Egyszerű ESR mérő áramkör

A bejegyzés egy egyszerű ESR mérő áramkört tárgyal, amely felhasználható az elektronikus áramkörben található rossz kondenzátorok azonosítására anélkül, hogy gyakorlatilag eltávolítaná őket az áramköri kártyáról. Az ötletet Manual Sofian kérte

Műszaki adatok

Van vázlata az ESR mérőről. A technikusok azt javasolják, hogy minden alkalommal ellenőrizzem az elektrolitot, amikor holt áramkört találok, de nem tudom, hogyan kell mérni.

Előre is köszönöm a választ.

Mi az ESR

Az ekvivalens sorozatú ellenállást jelentő ESR egy elhanyagolhatóan kis ellenállási érték, amely általában az összes kondenzátor és induktor részévé válik, és tényleges egységértékükkel sorban jelenik meg, azonban az elektrolit kondenzátorokban, különösen az öregedés miatt, az ESR értéke tovább nőhet kóros szintekre, amelyek hátrányosan befolyásolják az érintett áramkör általános minőségét és reakcióját.

A kialakuló ESR egy adott kondenzátorban fokozatosan akár néhány milliohm-ról akár 10 ohmra is növekedhet, súlyosan befolyásolva az áramkör válaszát.

A fentiekben ismertetett ESR azonban nem feltétlenül jelenti azt, hogy a kondenzátor kapacitását is befolyásolná, valójában a kapacitás értéke ép és jó maradhat, mégis romlik a kondenzátor teljesítménye.

Ennek a forgatókönyvnek köszönhető, hogy a normál kapacitásmérő teljes egészében nem képes észlelni a magas ESR-értékkel érintett rossz kondenzátort, és egy technikus a kondenzátorokat megfelelőnek találja a kapacitási értéke szempontjából, ami viszont rendkívül megnehezíti a hibaelhárítást.

Ahol a normál kapacitásmérők és az Ohm mérők teljesen hatástalanná válnak a hibás kondenzátorokban fellépő rendellenes ESR mérésében vagy detektálásában, az ESR mérő rendkívül hasznos lesz az ilyen megtévesztő eszközök azonosításához.

Különbség az ESR és a kapacitás között

Alapvetően a kondenzátor ESR értéke (ohmban) jelzi, hogy milyen jó a kondenzátor.

Minél alacsonyabb az érték, annál nagyobb a kondenzátor munkateljesítménye.

Az ESR teszt gyors figyelmeztetést nyújt a kondenzátor meghibásodására, és sokkal hasznosabb, ha összehasonlítjuk a kapacitástesztel.

Valójában több hibás elektrolitikum is OKAY-t mutat, ha szabványos kapacitásmérővel vizsgálják.

Az utóbbi időben sok olyan személlyel beszélgettünk, akik nem támogatják az ESR jelentőségét, és pontosan milyen felfogásban egyedi a kapacitás szempontjából.

Ezért úgy gondolom, hogy érdemes egy technológiai hírből klipet adni egy neves folyóiratba, amelynek szerzője Doug Jones, az Independence Electronics Inc. elnöke. Hatékonyan foglalkozik az ESR aggályaival. „Az ESR a kondenzátor aktív természetes ellenállása az AC jel ellen.

A magasabb ESR időállandó komplikációkhoz, a kondenzátor felmelegedéséhez, az áramkör terhelésének növekedéséhez, a rendszer általános meghibásodásához stb.

Milyen problémákat okozhat az ESR?

Előfordulhat, hogy magas ESR kondenzátorokkal rendelkező kapcsolóüzemű tápegység nem indul el optimálisan, vagy egyszerűen egyáltalán nem indul el.

A tévéképernyő oldalról / felülről / alulról ferde lehet a magas ESR kondenzátor miatt. Korai dióda- és tranzisztorhibákhoz is vezethet.

Mindezeket és még sok más problémát általában megfelelő kapacitású, de nagy ESR-rel rendelkező kondenzátorok indukálnak, amelyek statikus számként nem detektálhatók, és ezért nem mérhetők meg egy szokásos kapacitásmérővel vagy egyenáramú ohmmérővel.

