Site Loader

Содержание

Измерение ESR конденсаторов

Конденсатор (есть такой радио элемент) это с одной стороны простое устройство, которое можно сделать в банке в прямом смысле слова, а с другой стороны, не так все просто.
Вот так выглядит схема конденсатора:


Другими словами у нас есть не только емкость , но сопротивление. Вот измерение этого сопротивления и есть цель. Существуют таблицы, для определения нормальной работоспособности конденсатора ESR должно соответствовать допустимым. Вот одна из таблиц:




Если вкратце, то для того, что бы убедится в работоспособности конденсатора, при ремонте радиоаппаратуры (или при использовании б/у запчастей), необходимо проверить емкость и соответствие значение ESR. Всю теорию я здесь приводить не буду, но расскажу как это сделать.

Теперь плавно переходим к практике, а именно к схемам устройств, с помощью которых можно испытать конденсаторы. И давайте для правильной логики сделаем это от простого к сложному.

Простые устройства могут использовать для отображения результатов измерений как аналоговый вариант (измерительную головку или амперметр)




И тоже самое почти но на 555




Реклама
Sonoff TH 16A/10A контроль температуры и влажности WiFi смарт-переключатель
Реклама
-_- **Распродажа** Отзывы: ***самая быстрая доставка***
Есть еще такой вариант, он позволяет проверять конденсаторы не выпаивая из схемы — напряжение на щупах не превышает 0,6В






Подобный прибор публиковался когда-то в журнале Радио №1 2011 год








И приборы с отображением информации с помощью светодиодов:

Этот прибор кода-то (а возможно и сейчас) продавался как набор и как готовое устройство компанией «МастерКит»:








Другой вариант такого устройства:








Есть приборы со звуковой индикацией, как к примеру этот:




Изначально схема генерирует звуковой тон с частотой около 500Гц.
При тестировании конденсаторов(без выпаивания из схемы), если ESR менее 1ома(что считается нормой), частота генерации снижается от 500 до 100Гц пропорционально емкости от 0.1 до 1000Мкф и далее молчит.
Если ESR более 1ома, частота генерации начинает возрастать до (примерно) 5-7 кГц обратно пропорционально значению ESR.

Таким образом, если частота генерации начинает повышаться, или остается неизменной, то конденсатор (в большинстве случаев), следует заменить.

И наконец можно перейти к приборам, которые построены на микропроцессорах и отображают чаще всего все информацию: и емкость и ESR. Очень часто эти приборы универсальны, т.е. позволяют проверять практически весь спектр радиоэлементов от резистора до кварцевого резонатора. Выкладывать тут схемы, описания и прошивки я не буду, если кому-то интересно более детальное распределение ролей, пишите в комментариях и я сделаю детальный обзор по тому или иному прибору. А сейчас только покажу картинки))

Реклама
Магнитный USB-кабель для быстрой зарядки Отзывы: ***хорошее качество***
Реклама
поршень для выдавливания флюса Отзывы: ***Поршни действительно алюминиевые, сам шток можно открутить и промыть доя следующего использования,***











И наконец прибор который я уже упоминал в одной из моих статей





И корпус для него:



Все эти приборы универсальны и удобны в использовании.
Всем свежей канифоли! Буду рад вашим комментариям)

Измеритель ESR оксидных конденсаторов.

    Для контроля работоспособности оксидных конденсаторов очень важно знать их параметры.Одним из таких параметров является эквивалентное последовательное сопротивление  ESR  (Equivalent Serial Resistance). Прибор, описанный в данной статье позволяет быстро оценить значение ESR.

 

 

 

 

   В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом – электролитом. Диэлектриком в таких конденсаторах 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 большую емкость.

 

   В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе.

 

   Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого “резистора”,что еще больше усугубляет разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора – это известное радиолюбителям “высыхание”, когда из за плохой герметизации происходит испарение электролита. В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается. Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме (eсли включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10…20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения). Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до 3…5 Ом) на работе импульсных блоков питания, выводя из строя более дорогостоящие транзисторы или микросхемы.

 

   Принцип работы описываемых измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известно, что

 

Xс=1/2πfC,  (1)

 

   где Xс – емкостное сопротивление, Ом; f –частота, Гц; С – емкость, Ф. Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь ёмкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ – 0,016Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из за наличия паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений не нужна. Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем,что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (т.е. ESR) задают именно на этой частоте. Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемый же измеритель работает с генератором прямоугольных импульсов. Но нам нужна не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например 0,5 и 5 Ом. Рассмотрим работу схему измерителя ESR, показанную на рисунке:

 

   На микросхеме DD1 собран генератор прямоугольных импульсов. Из за низкой нагрузочной способности элементов КМОП на выходе генератора в качестве буферного усилителя пришлось включить пару дополнительных ИМС. Реально на плате микросхемы DD2 и DD3 запаяны “ножка в ножку” одна над другой, поэтому конструктивно добавляется как бы одна микросхема – буферный усилитель с 8 ю параллельно включенными инверторами. Потребляемый прибором ток при Uп=3 В составляет примерно 2,5 мА. Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и приблизительно равна 100 кГц. Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 и резистор R2 подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя на диоде VD1 включен микроамперметр РА1, по шкале которого отсчитывают значение ESR. Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении питания стрелка микроамперметра отклоняется на конечную отметку шкалы (добиваются подбором резистора R2).Такое ее положение соответствует значению“бесконечность” измеряемого ESR.

 

   Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I трансформатора Т1, то благодаря низкому ёмкостному сопротивлению (помните, при С=10 мкФ,Хс=0,16 Ом на частоте 100 кГц) конденсатор зашунтирует обмотку, и стрелка измерителя приблизится к нулю. При наличии же в измеряемом конденсаторе какого либо из описанных выше дефектов, в нем повышается значение ESR. Часть переменного тока потечет через обмотку, и стрелка будет все меньше отклоняться от значения “бесконечность”. Чем больше ESR, тем больший ток протекает через обмотку и меньший через конденсатор, и тем ближе к положению“бесконечность” находится стрелка. Шкала прибора нелинейная и напоминает шкалу омметра обычного тестера. В качестве измерительной головки можно использовать любой микроамперметр на ток до 500 мкА, хорошо подходят головки от индикаторов уровня записи магнитофонов.

 

   Градуировать шкалу не обязательно, достаточно засечь, где будет находиться стрелка, подключая калибровочные резисторы. Благодаря разделительному повышающему трансформатору напряжение на измерительных щупах прибора не превышает значения 0,05…0,1 В, при котором еще не открываются переходы полупроводниковых приборов. Это дает возможность проверять конденсаторы, не выпаивая их из схемы.

