пугайтесь взрываются только конденсаторы советского типа, но их уже тяжело найти, а импортный лишь чуть «пукнет». Для проверки конденсатора
придется вспомнить электротехнику, а именно: то что, конденсатор пропускает только переменный ток, постоянный ток он пропускает только в самом начале на несколько микросекунд ( это время зависит от его емкости), а потом — не пропускает. Для того, чтобы проверить конденсатор с помощью мультиметра, нужно помнить, что его емкость должна быть от 0.25 мкФ.
Как проверить конденсатор. Практическе эксперименты и опыты
Берем мультиметр и ставим его на прозвонку или на измерение сопротивления, а щупы соединяем с выводами конденсатора.
Т.к с мультиметра поступает постоянный ток мы будем заряжать конденсатор. А т.к мы его заряжаем, его сопротивление начинает возрастать, пока не будет очень большим. Если же у нас при соединение щупов с конденсатором, мультиметр начинает пищать и показывать нулевое сопротивление, то значит выкидываем его. А если у нас сразу же показывается единичка на мультиметре, значит внутри конденсатора произошел обрыв и его тоже следует выкинуть
PS: Большие емкости таким способом вы не сможете проверить
В современных схемах роль конденсаторов заметно возросла, т.к увеличились и мощности и частоты работы устройств. И поэтому очень важно проверять этот параметр у всех электролитов перед сборкой схемы или во время диагностирования неисправности.
Equivalent Series Resistance — эквивалентное последовательное сопротивление это сумма последовательно соединенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками электролитического конденсатора.
Измеритель ESR на базе стрелочного мультиметра Sunwa YX-1000A
Схема работает по принципу тестирования конденсатора переменным током заданной величины.
Тогда падение напряжения на конденсаторе прямо пропорционально модулю его комплексного сопротивления. Такой прибор определит не только на увеличенное внутреннее сопротивление, но и потерю емкости. Схема состоит из трех основных частей генератора прямоугольных импульсов, преобразователя и индикации
Генератор прямоугольных импульсов собран на цифровой микросхеме, состоящей из шести логических элементов НЕ. Роль преобразователя переменного напряжения в постоянное выполняет DA2, а индикация на микросхеме DA3 и 10 светодиодах.
Шкала измерителя ESR нелинейная. Для возможности расширения диапазона измерений имеется переключатель диапазонов. Чертеж печатной платы выполненный в программе Sprint Layout также имеется.
Оксидный электролит можно упрощенно представить в виде двух алюминиевых ленточных обкладок, разделенных прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом — электролитом. Диэлектриком в таких элементах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности.
К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют достаточно большую емкость.
Как сделать ESR-метр конденсаторов своими руками
Последовательное соединение конденсаторов
При ремонте техники специалисты-радиомеханики сталкиваются с различными проблемами — повреждённые дорожки на платах, окисление, выгоревшие элементы, вздувшиеся конденсаторы. Эти неисправности прекрасно видны при первичном осмотре аппаратуры и устранить их с помощью самых базовых инструментов любого инженера не составляет труда. Но есть случаи, в которых визуального осмотра недостаточно.
Конденсаторы бывают разной ёмкости, как очень большой (4000, 10000 мкФ), так и очень малой (0,33 мкФ, например, такие детали активно используются при сборке комплектующих различной оргтехники). И если вздутие верхней крышки первых отлично заметно из-за их размеров, то со вторыми выявление их неисправности может доставить немало проблем.
В этом поможет простой прибор для проверки конденсаторов — ESR-метр. Своими руками его изготовить несложно, имея достаточные познания в схемотехнике. Он может быть как самостоятельным устройством, так и выполнен в виде приставки к цифровому мультиметру. С его помощью можно легко установить такие неисправности, как пробой и высыхание.
Схема ESR метра
А печатную плату доделал по-хитрому. Стала она «двухсторонней» — со второй стороны расположил детали, не уместившиеся на первой. Для простоты решения, возникшего затруднения, разместил их «навесом». Тут не до изящества — пробник нужен.
Протравил печатную плату и запаял детали. Микросхему в этот раз поставил на панельку, для подачи питания приспособил разъем, который можно надёжно укрепить на плате при помощи пайки и корпус в дальнейшем уже можно «вешать» на него. А вот подстроечный резистор, с которым пробник заработал лучше всего, нашёл у себя только такой – далеко не миниатюрный.
Обратная сторона – плод прагматичности и вершина аскетизма.