Az ESR csak akkor jelenik meg, ha váltakozó áram van csatlakoztatva egy kondenzátorhoz, vagy amikor a kondenzátor dielektromos töltése folyamatosan váltja az állapotokat.

Ezt úgy tekinthetjük, mint a kondenzátor teljes fázisfeszültség-ellenállását, kombinálva a kondenzátorvezetékek egyenáramú ellenállásával, a kondenzátor dielektrikumával való összeköttetés DC-ellenállásával, a kondenzátor lemezellenállásával és a dielektromos anyag fázisfázisú AC-jával. ellenállás meghatározott frekvencián és hőmérsékleten.

Az összes olyan elem, amely az ESR kialakulását okozza, kondenzátorral soros ellenállásnak tekinthető. Ez az ellenállás valójában nem létezik fizikai entitásként, ezért az „ESR ellenállás” azonnali mérése egyszerűen nem kivitelezhető. Ha viszont elérhető egy olyan megközelítés, amely segít a kapacitív reaktancia eredményeinek korrigálásában, és figyelembe véve, hogy minden ellenállás fázisban van, az ESR meghatározható és tesztelhető az alapvető elektronikai képlet alkalmazásával E = I x R!

Egyszerűbb alternatíva frissítése

Az alábbiakban megadott op amp alapú áramkör kétségtelenül összetettnek tűnik, ezért némi gondolkodás után előállhatnék ezzel az egyszerű ötlettel bármely kondenzátor ESR-jének gyors felmérésére.

Ehhez azonban először meg kell kiszámítja hogy az adott kondenzátor mekkora ellenállással rendelkezik ideális esetben a következő képlet segítségével:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

• ahol Xc = reaktancia (ellenállás ohmban),
• pi = 22/7
• f = frekvencia (ehhez az alkalmazáshoz vegyen 100 Hz-t)
• C = kondenzátor értéke Faradokban

Az Xc érték megadja a kondenzátor egyenértékű ellenállását (ideális értékét).

Ezután keresse meg az áramot Ohm törvényén keresztül:

I = V / R, Itt V értéke 12 x 1,41 = 16,92 V, R helyére Xc lép, a fenti képlet alapján.

Miután megtalálta a kondenzátor ideális áramerősségét, a következő gyakorlati áramkör segítségével összehasonlíthatja az eredményt a fenti számított értékkel.

Ehhez a következő anyagokra lesz szükség:

• 0-12V / 220V transzformátor
• 4 dióda 1N4007
• 0-1 amperes FSD mozgó tekercsmérő, vagy bármilyen szabványos ampermérő

A fenti áramkör közvetlen leolvasást nyújt arról, hogy a kondenzátor mennyi áramot képes rajta keresztül leadni.

Jegyezze fel a fenti beállítás alapján mért áramot és a képlettel elért áramot.

Végül ismét használjuk Ohm törvényét, hogy értékeljük a két áram (I) leolvasott ellenállását.

R = V / I, ahol V feszültség 12 x 1,41 = 16,92, az 'I' értéke a leolvasott értékek szerint lesz.

A kondenzátor ideális értékének gyors megszerzése

A fenti példában, ha nem kívánja végigcsinálni a számításokat, az összehasonlításhoz a következő referenciaértéket használhatja a kondenzátor ideális reaktanciájának megszerzéséhez.

A képlet szerint az 1 uF kondenzátor ideális reaktanciája 1600 Ohm körül van 100 Hz-en. Ezt az értéket mércének vehetjük, és bármelyik kívánt kondenzátor értékét egy egyszerű inverz keresztszorzással értékelhetjük az alábbiak szerint.

Tegyük fel, hogy egy 10uF kondenzátor ideális értékét szeretnénk megkapni, egyszerűen ez lenne:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Most összehasonlíthatjuk ezt az eredményt azzal az eredménnyel, amelyet az ampermérő áramerősségének megoldásával kapunk az ohmos törvényben. A különbség megmondja a kondenzátor tényleges ESR-jét.