 

   В верхнем положении контактoв переключателя S1; (как показано на схеме) прибор работает как измеритель ESR, истрелка измерительной головки отклоняется под воздействием выпрямленного напряжения генератора. В нижнем же положении контактов переключателя S1 стрелка измерителя отклоняется под воздействием постоянного напряжения источника питания, а измеряемый конденсатор подключают параллельно головке.

   Процедура измерения выглядит так: подключают щупы к измеряемому конденсатору и наблюдают за стрелкой. Допустим, стрелка приблизилась к нулю, по части ESR конденсатор исправен. Переключают S1 в нижнее положение. При исправном конденсаторе стрелка измерительного прибора должна вернуться в положение “бесконечность”, так как конденсаторы не проводят (вернее, не должны проводить) постоянный ток. Пробитый же конденсатор зашунтирует головку,и стрелка измерителя останется в нулевом положении. Отклонения стрелки на конечную отметку шкалы на постоянном токе (в нижнем положении S1) добиваются подбором резистора R3. Для защиты измерительной головки от механических повреждений импульсом разрядного тока (при случайном подключении измерительных щупов к заряженному конденсатору) служат кремниевые диоды VD2, VD3. Заряженный конденсатор будет разряжаться через обмотку I трансформатора Т1.

 

   Детали. Трансформатор Т1 наматывают на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм и магнитной проницаемостью 600…2000 (значения некритичны). Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ 2 диаметром 0,4…0,5 мм, вторичная –200 витков провода ПЭВ 2 диаметром 0,1…0,15 мм. В качестве провода для первичной обмотки идеально подходит монтажный провод марки МГТФ 0,5 или одножильный провод в ПВХ изоляции (“кроссировка”). Диод VD1 обязательно должен быть германиевым, например, типов Д9, Д310, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют большое пороговое напряжение открывания (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы прибора в области измерения малых сопротивлений. Германиевые же диоды начинают проводить ток при прямом напряжении 0,1…0,2 В. Налаживание прибора такое же, как и для описанных выше: отклонения стрелки измерителя на конечную отметку шкалы в положении “ESR” переключателя S1 добиваются, вращая движок подстроечного резистора R3, а в положении “Пробой” – движок резистора R4. Достоинством схемы является низкое напряжение питания и малый потребляемый ток. Двух батареек питания хватит на много месяцев работы.

 


   Источник: 

1. Воличенко Г. В., Измеритель ESR оксидных конденсаторов, Радиоматор  2006г., №8, стр. 20.

Что такое ESR. Измерение ESR. Прибор для измерения ESR

Привет друзья. Сегодня расскажу о приборе, который очень сильно помогает мне в ремонте, экономит деньги и время. Это ESR метер китайского происхождения Mega328. Купил его на алиекспресс у этого продавца. Какие именно достоинства этого прибора?

Во первых, им очень удобно проверять электролитические конденсаторы. Для этой цели я его и покупал. У каждого конденсатора есть два параметра, которые отвечают за его работу. Первый параметр это емкость. Это те самые микрофарады которые и обозначается на корпусе конденсатора. Емкость легко измерять любым мультиметром который поддерживает эту функцию.

Сначала я думал, что это единственный параметр который мне нужно знать в конденсаторе, чтобы определить его исправность, но не тут то было. Ремонтируя один монитор, я никак не мог довести до ума источник питания. Блок выдавал заниженные напряжения, как ни крути. Проверяя конденсаторы, я мерил их емкость, которая была в пределах нормы. В один момент, плюнув на все это дело, я выпаял все конденсаторы, и заменил их на новые, после чего монитор запустился. Моему удивлению не было предела. Я решил найти причину, и поочередно начал впаивать старые конденсаторы, пока не нашел один 470 мкф на 50в, впаивая который, монитор переставал работать. Тестер показывал что конденсатор исправен, но на практике оказалось, что это не так. После этого я начал изучать все о конденсаторах, и открыл для себя такой параметр как ESR.

ESR — Equivalent Series Resistance – параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока. Это можно представить как подключенный последовательно конденсатору резистор. Чем меньше ом потери тока, тем лучшего качества конденсатор. Скажу сразу, параметр ESR очень актуален для электролитических конденсаторов емкостью свыше 4,7 мкф. У нового электролитического конденсатора 1мкф ESR может быть и 5 Ом. Для конденсаторов меньшего номинала это не столь важно, по крайней мере в моей практике это так.

Теперь по сути. У электролитического конденсатора емкостью больше 4,7 мкф ESR должен быть меньше 1 Ом. Если этот параметр выше, то я меняю конденсатор на новый.

На картинке ниже, показан пример измерения конденсатора номиналов 1000мкф на 10в.

Измерение ESR

Это сильно подсаженный конденсатор, где ESR уже 17 Ом. Очень часто бывает так, что емкость еще 950 мкф, а ESR уже 10 Ом. Такой конденсатор однозначно под замену.

Еще один пример севшего конденсатора. Это конденсатор 220 мкф на 35в. Номинал его стал 111 мкф, а ESR поднялся до 1,3 Ом.

ESR 220 мкф на 35в

Или такой же 220мкф на 35в из статьи Ремонт кадровой развертки на примере телевизора AIWA TV-215KE, где ESR уже 15 Ом.

Вот пример исправного конденсатора, который уже был в работе, но номинал его еще позволяет поработать. Это 100мкф на 63в.

Как видите, его ESR до 1 Ом, да и номинал стал меньше менее чем на 3 мкф, так что такие конденсаторы я оставляю в работе. Приведу пример идеального конденсатора. Это 1500мкф на 10в.

Здесь ESR вообще ноль Ом, а номинал больше заявленного.

Отойду немного от конденсаторов, и расскажу больше о приборе MEGA 328. Он может проверять не только конденсаторы, а и многое другое. Им легко проверять транзисторы, резисторы, стабилитроны,  мосфеты и много другое. Очень удобно проверять полевые транзисторы, так как прибор покажет его тип, расположение ножек стока, истока и затвора.

Пример проверки полевого транзистора:

Прибор показывает тип транзистора, порог открытия  и расположение ножек. Очень удобно, особенно для новичка.

Вот пример проверки обычного N-P-N транзистора.

Полный перечень возможностей данного тестера:

  Проверка: Конденсаторов, Диодов, Двойных диодов, MOS, Транзисторов, SCR, Регуляторов, Светодиодные трубки, СОЭ, Сопротивление, регулируемые потенциометры и др.
Сопротивление: от 0.1 Ом до максимум 50 мОм
Конденсатор: от 25pF   до 100,000 мкФ
Индукторы: от 0.01 mH до 20 H
Измерения биполярного транзистора текущий коэффициент усиления и база-эмиттер пороговое напряжение.
Может одновременно измерять два резисторы . Отображается на правой десятичным значением 4. Сопротивление символ на обе стороны показывает контактный номер.