Что-то сказать здесь можно только про щупы, несмотря элементарность исполнения они вполне удобны, а функциональность так вообще выше всяческих похвал — способны на контакт с электролитическим конденсатором любого размера.
Всё поместил в импровизированный корпус, место крепления – резьбовое соединение разъёма питания. На корпус, соответственно пошёл минус питания. То есть он заземлён. Какая ни есть, а защита от наводок и помех. Подстроечник не вошёл, зато всегда «под рукой», будет теперь потенциометром. Вилка от радиотрансляционного динамика, раз и навсегда, позволит избежать путаницы с гнёздами мультиметра. Питание от лабораторного БП, но при помощи персонального провода с вилкой от ёлочной гирлянды.
И оно, это чудо неказистое, взяло и заработало, причём сразу и как надо. И с регулировкой никаких проблем – соответствующий одному ому, один милливольт выставляется легко, примерно в среднем положении регулятора.
А 10 Ом соответствует 49 мВ.
Исправный конденсатор, соответствует примерно 0,1 Ом.
Неисправный конденсатор, соответствует более 10 Ом. С поставленной задачей пробник справился, неисправные электролитические конденсаторы на плате ремонтируемого устройства были найдены. Все подробности относительно этой схемы найдёте в архиве. Максимально допустимые значения ESR для новых электролитических конденсаторов указаны в таблице:
А некоторое время спустя захотелось придать приставке более презентабельный вид, однако усвоенный постулат «лучшее — враг хорошего» трогать его не позволил – сделаю другой, более изящный и совершенный. Дополнительная информация, в том числе и схема исходного прибора, имеется в приложении. Про свои хлопоты и радости поведал Babay.
Обсудить статью ПРИСТАВКА К МУЛЬТИМЕТРУ ESR МЕТР
Конструкция наручных электронных часов с микроконтроллером и двумя светодиодами, показывающим время в двоичном коде.
Порядок калибровки прибора
Простые схемы цветомузыки на светодиодах и светодиодных лентах для сборки своими руками
После монтажа устройства на плате и первичных тестов, его необходимо откалибровать.
Для этого понадобится осциллограф и набор резисторов для подстройки номиналом от 1 до 80 Ом. Порядок калибровки:
- Измеряем осциллографом частоту на щупах. Она должна быть в пределах 120—180 кГц. При более низкой или более высокой частоте она корректируется подбором резистора из набора.
- Подсоединяем мультиметр к щупам, выбираем режим измерения в милливольтах.
- Резистор в 1 Ом подключаем к щупам. С помощью подстроечного резистора в схеме выставляем на мультиметре значение напряжения в 1 милливольт.
- Подключаем следующий по номиналу резистор, не меняя значение, и записываем показания мультиметра. Повторяем со всем набором и составляем табличку.
После калибровки прибором можно пользоваться. Он поможет в обнаружении неисправностей, связанных с реактивным сопротивлением. Их невозможно диагностировать другим способом.
https://youtube.com/watch?v=lhLTf571GK4
↑ Мой вариант схемы измерителя ESR
Я внес минимальные изменения.
Корпус — от неисправного «электронного дросселя» для галогеновых ламп.
Питание — батарея «Крона» 9 Вольт и стабилизатор
78L05
. Убрал переключатель — измерять LowESR в диапазоне до 200 Ом надо очень редко (если приспичит, использую параллельное подключение). Изменил некоторые детали. Микросхема
74HC132N
, транзисторы
2N7000
(to92) и
IRLML2502
(sot23). Из-за увеличения напряжения с 3 до 5 Вольт отпала необходимость подбора транзисторов.
При испытаниях устройство нормально работало при напряжении батареи свежей 9,6 В до полностью разряженной 6 В.
Кроме того, для удобства, использовал smd-резисторы. Все smd-элементы прекрасно паяются паяльником ЭПСН-25. Вместо последовательного соединения R6R7 я использовал параллельное соединение — так удобнее, на плате я предусмотрел подключение переменного резистора параллельно R6 для подстройки нуля, но оказалось, что «нуль» стабилен во всем диапазоне указанных мною напряжений.
↑ К вопросу о точности вообще
Начиная с 10 Ом, точность примерно 3% и ухудшается примерно до 6% при 20 Ом (200мВ), но точность при измерениях бракованных элементов не важна.