MEGJEGYZÉS: A képletben és a gyakorlati módszerben használt feszültségnek és frekvenciának meg kell egyeznie.

Op erősítő használata egyszerű ESR mérő készítéséhez

ESR mérővel lehet meghatározni egy kétséges kondenzátor állapotát egy régi elektronikus áramkör vagy egység hibaelhárítása közben.

Ezeknek a mérőeszközöknek az a jó tulajdonsága, hogy felhasználható kondenzátor ESR-jének mérésére anélkül, hogy a kondenzátort el kellene távolítani vagy leválasztani az áramköri kártyáról, ami a felhasználó dolgát eléggé megkönnyíti.

A következő ábra egy egyszerű ESR mérő áramkört mutat, amely felépíthető és felhasználható a javasolt mérésekhez.

Kördiagramm

Hogyan működik

Az áramkört a következő módon lehet megérteni:

A TR1 a mellékelt NPN tranzisztorral együtt egy egyszerű visszacsatolással indított blokkoló oszcillátort képez, amely nagyon magas frekvencián oszcillál.

A rezgések arányos feszültség nagyságot indukálnak a transzformátor 5 fordulatos szekunder oldalán, és ezt az indukált nagyfrekvenciás feszültséget alkalmazzák a szóban forgó kondenzátoron.

A fenti kisfeszültségű nagyfrekvenciás előtolással összekapcsolt opamp is látható, és áramerősítőként van konfigurálva.

ESR nélkül vagy új jó kondenzátor esetén a mérő úgy van beállítva, hogy jelezze a teljes skála elhajlását, jelezve a minimális ESR-t a kondenzátoron, amely arányosan csökken a nulla felé különböző kondenzátorok esetében, amelyeknek különböző mennyiségű ESR-szintje van.

Az alacsonyabb ESR miatt az opamp inverz érzékelő bemenetén viszonylag nagyobb áram alakul ki, amely ennek megfelelően a mérőben nagyobb eltérítéssel jelenik meg, és fordítva.

A felső BC547 tranzisztort közös kollektorfeszültség-szabályozó fokozatként vezetik be annak érdekében, hogy az oszcillátor fokozatát alacsonyabb 1,5 V-mal működtessék, így az áramköri lap másik tesztelt kondenzátora körüli elektronikus eszközt a tesztfrekvenciától kezdve nullfeszültség alatt tartják. az ESR mérő.

A mérő kalibrálási folyamata egyszerű. A tesztvezetékeket rövidre zárva tartva az uA mérő közelében 100k előre beállított értéket addig állítunk, amíg a mérőtárcsa teljes skálahajlást nem ér el.

Ezt követően különböző, magas ESR értékű kondenzátorokat lehetett ellenőrizni a mérőben, ennek megfelelően kisebb eltérítési fokokkal, amint azt a cikk előző szakaszában kifejtettük.

A transzformátor bármilyen ferritgyűrűre épül, bármilyen vékony mágneses huzal segítségével, a megadott fordulatokkal.

Egy másik egyszerű ESR tesztelő egy LED-del

Az áramkör negatív ellenállást biztosít a kondenzátor tesztelés alatt álló ESR-jének lezárására, és folyamatos soros rezonanciát hoz létre egy rögzített induktoron keresztül. Az alábbi ábra az esr mérő áramkörét mutatja. A negatív ellenállást az IC 1b IC generálja: Cx jelzi a vizsgált kondenzátort, és L1 rögzített induktivitásként van elhelyezve.

Alapvető munka

A pot VR1 megkönnyíti a negatív ellenállást. A teszteléshez egyszerűen forgassa tovább a VR1-et, amíg az oszcilláció csak le nem áll. Ha ez megtörtént, az ESR-értéket a VR1 tárcsa mögé csatolt skáláról lehet ellenőrizni.

Áramkör leírása

Negatív ellenállás hiányában az L1 és a Cx úgy működik, mint egy soros rezonancia áramkör, amelyet az L1 ellenállása és a Cx ESR elnyom. Ez az ESR áramkör elkezd oszcillálni, amint feszültségindítón keresztül táplálják. Az IC1 a oszcillátorként működik, és négyzetes hullámú jelkimenetet generál némi alacsony frekvenciával, Hz-ben. Ezt a kimenetet differenciálva hozzák létre azokat a feszültségcsúcsokat (impulzusokat), amelyek kiváltják a csatolt rezonáns áramkört.