Очень важно!!! Перед измерением ESR, конденсатор необходимо разрядить !!!

Тестер обычно поставляется в виде платы, с разъемом под крону. Свой прибор, я установил  в распределительную коробку, вырезал окошко под дисплей, кнопку, и панель для проверки. Приклеил термоклеем, и так он у меня и работает по сей день. Вот фото:

Не сильно красиво, но за красотой я особо и не гнался :).

Виде обзор работы ESR метра
Рекомендую покупать на алиекспресс напрямую, так как это намного дешевле, тем более с нашими ценами. Вот ссылка на продавца, где покупал я. Прибор пришел в Украину за 18 дней.

Рекомендую посмотреть обзор моего нового ESR метра на аккумуляторе по этой ссылке

Перечень всех моих инструментов для ремонта можете зайти здесь:

Спасибо за внимание.



Весь инструмент и расходники, которые я использую в ремонтах находится здесь.
Если у Вас возникли вопросы по ремонту телевизионной техники, вы можете задать их на нашем новом форуме .

Загрузка…

Измеритель С и ESR

        Давно хотел сделать устройство для проверки электролитов, которое бы наряду с ESR измеряло и емкость. Все, что попадалось в и-нете на эту тему, чем-нибудь да не устраивало. Опробовав некоторые идеи, остановился на варианте определения ESR путем измерения величины падения напряжения (ступеньки) при ОТКЛЮЧЕНИИ конденсатора от источника тока. Емкость определяется традиционным способом -измерение времени заряда стабильным током (10 мА) То , что получилось в результате — см. на фото.

  нажмите на картинку для увеличения.

 

         Прибор предназначен для определения исправности электролитических конденсаторов путем измерения емкости (С) и последовательного эквивалентного сопротивления (ESR). Прибор не является точным инструментом, однако его точности достаточно для радиолюбительской практики и ремонта радиоэлектронных устройств. Напряжение на тестируемом элементе около 100 мВ, что позволяет проводить измерения внутрисхемно. Защита входных цепей традиционна — два встречно-параллельных диода и малоэффективна. Лучше эту задачу решить механически — с помощью специальных щупов, которые в обычном состоянии замкнуты между собой через сопротивление порядка 5 Ом, а при нажатии на щуп эта цепь размыкалась бы.

 Пределы измерения:

C………1 — 150000 мкФ

ESR…. 0 — 10 Ом   

Принцип измерения.

      В приборе использован принцип измерения ESR — практически на постоянном токе. Попробую объяснить подробнее, представим УПРОЩЕННУЮ эквивалентную схему замещения эл.конденсатора — собственно идеальный конденсатор С и включенное последовательно с ним сопротивление R . Подключим эту цепь к источнику тока I. В начальный момент напряжение на этой цепочке будет равно U=I*R, потом напряжение будет линейно расти за счет заряда конденсатора U=I*R+I*t/C (t- время). При отключении конденсатора от источника тока напряжение на нем уменьшится на величину I*R. Вот эта величина и измеряется прибором. Зная ток и величину падения напряжения получаем ESR.

      Практически это выглядит так — 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 выключеня 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. Удачно получилось, что эти же аналоговые цепи используются для измерения емкости .

       Следует отметить, что этот принцип измерения ESR не новый, просто встречается не очень часто. Вот наиболее похожая конструкция , только здесь измерение проводится при включении тока. Аналогичный принцип использовался и в «Цифровом измерителе ESR» С.Бирюкова, Схемотехника 2-3 2006г.

 

Настройка и управление.

       Первое включение — проверяем наличие +5V после 78L05 и -5V (4.7V) на выходе DA4. 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 емкости. 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 «+».

 

     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 коэффициенты соответственно результатам измерений.

Индикация.

       Измеренные значений в цифровом формате выводятся на двухстрочный ЖКИ. В верхней строке выводится емкость, в нижней  ESR (ЭПС) конденсатора.

Надпись Cx —- выводится в след. случаях:

  1. 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.
  2. 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). 

  Детали и щупы.

      ЖКИ модуль на основе контроллера HD44780 с организацией 16 символов, 2 строки. Встречаются варианты исполнения с «перепутанными» ногами 1 и 2 -земля и питания. Правильную маркировку необходимо посмотреть в документации на индикатор. Другие индикаторы потребуют изменения программы.  Микроконтроллер заменим на PIC16F873 с тактовой на частоту 20МГц. Транзистор IRF530 заменим на IRF520, IRF540, IRLZ44n. 

      Выносные щупы подключаются по четырех проводной схеме для уменьшения влияния сопротивления проводов на результат измерения. Провода, идущие на массу и транзистор VT2 нужно взять потолще.

Прибор обсуждается на форуме. 

Простой измеритель ESR для электролитических конденсаторов

Не смотря на то, что большинство современных мультиметров оснащены функцией измерения емкости конденсаторов, в том числе и электролитических, однако возможность замерить ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) на самом деле является большой редкостью.

В то же время, значение ESR электролитических конденсаторов является одним из важных показателей, свидетельствующий о качестве и возрасте конденсатора. У каждого электролитического конденсатора, со временем, происходит постепенное высыхание электролита, вследствие чего происходит уменьшение проводимости электролита и увеличение значения ESR. Такой конденсатор не работоспособный и должен быть обязательно заменен.

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100…480 градусов, поток возду…

В данной статье представляем простой измеритель ESR, с помощью которого можно измерить эквивалентное последовательное сопротивление электролитических конденсаторов емкостью более 1 мкф.

Описание работы простого ESR метра

Измеренное значение ESR выводится на микроамперметр. Преимущество схемы – это возможность оценить состояние конденсатора не выпаивая его из платы устройства. Как и во всех подобных схемах ESR метра, которые можно найти в интернете, основой его является генератор импульсов.

В данной конструкции генератор собран на одном логическом элементе (DD1.1) микросхемы 74HC14N (инвертирующий триггер Шмитта) и RC-цепи R1 и С1, которая определяет частоту работы генератора. В данном случае это около 100 кГц. Сигнал с генератора усиливается оставшимися пятью элементами микросхемы DD1 до амплитуды в районе 250мВ, который потом поступает на исследуемый конденсатор Cx.

Исследуемый конденсатор подключается к контактам X1 и X2 ESR измерителя. Для защиты тестера от заряда, имеющегося в конденсаторе Cx, предусмотрена линия защиты состоящая из С4, R8, VD1 и VD2 (1N4007). Измеряемый сигнал после прохождения через конденсатор Cx усиливается транзистором T1 (BC337), далее выпрямляется четырьмя диодами D3-D6 (1N4148), а затем отфильтровывается конденсатором С6.