Поскольку измерения проводятся при комнатной температуре, термонестабильность будет мала, испытаний на эту тему я не проводил. При измерениях ESR конденсаторов в компьютерных блоках питания и на материнских платах, я пришел к выводу, что конденсаторы от 1000 мкФ с сопротивлением 0,5 Ом надо срочно выпаивать и отправлять в ведро, нормальное ESR 0,02…0,05 Ом. Попутно обнаружил, что у исправных конденсаторов ESR очень сильно зависит от температуры, так у конденсатора 22 мкФ ESR уменьшалась от тепла пальцев на 10%. Это объясняет, почему некоторые фанатичные лампадные конструкторы специально делают подогрев конденсаторов в катодных цепях с помощью проволочных обогревателей. По этой причине, а также по причине имеющегося сопротивления контактов считаю, что в измерения тысячных долей Ом нет особой необходимости.
На первом фото ЭПС конденсатора 0,03 Ом.
Желающие подробнее ознакомиться с принципом работы данного устройства могут прочитать оригинальную статью на стр. 19, 20 «Радио» №8 за 2011 год.
↑ Итого
Данный прибор работает у меня около месяца, его показания при измерениях конденсаторов с ESR в единицы Ом совпадают с прибором по схеме Ludens
. Он уже прошёл проверку в боевых условиях, когда у меня перестал включаться компьютер из-за емкостей в блоке питания, при этом не было явных следов «перегорания», а конденсаторы были не вздувшимися.
Точность показаний в диапазоне 0,01…0,1 Ом позволила отбраковать сомнительные и не выбрасывать старые выпаянные, но имеющие нормальную ёмкость и ESR конденсаторы. Прибор прост в изготовлении, детали доступны и дёшевы, толщина дорожек позволяет их рисовать даже спичкой. На мой взгляд, схема очень удачна и заслуживает повторения.
Камрад, рассмотри датагорские рекомендации
Простой метод измерения ESR конденсатора
Конденсаторы классифицируются по типу их диэлектрика. Электролитические конденсаторы популярны в силовых электронных схемах из-за их высокой объемной эффективности и отличного соотношения цены и качества.
[1] К сожалению, их характеристики меняются в зависимости от рабочей частоты, в то время как импеданс идеального конденсатора уменьшается с частотой. Но в реальном мире этого не видно в лаборатории. Увеличение частоты до определенной точки приводит к ожидаемому снижению импеданса, но увеличение частоты приводит к увеличению импеданса, т. е. действует как резонансный контур. Чтобы смоделировать поведение реального конденсатора, необходимо добавить в модель конденсатора дополнительные элементы. ESR на самом деле представляет собой сопротивление, которое конденсатор показывает на границе между поведением, подобным конденсатору, и поведением, подобным индуктору, то есть сопротивлением на резонансной частоте.
При моделировании динамического поведения силовых преобразователей ESR является важным значением, поскольку оно позволяет прогнозировать пульсации на выходе преобразователя, а также прогнозировать срок службы конденсатора. [2] Мощность, рассеиваемая в ESR, вызывает повышение температуры конденсатора и уменьшение его емкости и срока службы.
В [3] предложен простой и прямой метод измерения ESR, в котором ESR определяется непосредственно отношением напряжения пульсаций конденсатора к току пульсаций. Но реализация довольно дорогая и хлопотная. Чтобы определить ESR, используя только измерения напряжения, Chen et al. [4] предположил, что при некоторых конкретных условиях ток пульсаций дросселя можно считать постоянным, и, следовательно, выходное напряжение пульсаций определяет ESR. Однако предлагаемый метод ограничен и его точность невелика.
Лабораторный метод, который можно использовать для определения собственного значения ESR электролитических конденсаторов, был предложен в [5] . Однако способ дорог в реализации.
Здесь мы представляем простой метод измерения для определения ESR конденсатора.
Предлагаемый метод:
Предположим, модель , показанная на рис. 1 , для тестируемого конденсатора (CUT):
1. Модель тестируемого конденсатора.
В этой модели индуктивность выводов не учитывается. Предположим, что CUT подключен к генератору синусоидального сигнала с частотой Fg и внутренним сопротивлением rg, как показано на рис. 2 :
2. CUT подключен к генератору синусоидального сигнала.
Передаточная функция этой цепи:
Уравнение 1 показывает высокочастотный характер этой схемы. Таким образом, мы можем аппроксимировать передаточную функцию следующим образом:
Уравнение 2 является основой для нашего измерения ESR конденсатора. Когда входная частота достаточно высока, мы можем упростить соотношение вход-выход с помощью алгебраического уравнения 2. Для высоких частот схема действует как аттенюатор с коэффициентом затухания:
Измерение коэффициента затухания цепи и внутреннего сопротивления генератора приводит к r c , ESR конденсатора:
Вместо использования синусоидального возбуждения мы можем использовать прямоугольную волну.