Amint a kondenzátor ESR-je és az R1 ellenállása együtt megszűnik a negatív ellenállással, a csengő oszcilláció állandó rezgéssé válik. Ezt követően bekapcsolja a D1 LED-et. Amint a negatív ellenállás csökkenése miatt az oszcilláció leáll, a LED kikapcsol.

Rövidített kondenzátor észlelése

Abban az esetben, ha rövidzárlatos kondenzátort észlelnek a Cx-nél, a LED megnövelt fényerővel világít. Abban az időszakban, amikor a rezonáns áramkör rezeg, a LED csak a hullámforma pozitív élű félciklusain keresztül kapcsol be: ez csak a teljes fényerő 50% -ával világít. Az IC 1 d egy fél tápfeszültséget szolgáltat, amelyet az IC1b referenciaként használunk.

Az S1 használható az ICIb erősítésének beállítására, ami viszont megváltoztatja a negatív ellenállást, és széles ESR mérési tartományokat tesz lehetővé 0-1, 0-10 és 0-100 Ω között.

Alkatrész lista

L1 Építés

Az L1 induktivitást úgy készítjük, hogy közvetlenül a burkolat belső 4 oszlopa köré tekerjük, amelyek felhasználhatók a NYÁK-sarkok csavarozásához.

A fordulatok száma 42 lehet, 30 SWG szuperzománcozott rézhuzal használatával. Hozza létre az L1 értéket, amíg a tekercselés végein 3,2 Ohm ellenállást nem ér el, vagy kb. 90 uH induktivitási értéket.

A huzal vastagsága nem döntő fontosságú, de az ellenállás és az induktivitás értékeinek meg kell felelniük a fentieknek.

Vizsgálati eredmények

A fent leírt tekercselési részletekkel a Cx résekben tesztelt 1000uF kondenzátornak 70 Hz frekvenciát kell létrehoznia. 1 pF kondenzátor ennek a frekvenciának a növekedését 10 kHz körüli értékre okozhatja.

Az áramkör vizsgálata során egy R19-es 100 nF-os kondenzátoron keresztül csatlakoztattam egy kristályos fülhallgatót a frekvenciaszintek teszteléséhez. A négyzethullám-frekvencia kattanása jól hallható volt, miközben a VR1-et hosszú távolságra állították be attól a helytől, amely miatt az oszcillációk megszűntek. Mivel a VR1 kritikus pontja felé állítottam, elkezdhettem hallani a kis feszültségű szinuszhullám frekvenciájának tiszta hangját.

Hogyan kalibráljuk

Vegyünk egy kiváló minőségű, legalább 25 V feszültségű 1000µF-os kondenzátort, és helyezzük be a Cx pontokba. Fokozatosan változtassa meg a VR1-et, amíg a LED teljesen kikapcsol. Jelölje ezt a pontot az edény skála tárcsa mögött 0,1 Ω-ra.

Ezután csatlakoztasson sorosan egy ismert ellenállást a tesztelt Cx-hez, amely a LED kigyulladásához vezet, és most ismét állítsa be a VR1-et, amíg a LED éppen nem kapcsol ki.

Ezen a ponton jelölje meg a VR1 tárcsa skálát a friss teljes ellenállási értékkel. Előnyös lehet, ha 0,1Ω-os lépésekkel dolgozunk az 1Ω-os tartományban, és megfelelően nagyobb lépésekkel dolgozunk a másik két tartományban.

Az eredmények értelmezése

Az alábbi ábra a standard ESR értékeket mutatja be, a gyártók adatai szerint, és figyelembe véve azt a tényt, hogy a 10 kHz-en számított ESR általában 1/3-a az 1 kHz-en tesztelt értékhez képest. A 10 V szabványos minőségű kondenzátorokkal ellátott ESR értékek négyszer magasabbak, mint az alacsony ESR 63 V típusúak.