К выводам X3 и X4 через резистор R14 подключается микроамперметр со шкалой полного отклонения около 50мкA. Значение, отображаемое на индикаторе в основном пропорционально значению ESR конденсатора. Конечно, необходимо путем калибровки связать значение ESR и емкость нового конденсатора, чтобы можно было обнаружить несоответствие с неисправным конденсатором.

Держатель для платы

Материал: АБС + металл, размер зажима печатной платы (max): 20X14 см…

Калибровка ESR измерителя

Правильно собранный и проверенный на ошибки ESR-метр должен заработать при первом же включении. В качестве источника питания можно порекомендовать блок питания на стабилизаторе 78L05. После подачи питания прибор должен сразу показать величину ESR. Для получения более точных значений можно вместо постоянного резистора R14 подключить переменный резистор на 25 кОм.

Настройка выполняется просто — вместо исследуемого конденсатора необходимо по очереди подключать резисторы с малым сопротивлением. Разметка шкалы должна быть примерно такой: при подключении резистора 1 Ом отклонение стрелки должно быть более 90%, при сопротивлении резистора 10 Ом отклонение в районе 40% и при 47 Ом только 10%.

К сведению, реальное сопротивление (ESR) рабочего электролитического конденсатора не должно превышать 10 Ом.

Измерение esr конденсаторов своими руками

Если ваш мультиметр не имеет функции измерения емкости, то это не повод его выкидывать на помойку.

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.

Основу этой схемы составляют восемь операционных усилителей с отрицательной обратной связью и занимают устойчивое рабочее положение, если их два входа совпадают по подаваемому напряжению. Усилители 1A и 1B генерируют колебания частотой 100 кГц, которая задается цепочкой C1 и R1. Диоды D2 и D3 предназначены для ограничения нижней и верхней амплитуды выходного сигнала, поэтому уровень и частота устойчивы к изменения напряжения питания батареи.

Эта радиолюбительская схема позволяет контролировать ЭПС в цепях до 600 вольт, но только в том случае, если схема не имеет переменного напряжения частотой более 100 Гц.

Выход ОУ 1B нагружен на резистор R8F. Тестируемый конденсатор подключен через щупы. Конденсатор C3 блокировочный. Диоды D4 и D5 защищают устройство от зарядного тока конденсатора C3. Резистор R7 предназначен для разряда C3 после измерения. Постоянное напряжение смещения от диода D1 и сигнала с резистора R9F сумируются на входе операционного усилителя 1D. Каждый из трех каскадов обладает коэффициентом усиления 2,8.

Детали: 1. ОУ микросхемы LM324N. 2. «F» резисторы 1% точности; все другие-5% 3. R7 от 0,5 ватта, остальные 0,25 Вт. 4. R21 устанавливает линейность в середине шкалы: 330 до 2,2 Ома. 5. R24 корректирует смещение постоянного тока на бесконечности ЭПС. 6. R26 помогает установить нуль (полная шкала): 68 до 240 ом. 7. R6F=150 Ом, R12F=681 Ом

Схема пробника состоит из: генератора, измерительной цепи, усилителя, индикатора. Т1- составной транзистор. В роли индикатора использована самодельная светодиодная шкала.

Для ускорения процесса сборки, пробник для проверки конденсаторов выполнен на макетной плате и помещен в корпус из отрезка кабель канала. Шупы выполнены из медной проволки

В комплект поставки входит сам измерительный прибор, три щупа к нему и четыре ножки для платы. Esr метр рассчитан на работу от литиевого аккумулятором типа 14500 напряжением 3,7 вольта, но его можно не заказывать, а взять из старой батареи от ноутбука, и плевать, что он больше по размеру.

Об управлении ESR метром.

MG328 рассчитан на работу от батареи типа 14500, но я решил установить туда аккумулятор типа 18650. Для этого, я отпаял родной держатель и напрямую припаял на его место элемент 18650. По габаритам, все вписалось в стандартные размеры готовой платы.

После подачи питания на плату от usb, начинает светить индикатор зарядки. В устройстве имеется режим само тестирования. Для его запуска, нужно соединить вместе все три щупа, и нажать кнопку тест. После этого, DIY MG328 переключится в режим самотестирования. Кроме того, в этот режим можно попасть и через меню. Для этого потребуется нажать кнопку тестирования на две секунды.

Для навигации в меню, нужно нажать кнопку тестирования, для выбора любого из пунктов, а затем зажать эту же кнопку на несколько секунд. Приятной неожиданностью, был найденый пункт меню – генератор частоты.

На фотографиях ниже, показаны примеры измерения различных типов радиокомпонентов.

В общем, измерительным прибором доволен как слон. Уже во многих своих ремонтах находил убитые конденсаторы, без внешних признаков проблем.

В статье приводятся варианты схемы простого прибора, позволяющего находить неисправные электролитические конденсаторы, не выпаивая их из схемы. Кроме того, данным прибором можно “прозванивать” электрические цепи, проверять прохождение сигнала в устройствах ВЧ и НЧ, оценивать моточные изделия на предмет наличия короткозамкнутых витков.

Несколько лет назад в Интернете автор обнаружил схему несложного прибора, позволяющего выявлять неисправные электролитические конденсаторы. Заинтересовавшись этим, автор решил собрать и испытать этот “измеритель ESR”. Результат превзошел все ожидания: телевизор Toshiba, находившийся в ремонте несколько дней (не запускался БП), был отремонтирован буквально за 5 минут. С помощью этого прибора были обнаружены два электролитических конденсатора с повышенным ESR, которые до этого были выпаяны из платы и проверены обычным тестером на “подергивание стрелки”. Стрелка отклонялась, и исправность конденсаторов не вызывала сомнений. После замены конденсаторов телевизор нормально заработал.

Итак, обо всем по порядку. Для начала позвольте немного теории, чтобы полнее представлять суть проблемы. ESR – это аббревиатура от английских слов Equivalent Serial Resistance, в переводе означает “эквивалентное последовательное сопротивление”. В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом – электролитом. Диэлектриком в таких конденсаторах 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 большую емкость.


Cхема простейшего измерителя ESR

Cхема усовершенствованного измерителя ESR

Cхема малогабаритного измерителя ESR

Схема прибора на ИМС К561ЛА7

Рис. 5 Внешний вид прибора
Рис. 6 Расположение деталей внутри корпуса
Рис. 7 RC-генератор

Простой измеритель ESR электролитических конденсаторов на микроконтроллере PIC16F873

Самодельный измеритель ESR с возможностью измерений бьез выпаивания конденсаторов из печатной платы.