Это позволяет нам использовать ряд Фурье для записи уравнения с уровнями +Vm и -Vm и периодом T:
Где:
Прямоугольная волна состоит из нечетных гармоник. Когда основная гармоника достаточно высока, конденсатор действует как короткое замыкание, а выходное напряжение является примерно ослабленной версией входного напряжения в установившемся режиме. Затухание в цепи в установившемся режиме напрямую связано с эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора, r c , который можно получить путем измерения коэффициента затухания цепи и использования уравнения 3.
3. Схема моделирования схемы в Simulink.
В качестве возбуждения используется прямоугольная волна с амплитудой +1 и -1 вольт. Выходное сопротивление генератора сигналов принято 50 Ом, емкость конденсатора 30 мкФ при ESR 0,8 Ом. Установившаяся форма выходного сигнала показана на Рис. 4 :
4. Установившийся выход схемы.
Расчетный коэффициент затухания цепи:
, а ESR CUT рассчитывается как:
Лабораторные результаты:
Сигнал возбуждение обеспечивает генератор с номинальным выходным сопротивлением 50 Ом.
Выходное сопротивление 47,1 Ом измеряется с помощью простого делителя напряжения. Пиковое напряжение установившегося выходного напряжения измеряется с помощью цифрового осциллографа. На рис. 5 показан пример вывода s.
5. Образец кривой выходного напряжения.
Расчетные значения ESR
Этот простой метод измерения дает точные результаты и позволяет создать более точную модель силового преобразователя.
Ссылки
1. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: Экспериментальная методика оценки собственных значений ESR и реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов . проц. Конференция по приборостроению и измерительным технологиям, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.
2. Санкаран В.А., Рис Ф.Л., Авант К.С.: Испытание и прогнозирование срока службы электролитических конденсаторов . проц. 32-е ежегодное собрание IEEE Industry Applications Society, октябрь 1997 г.
, том. 2, стр. 1058–1065
3. Venet P., Perisse F., El-Husseini M.H., Rojat G.: Реализация интеллектуальной схемы электролитического конденсатора , IEEE Ind. Appl. Маг., 2002, 8, (1), с. 16–20
4. Chen Y.-M., Chou M.-W., Wu H.-C.: Прогнозирование выхода из строя электролитического конденсатора LC-фильтра для импульсных преобразователей мощности . проц. 40-е ежегодное собрание IEEE Industry Applications Society, октябрь 2005 г., том. 2, стр. 1464–1469.
5. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: Измеритель ESR для высоких частот . проц. Междунар. конф. по силовой электронике и системам привода, PEDS, 2005, стр. 1628–163
6. Д.В. Харт, « Силовая электроника », Mc Graw Hill, 2010.
7. Н. Мохан, Т. M. Undeland, W.P. Robbins , “ Power Electronics: Converters, Applications and Design, ” John Wiley and Sons, 2002.
электроника, ” Springer, 2001.
9. А.М.Р. Амарал, AJM Cardoso: « Измеритель ESR для высоких частот ».
проц. Междунар. конф. по силовой электронике и системам привода, PEDS, 2005, стр. 1628–1633.
10. Р. Чен, Дж.Д.В. Вик, С. Ван, В. Г. Одендал: Улучшение характеристик встроенных фильтров электромагнитных помех за счет встроенных проводящих слоев . IEEE транс. Power Electron., 2005, стр. 611–619.
11. А.М.Р. Амарал, А.Дж.М. Кардосо: Экспериментальный метод оценки собственных значений ESR и реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов . проц. Конференция по приборостроению и измерительным технологиям, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.
Создание аналогового измерителя СОЭ с помощью измерителя с подвижной катушкой Precision
George Lydecker 06 июля 2022 г.by George Lydecker on Test & Measurement Сборка аналогового ESR-метра с подвижной катушкой Precision
Вам нужен аналоговый измеритель ESR для проверки и определения местоположения? плохие конденсаторы? С правильными деталями и несколькими полезными советами вы можете собрать его для своего рабочего места с электроникой.
Я всегда завидовал аналоговому измерителю ESR моего друга, который позволял ему проверять и находить неисправные конденсаторы, пока они еще были в цепи. Конкретный измеритель, который у него был, больше недоступен, что означало проведение некоторого исследования, чтобы понять, как они работают, и придумать свою собственную версию.
Во-первых, что такое СОЭ?