Ezért amikor egy alacsony ESR típusú kondenzátor olyan szintre bomlik le, ahol ESR-je nagyban hasonlít egy tipikus elektrolit-kondenzátorhoz, belső bemelegedési körülményei 4-szer magasabbak lesznek!

Abban az esetben, ha úgy látja, hogy a tesztelt ESR-érték nagyobb, mint az alábbi ábrán látható érték kétszerese, akkor feltételezheti, hogy a kondenzátor már nem a legjobb állapotban van.

Az alábbi feszültségértékektől eltérő kondenzátorok ESR-értékei a grafikon megfelelő vonalai között lesznek.

ESR mérő IC 555 használatával

Nem annyira tipikus, mégis ez az egyszerű ESR áramkör rendkívül pontos és könnyen felépíthető. Nagyon hétköznapi alkatrészeket alkalmaz, mint például egy IC 555-öt, egy 5 V-os DC forrást, és még néhány passzív alkatrészt.

Az áramkör egy CMOS IC 555 használatával épül fel, 50:50-es tényezővel állítva.
Az üzemi ciklus az R2 és r ellenálláson keresztül megváltoztatható.
Az r értékének még egy kis változása is, amely megfelel a szóban forgó kondenzátor ESR-jének, jelentős változásokat okoz az IC kimeneti frekvenciájában.

A kimeneti frekvenciát a következő képlet oldja meg:

f = 1 / 2CR1n (2-3k)

Ebben a képletben C a kapacitást ábrázolja, R-t (R1 + R2 + r) alkotja, r a C kondenzátor ESR-jét jelöli, míg k értéke a következő tényezővel egyenlő:

k = (R2 + r) / R.

Az áramkör megfelelő működésének biztosítása érdekében a k tényező értéke nem haladhatja meg a 0,333 értéket.

Ha ezt az értéket meghaladja, az IC 555 rendkívül magas frekvencián kontrollálatlan rezgési üzemmódba kerül, amelyet kizárólag a chip terjedési késleltetése vezérel.

A k faktor 0-ról 0,31-re történő növekedésére reagálva exponenciális incrázist talál az IC kimeneti frekvenciájában 10-szeresére.

Mivel ez még tovább nő, 0,31-ről 0,33-ra, a kimeneti frecké további 10-szeresére növekszik.

Feltételezve, hogy R1 = 4k7, R2 = 2k2, a C minimális ESR = 0, a k faktornak 0,3188 körül kell lennie.

Tegyük fel, hogy az ESR értéke 100 ohm körül van, és a k értéke 0,32286-nál 3% -kal növekedne. Ez most arra készteti az IC 555-öt, hogy az eredeti frekvenciához képest háromszor nagyobb frekvenciával oszcilláljon r = ESR = 0 értéknél.

Ez azt mutatja, hogy az r (ESR) növekedésével az IC kimenetének frekvenciája exponenciálisan növekszik.

Hogyan kell tesztelni

Először kalibrálni kell az áramkör válaszát egy kiváló minőségű, elhanyagolható ESR-rel rendelkező kondenzátorral, amelynek kapacitása megegyezik a tesztelendő kapacitással.

Szüksége van egy maroknyi válogatott ellenállásra, amelyek pontos értékei 1 és 150 ohm között mozognak.

Most ábrázoljon egy grafikont kimeneti frekvencia vs. r a kalibrációs értékeknél,

Ezután csatlakoztassa a kondenzátort, amelyet meg kell vizsgálni az ESR szempontjából, és kezdje el elemezni annak ESR-értékét a megfelelő IC 555 frekvencia és az ábrázolt grafikon megfelelő értékének összehasonlításával.

Az alacsonyabb ESR-értékek, például 10 ohm alatti optimális felbontás biztosítása érdekében, valamint a frekvencia-különbségek megszabadítása érdekében ajánlott 10 és 100 ohm közötti ellenállást sorozatban hozzáadni a tesztelt kondenzátorhoz.

Amint az r értéket megkapta a grafikonból, ebből csak levonja a fix ellenállás értékét r hogy megkapja az ESR értéket.