Что такое ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) – это исключительно важный параметр электролитического конденсатора, характеризующий его работоспособность, качество и степень старения. С точки зрения ремонта электронной техники этот параметр даже более важен, чем емкость. Если, например, мы измерили емкость конденсатора номиналом 1000 микрофарад и она оказалась 650 микрофарад, конденсатор еще может долгое время работать в устройстве практически без заметного ухудшения характеристик (это конечно сильно зависит от конкретной схемы), в случае, если его ESR остается в приемлемых рамках. С другой стороны, если у конденсатора сильно выросло ESR, то во многих схемах, особенно в импульсных блоках питания, такой конденсатор уже не сможет выполнять своих функций даже если у него сохранилась номинальная емкость. Однако на практике такое бывает не часто, так как емкость и ESR – параметры взаимосвязанные и при росте ESR очень часто уменьшается и емкость конденсатора. Обычно ESR возрастает по мере высыхания электролита конденсатора.

В чем же смысл параметра ESR и почему он так важен? SER (Equivalent Series Resistance) или эквивалентное последовательное сопротивление – это паразитное сопротивление, которое можно представить себе как резистор, включенный последовательно с идеальным конденсатором. То есть это дополнительное сопротивление, которое имеет место быть в любом реальном конденсаторе, которое ухудшает качество этого конденсатора. Иными словами – это параметр, который показывает насколько наш конденсатор не идеален. Таким образом, чем больше ESR, тем хуже конденсатор.


Как измерить ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление, так же, как и обычное сопротивление, измеряется в Омах. В отличие от обычного омметра, прибор, измеряющий ESR, производит измерения не на постоянном токе, а на переменном токе сравнительно высокой частоты, обычно в районе 100 килогерц. На такой частоте емкость конденсатора практически не оказывает влияния на сопротивление конденсатора, поэтому измеряется именно последовательное эквивалентное сопротивление, а не емкость конденсатора. Фактически это главное и единственное отличие измерителя ESR от простого омметра.

В общем виде метод измерения ESR показан на схеме ниже:

Большинство измерителей работают именно по этому принципу. У нас есть генератор переменного напряжения G, резистор известного сопротивления R и измеряемый конденсатор Cx. Этот резистор совместно с измеряемым конденсатором образуют делитель напряжения. Дальше идет детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное и узел индикации этого постоянного напряжения, пересчитанного в Омы. Это может быть аналоговая или цифровая схема индикации, суть от этого не меняется.

Схема прибора

Описываемый прибор исключительно удобен тем, что может проверять конденсаторы без выпаивания их из схемы и в большинстве случаев это срабатывает. Исключением может быть например если вы хотите проверить конденсатор, параллельно которому включены другие конденсаторы. Такое включение иногда бывает в блоках питания. В таком случае прибор покажет наименьший ESR (то есть ESR лучшего конденсатора).

Схема измерителя ESR (кликните чтобы увеличить)

Прибор собран на основе микроконтроллера PIC16F873. Микроконтроллер измеряет выпрямленное напряжение, пересчитывает его значение в сопротивление в Омах. Кроме того микроконтроллер генерирует переменное напряжение прямоугольной формы частотй 100 кГц, которое используется для проведения измерений.

Для того, чтобы было возможно измерять ESR конденсаторов, не выпаивая их из схемы, измерительное напряжение должно быть достаточно низким, обычно 0,2-0,4 вольта, то есть меньше порога открывания pn – переходов полупроводниковых приборов.

Фактичекски представляет собой цифровой омметр работающий на переменном напряжении частотой 100кГц и позволяющий измерять сопротивления от 0 до 25,5Ом.

Узел формирования образцового напряжения 2.5 В для АЦП контроллера в оригинальной схеме собран на микросхеме TL431. В то время, когда я собирал этот измеритель у меня такой микросхемы не было и я заменил его стабилитроном на 3.3 В и подстроечным резистором на 10 К. Подстроечником я установил на ножке 5 контроллера требуемое напряжение 2.5 В.

Сейчас TL431 – это очень распространенная и дешевая микросхема и проблем с ее приобретением нет. Так что если вы будете использовать мою печатную плату, то установите TL431. Подстроечник в таком случае устанавливать не нужно.

Блок питания собран на сетевом трансформаторе T1, диодном мостике и стабилизаторе напряжения LM7805 (K142ЕН5А). В своей версии прибора я отказался от трансформатора, оставив, тем не менее, диодный мостик на печатной плате. Я использовал малогабаритный импульсный сетевой блок питания (адаптер) на напряжение 12 вольт,

который, благодаря наличию диодного мостика, можно подключать в любой полярности или вообще использовать адаптер с переменным напряжением на выходе (просто трансформатор).

В принципе можно избавиться вообще от блока питания, если использовать пяти-вольтовый адаптер – зарядку от смартфона.

Меандр с частотой 100кГц снимается с ножки RC2 микроконтроллера и через резистор R3 подается на усилитель тока, собранный на транзисторах VT1,VT2. Я использовал КТ3102 и КТ3107. Хорошей идеей здесь будет использовать современные транзисторы BC547 и bc557. Нагрузкой усилителя служит резистор R1 и диоды VD5,VD7, включенные встречно-параллельно для ограничения амплитуды на измеряемом конденсаторе. Далее переменное напряжение, через конденсатор С1 и измеряемый конденсатор Cx поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора Т2. далее импульсы снимаются со вторичной обмотки и выпрямляются диодом VD6, после чего полученное пульсирующее напряжение сглаживается конденсатором С3. Далее сформированное постоянное напряжение через подстроечный резистор R4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера D3. Конденсатор С9 устраняет возможные высокочастотные помехи.

Информация отображается на трехразрядном семи-сегментном ЖК индикаторе. Транзисторы VT3, VT4, VT5 – ключи коммутации ЖК индикаторов (используется принцип динамической индикации.

Сетевой трансформатор (если вы решите его использовать) со вторичной обмоткой на 9-12 вольт. Повышающий трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольце марки М2000НМ и размером К10х6Х3 (можно использовать кольцо других размеров, не сильно отличающихся от указанных. Это не критично). Первичная обмотка намотана проводом диаметром 0,26мм, и состоит из 42 витков. Вторичная обмотка содержит 700витков провода диаметром 0,08мм.

Налаживание устройства. Подключаем к щупам измерителя резистор известного сопротивления в диапазоне 1 .. 5 Ом и подстроечным резистором добиваемся корректных показаний на дисплее. После такой настройки мой прибор при соединенных вместе щупах показывал сопротивление отличное от нуля, поэтому я еще слегка подкорректировал положение движка резистора таким образом чтобы на дисплее были нулевые показания при замкнутых щупах.

Печатная плата устройства когда-то была разведена в программе PCAD2006, а в последствии я импортировал файл платы в программу DIPTRACE.