ESR обозначает эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. СОЭ зависит от частоты, температуры и изменяется по мере старения компонентов. Для «мокрых» алюминиевых электролитических конденсаторов, используемых в источниках питания, обычно важно иметь низкое ESR.
Типичный метод, используемый для измерения ESR, состоит в том, чтобы подавать на конденсатор известный переменный ток (I cap ) на некоторой частоте, при которой емкостное реактивное сопротивление конденсатора очень мало, так что ESR преобладает. Путем измерения результирующего напряжения переменного тока на клеммах конденсатора (V cap ), ESR можно определить по закону Ома:
ESR = V cap /I cap
Большинство конструкций, которые я нашел, работали по тем же принципам, что и блок-схема, показанная на рис.
1 . . Идя слева направо, есть генератор, который подает переменное напряжение на конденсатор. Затем сигнал переменного тока подается на преобразователь импеданса и детектор. Обнаруженный сигнал затем выпрямляется и буферизуется, чтобы он мог управлять счетчиком справа на диаграмме.
Поскольку измеритель ESR должен работать от батареи, цепь питания обеспечивает раздельные шины для операционных усилителей, которые будут использоваться в измерителе ESR. Генератор в большинстве рассмотренных мной примеров работал в диапазоне от 100 кГц до 150 кГц. Драйвер, используемый для уменьшения импеданса сигнала переменного тока, может быть чем угодно, от усилителя тока транзистора, трансформатора или параллельных логических элементов. Детектор обычно представлял собой встречно-параллельные диоды. Обнаруженный сигнал переменного тока затем выпрямляется, усиливается и подается на измеритель постоянного тока.
Моя схема
В схеме, которую я решил построить ( Рисунок 2 ), я использовал несколько элементов дизайна из примеров, найденных в Интернете.
Для генератора и преобразователя импеданса я использовал один 74HC14, который обеспечивает шесть инверторов с гистерезисом. Один из инверторов действует как релаксационный генератор, а остальные пять инверторов работают как преобразователь импеданса. Эта часть схемы принадлежит Лоуренсу П. Глейстеру VE7IT. Его схему и статью можно найти по адресу http://ve7it.cowlug.org/esrmeter.html.
Примеры своими руками найдены в интернете.
Детекторная часть измерителя ESR такая же, как и схема обнаружения в коммерческом измерителе ESR, созданном Creative Electronics. К сожалению, эти счетчики больше не производятся.
Диоды D1 и D2 обрезают верх и низ 100 кГц переменного тока до одного кремниевого перехода. Это позволяет тестировать конденсаторы в цепи, потому что любые другие кремниевые переходы не будут смещены в прямом направлении относительно низким сигналом переменного тока. Низкоуровневый сигнал переменного тока развязан по постоянному току с С3 и усиливается двумя операционными усилителями с коэффициентом усиления по напряжению 4,7 для первого усилителя и коэффициентом усиления 10 для второго.
Это обеспечивает общее усиление 47 на входе схемы абсолютного значения.
Цепь абсолютного значения была взята из бюллетеня Burr-Brown Application Bulletin «Precision Absolute Value Circuits». Цепь абсолютного значения имеет достаточную мощность для используемого мной измерителя на 100 микроампер.
Этот измеритель ESR работает от одного 9-вольтового Напряжения плюса, минуса и земли, необходимые для операционного усилителя, получены с помощью повторителя напряжения операционного усилителя с усилением тока, показанного на , рис. Чтобы проверить схему, я собрал ее на обычной макетной плате. Разъемы BNC позволяют легко контролировать различные формы сигналов. Первоначально для тестирования я просто смотрел на сигналы с помощью осциллографа вместо измерителя на 100 мкА ( , рисунки 4 , и , 5 ). Схема подключена к двум макетным платам (, рис 6, ). Меньшая плата слева — это схема, используемая для получения опорных сигналов плюса, минуса и земли для операционных усилителей. Плата большего размера представляет собой схему измерителя ESR и удерживается на месте гайками на измерителе. Еще до того, как мне удалось упаковать счетчик в кейс, я использовал его для устранения неполадок в нашем кондиционере, обнаружив неисправный конденсатор двигателя ( Рисунок 7 ). Готовый измеритель ESR достаточно портативный, чтобы его можно было использовать удаленно и вдали от рабочего места. Проверка и эксплуатация
измерителя ESR при тестировании электролитического конденсатора емкостью 50 мкФ.
Рисунок 5. Этот дамп формы сигнала с осциллографа показывает разницу между0183
с высоким ESR в синем и конденсатор с низким ESR в оранжевом.
полезно при проверке конденсатора двигателя кондиционера.