Прошивка (программа) для микроконтроллера PIC16F873 написана на ассемблере. Архив с прошивкой и чертежом печатной платы вы можете скачать по ссылке а конце этой статьи.

Я разрабатывал печатную плату, когда у меня еще не было в наличии светодиодных 7-сегментных индикаторов, поэтому индикатор я установил на отдельной плате. Эта плата – кусок обычной макетной платы, куда были припаяны индикаторы. То есть, печатную плату для индикатора я не разводил.

Со стороны лицевой панели индикатор закрыт куском оргстекла синего цвета. Это улучшает контрастность дисплея.

Провода щупов измерителя желательно выполнить из толстого многожильного провода, чтобы их сопротивление было как можно меньше. Сами щупы я сделал из толстых стальных швейных игл, такими щупами очень удобно измерять ESR конденсаторов непосредственно на печатных платах.

Перед измерением ESR конденсатора обязательно убедитесь что конденсатор разряжен. Остаточное напряжение на конденсаторе может вывести микроконтроллер из строя.

измеритель ESR микроконтроллере PIC16F873 — MBS Electronics

Самодельный измеритель ESR с возможностью измерений бьез выпаивания конденсаторов из печатной платы

Что такое ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — это исключительно важный параметр электролитического конденсатора, характеризующий его работоспособность, качество и степень старения. С точки зрения ремонта электронной техники этот параметр даже более важен, чем емкость. Если, например, мы измерили емкость конденсатора номиналом 1000 микрофарад и она оказалась 650 микрофарад, конденсатор еще может долгое время работать в устройстве практически без заметного ухудшения характеристик (это конечно сильно зависит от конкретной схемы), в случае, если его ESR остается в приемлемых рамках. С другой стороны, если у конденсатора сильно выросло ESR, то во многих схемах, особенно в импульсных блоках питания, такой конденсатор уже не сможет выполнять своих функций даже если у него сохранилась номинальная емкость. Однако на практике такое бывает не часто, так как емкость и ESR — параметры взаимосвязанные и при росте ESR очень часто уменьшается и емкость конденсатора. Обычно ESR возрастает по мере высыхания электролита конденсатора.

В чем же смысл параметра ESR и почему он так важен? SER (Equivalent Series Resistance) или эквивалентное последовательное сопротивление — это паразитное сопротивление, которое можно представить себе как резистор, включенный последовательно с идеальным конденсатором. То есть это дополнительное сопротивление, которое имеет место быть в любом реальном конденсаторе, которое ухудшает качество этого конденсатора. Иными словами — это параметр, который показывает насколько наш конденсатор не идеален. Таким образом, чем больше ESR, тем хуже конденсатор.

Нужно сказать, что допустимое ESR — это параметр не постоянный, он зависит от емкости и рабочего напряжения конденсатора. Поэтому сделать вывод о пригодности конденсатора после измерения его ESR можно с помощью специальной таблицы максимально допустимых значений ESR. Вы можете ее увидеть на фотографии прибора на его лицевой панели. Я распечатал таблицу и приклеил ее на панель прибора:

Как измерить ESR?

Эквивалентное последовательное сопротивление, так же, как и обычное сопротивление, измеряется в Омах. В отличие от обычного омметра, прибор, измеряющий ESR, производит измерения не на постоянном токе, а на переменном токе сравнительно высокой частоты, обычно в районе 100 килогерц. На такой частоте емкость конденсатора практически не оказывает влияния на сопротивление конденсатора, поэтому измеряется именно последовательное эквивалентное сопротивление, а не емкость конденсатора. Фактически это главное и единственное отличие измерителя ESR от простого омметра.

В общем виде метод измерения ESR показан на схеме ниже:

Большинство измерителей работают именно по этому принципу. У нас есть генератор переменного напряжения G, резистор известного сопротивления R и измеряемый конденсатор Cx. Этот резистор совместно с измеряемым конденсатором образуют делитель напряжения. Дальше идет детектор, преобразующий переменное напряжение в постоянное и узел индикации этого постоянного напряжения, пересчитанного в Омы. Это может быть аналоговая или цифровая схема индикации, суть от этого не меняется.

Схема прибора

Описываемый прибор исключительно удобен тем, что может проверять конденсаторы без выпаивания их из схемы и в большинстве случаев это срабатывает. Исключением может быть например если вы хотите проверить конденсатор, параллельно которому включены другие конденсаторы. Такое включение иногда бывает в блоках питания. В таком случае прибор покажет наименьший ESR (то есть ESR лучшего конденсатора).

Схема измерителя ESR (кликните чтобы увеличить)

Прибор собран на основе микроконтроллера PIC16F873. Микроконтроллер измеряет выпрямленное напряжение, пересчитывает его значение в сопротивление в Омах. Кроме того микроконтроллер генерирует переменное напряжение прямоугольной формы частотй 100 кГц, которое используется для проведения измерений.

Для того, чтобы было возможно измерять ESR конденсаторов, не выпаивая их из схемы, измерительное напряжение должно быть достаточно низким, обычно 0,2-0,4 вольта, то есть меньше порога открывания pn — переходов полупроводниковых приборов.

Фактичекски представляет собой цифровой омметр работающий на переменном напряжении частотой 100кГц и позволяющий измерять сопротивления от 0 до 25,5Ом.

Узел формирования образцового напряжения 2.5 В для АЦП контроллера в оригинальной схеме собран на микросхеме TL431. В то время, когда я собирал этот измеритель у меня такой микросхемы не было и я заменил его стабилитроном на 3.3 В и подстроечным резистором на 10 К. Подстроечником я установил на ножке 5 контроллера требуемое напряжение 2.5 В.

Исходный узел на TL431

Я заменил его вот так

Сейчас TL431 — это очень распространенная и дешевая микросхема и проблем с ее приобретением нет. Так что если вы будете использовать мою печатную плату, то установите TL431. Подстроечник в таком случае устанавливать не нужно.

Блок питания собран на сетевом трансформаторе T1, диодном мостике и стабилизаторе напряжения LM7805 (K142ЕН5А). В своей версии прибора я отказался от трансформатора, оставив, тем не менее, диодный мостик на печатной плате. Я использовал малогабаритный импульсный сетевой блок питания (адаптер) на напряжение 12 вольт,

который, благодаря наличию диодного мостика, можно подключать в любой полярности или вообще использовать адаптер с переменным напряжением на выходе (просто трансформатор).

В принципе можно избавиться вообще от блока питания, если использовать пяти-вольтовый адаптер — зарядку от смартфона.

Меандр с частотой 100кГц снимается с ножки RC2 микроконтроллера и через резистор R3 подается на усилитель тока, собранный на транзисторах VT1,VT2. Я использовал КТ3102 и КТ3107. Хорошей идеей здесь будет использовать современные транзисторы BC547 и bc557. Нагрузкой усилителя служит резистор R1 и диоды VD5,VD7, включенные встречно-параллельно для ограничения амплитуды на измеряемом конденсаторе. Далее переменное напряжение, через конденсатор С1 и измеряемый конденсатор Cx поступает на первичную обмотку повышающего трансформатора Т2. далее импульсы снимаются со вторичной обмотки и выпрямляются диодом VD6, после чего полученное пульсирующее напряжение сглаживается конденсатором С3. Далее сформированное постоянное напряжение через подстроечный резистор R4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера D3. Конденсатор С9 устраняет возможные высокочастотные помехи.

Информация отображается на трехразрядном семи-сегментном ЖК индикаторе. Транзисторы VT3, VT4, VT5 — ключи коммутации ЖК индикаторов (используется принцип динамической индикации.

Сетевой трансформатор (если вы решите его использовать) со вторичной обмоткой на 9-12 вольт. Повышающий трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольце марки М2000НМ и размером К10х6Х3 (можно использовать кольцо других размеров, не сильно отличающихся от указанных. Это не критично). Первичная обмотка намотана проводом диаметром 0,26мм, и состоит из 42 витков. Вторичная обмотка содержит 700витков провода диаметром 0,08мм.

Налаживание устройства. Подключаем к щупам измерителя резистор известного сопротивления в диапазоне 1 .. 5 Ом и подстроечным резистором добиваемся корректных показаний на дисплее. После такой настройки мой прибор при соединенных вместе щупах показывал сопротивление отличное от нуля, поэтому я еще слегка подкорректировал положение движка резистора таким образом чтобы на дисплее были нулевые показания при замкнутых щупах.

Печатная плата устройства когда-то была разведена в программе PCAD2006, а в последствии я импортировал файл платы в программу DIPTRACE.

Прошивка (программа) для микроконтроллера PIC16F873 написана на ассемблере. Архив с прошивкой и чертежом печатной платы вы можете скачать по ссылке а конце этой статьи.

Я разрабатывал печатную плату, когда у меня еще не было в наличии светодиодных 7-сегментных индикаторов, поэтому индикатор я установил на отдельной плате. Эта плата — кусок обычной макетной платы, куда были припаяны индикаторы. То есть, печатную плату для индикатора я не разводил.

Со стороны лицевой панели индикатор закрыт куском оргстекла синего цвета. Это улучшает контрастность дисплея.

Провода щупов измерителя желательно выполнить из толстого многожильного провода, чтобы их сопротивление было как можно меньше. Сами щупы я сделал из толстых стальных швейных игл, такими щупами очень удобно измерять ESR конденсаторов непосредственно на печатных платах.

Провода щупов измерителя желательно выполнить из толстого многожильного провода, чтобы их сопротивление было как можно меньше. Сами щупы я сделал из толстых стальных швейных игл, такими щупами очень удобно измерять ESR конденсаторов непосредственно на печатных платах.

Ссылка для скачивания архива с прошивкой и печатной платой измерителя ESR

Ссылки для заказа некоторых компонентов схемы

Измерение ESR и индуктивности конденсатора

Измерение ESR и индуктивности конденсатора Высокочастотные измерения Страница в Интернете
Дуглас С. Смит

Адрес: P.O. Box 1457, Los Gatos, CA 95031
ТЕЛ: 800-323-3956 / 408-356-4186
ФАКС: 408-358-3799
Мобильный: 408-858-4528
URL: www.dsmith.org
Электронная почта: [email protected]


Измерительный конденсатор Самоиндуктивность и ESR

Рис. 1. Контрольная схема для измерения самоиндукции конденсатора. и ESR

Техническая информация

Паразитные параметры конденсатора, то есть его эквивалента серии сопротивление (ESR) и его индуктивность влияют на работу конденсатора в цепях.Некоторые приложения очень чувствительны к этим параметрам. Например, байпасный конденсатор, используемый между питанием и землей в цифровой цепи, должен иметь возможность быстро подавать ток на близлежащие активные устройства. Если это тоже большой индуктивности он не сможет этого сделать. Точно так же переходный реакция конденсатора, используемого для отвода импульса тока из-за электростатического Разряд очень важен для способности конденсатора выполнять свою работу.

Итак, как можно измерить паразитные параметры конденсатора? Один конечно, можно было бы подключить конденсатор к анализатору цепей и получить очень хорошая характеристика.Однако такой инструмент может быть довольно дорогим. Даже менее дорогие приборы для измерения емкости могут быть недоступны. при необходимости. Оба инструмента не могут предоставить информацию в удобной форме. полезная форма. Если у вас есть генератор импульсов (желательно с выходом 50 Ом импеданс) и осциллографом, вы можете легко измерить переходную характеристику конденсатора. Исходя из этих данных, ESR и индуктивность конденсатора можно определить.

Сначала постройте простую сеть, показанную на Рисунке 1 в конце коаксиальный кабель 50 Ом, питаемый от генератора импульсов 50 Ом.Резистор 50 Ом используется на рисунке 1 для отключения коаксиального кабеля во время нарастающего фронта и обеспечения полное сопротивление источника 100 Ом. Показанный резистор — 51 Ом. Резистор из углеродного состава на 1/2 Вт с одним обрезанным выводом, резистор просто устанавливается с обрезанным проводом, полностью вставленным в разъем BNC. Возможно, потребуется немного припаять вывод резистора. так, чтобы он оставался надежно в разъеме BNC. Конденсатор, подлежащий испытанию подключается между концом резистора и корпусом разъема BNC.Осциллограф подключается непосредственно к конденсатору с помощью проводов. как можно короче, чтобы подключить зонд. Пробники с резистивным входом Рекомендуется импеданс от 500 до 1000 Ом. Стандартные пробники 10X «Hi-Z» часто имеют эффекты нарастающего фронта, которые искажают часть формы волны используется для расчетов.

Для длительности импульса, большой по отношению к постоянной времени RC, можно увидеть экспоненциальный рост напряжения холостого хода импульса источник. Для целей этого обсуждения мы рассмотрим первые пару сотен милливольт экспоненциального нарастания на 5 вольт.Пример это показано на рисунке 2.


Рисунок 2. Начальный подъем

На рисунке 2 показано начало экспоненциального роста напряжения на конденсатор при запуске генератора импульсов. Вертикальный масштаб около 200 мВ, а горизонтальное время составляет небольшую часть постоянной времени RC. 100 Ом и измеряемый конденсатор. Поскольку напряжение на конденсаторе все еще очень мало по сравнению с выходом холостого хода генератора 5 В, ток через конденсатор можно считать постоянным и равным к напряжению холостого хода генератора, деленному на 100 Ом, 50 мА в этом кейс.

Время нарастания тока будет таким же, как и у напряжения генератора. Если подъем представляет собой наклон с постоянным наклоном и конденсатор не имеет индуктивности, начальный подъем, показанный на рисунке 2, будет следовать пунктирной линии, а затем наклон изменится на начальный наклон экспоненциального роста, определенного к:

1) dv / dt = i / C = 50 мА / C
где C — значение конденсатора при этом низком напряжении.
и время нарастания текущего << RC.

Смещение между базовой линией и началом экспоненты подъем — это просто напряжение, которое развивает ток, в данном случае 50 мА. через ESR конденсатора. ESR можно легко оценить в этом в случае деления смещения напряжения (обозначенного ESR на рисунке 2) на 50 мА.

Паразитная индуктивность в конденсаторе вызовет всплеск формы волны показано на рисунке 2, превышающее значение пунктирной линии по ее длине. Если бы подъем тока на самом деле был пандусом с постоянным уклоном и очень крутым углы (high di 2 / dt), то пик будет прямоугольным импульсом ценности:

2) E = L * di / dt
где L — паразитная индуктивность конденсатора.

Повышение тока от генератора, используемого для данных в этой статье. не был пандус с очень острыми углами и постоянным уклоном (случай для большинство генераторов, которые я использовал). Эта характеристика генератора в сочетании с зондовыми эффектами привело к образованию пика спайка Ldi / dt, так как показано на рисунке 2. Используя уравнение 2, индуктивность конденсатора может рассчитываться. Часто нет необходимости рассчитывать индуктивность или ESR, но просто выберите конденсатор из нескольких доступных, который имеет самая низкая индуктивность и / или ESR.

Припаивание компонентов к разъему BNC, как показано на рисунке 1, работает. до 300 МГц. Я оцениваю индуктивное сопротивление петли, образованной конденсатор и резистор должны быть около 20 Ом на частоте 300 МГц (оценка индуктивность при 10 нГн). Это достаточно мало по сравнению с 100 Ом. сопротивление в цепи, чтобы существенно не влиять на начальный ток очень. Для этого диапазона частот генератор с временем нарастания 1 до двух наносекунд хватит.

Если вам нужно проверить конденсатор, используя более быстрое время нарастания, он Лучше всего построить испытательную установку на небольшой печатной плате с заземлением. плоские и контролируемые импедансы.В этот момент паразитная емкость резистора 50 Ом также будет проблемой, которую следует принять во внимание. К счастью, такая точность часто не нужна. Особенно, если просто сравнение относительной производительности нескольких конденсаторов.

Данные

На рисунке 3 ниже показан начальный подъем от генератора. Черный квадрат указывает вертикальную шкалу напряжения и горизонтальную шкалу времени. Открыто напряжение в цепи было немногим более 4 В с временем нарастания около 5 наносекунд.Данные на рисунках с 3 по 6 были получены с помощью аналогового осциллографа несколько лет назад. назад. На рисунках с 4 по 6 показаны данные, полученные от нескольких выводных конденсаторов. (в отличие от поверхностного монтажа). Для каждого конденсатора было снято по две трассы. Нижняя кривая была измерена на корпусе конденсатора, где выводы входят в а верхний след включал минимальное количество свинца, чтобы практически подключить конденсатор к печатной монтажной плате. Верхний след не требуется для современных конденсаторов для поверхностного монтажа, если только кто-то не хочет смоделировать индуктивность подключения конденсатора к интересующей точке на печатной монтажной плате.


Рисунок 3. Вход от генератора импульсов

На рис. 4 показаны данные для электролитического конденсатора емкостью 4 мкФ. Смещение ESR составляет около 50 мВ, что дает оценку ESR чуть более одного Ом. Уведомление что, по-видимому, есть некоторые колебания на участке 1 / C наклона. Это может быть резонанс зонда осциллографа или резонанс в конденсаторе. В данные были получены с помощью стандартного зонда 10X Hi-Z, поэтому зонд является подозрительным. Я видел конденсаторы с ярко выраженными колебаниями от внутреннего резонанса.Если вы планируете поставить большой конденсатор параллельно меньшему один, особенно если они построены по разным технологиям, это было бы неплохо проверить импульсную характеристику комбинации используя этот метод. Возможно, что меньший конденсатор резонирует с индуктивностью большего, вызывая неожиданный результат.

Рисунок 4. Конденсатор 4 мкФ

На рисунке 5 показан результат для конденсатора 1 мкФ той же конструкции. как конденсатор емкостью 4 мкФ, испытанный на Рисунке 4.Обратите внимание, что индуктивность аналогична к конденсатору 4 мкФ, но ESR немного ниже. Поскольку аналоговый прицел был использован, форма волны повторялась, а небольшой наклон слева половина формы волны была концом экспоненциального спада с 5 вольт. Если на цифровом осциллографе использовался одиночный импульс, наклон слева от пик Ldi / dt будет равен нулю.


Рисунок 5. Конденсатор 1 мкФ

На рисунке 6 показан результат для радиального керамического конденсатора емкостью 1 мкФ (квадратный кейс).Обратите внимание на низкую индуктивность и неопределяемое ESR. Отметим также, что наклон экспоненциального нарастания 1 / C более пологий, что указывает на большую емкость чем конденсатор 1 мкФ на Рисунке 5. Это может быть связано с тем, что электролитический конденсатор, используемый на Рисунке 5, может иметь меньшую емкость вблизи нулевое напряжение, чем при его рабочем напряжении, тогда как керамический конденсатор имеет более постоянную емкость с напряжением. Индуктивность, соответствующая к нижнему следу оценивается в 4,4 нГн.


Рисунок 6. Керамический конденсатор 1 мкФ

Интересно отметить, что керамический конденсатор 0,1 мкФ в том же размер пакета, поскольку 1 мкФ на Рисунке 6 показал немного больше индуктивность в этой испытательной установке. Я считаю, что это произошло из-за того, что меньший конденсатор не заполнял корпус и внутреннюю индуктивность вывода вызвал эффект. В этом случае конденсатор емкостью 1 мкФ был лучшим выбором, чем 0,1 мкФ!

Одним из преимуществ этого теста является то, что выходной сигнал переходная характеристика конденсатора.Напряжения, возникающие в конденсатор в этом тесте напрямую связан с тем, что будет происходить в реальной цепи, если время нарастания тока от генератора такое же, как конденсатор увидим по назначению.

Начало страницы
Дом


Вопросы или предложения? Свяжитесь со мной по адресу [email protected]

Авторские права © 2000 Дуглас С. Смит

Топ-5 лучших измерителей СОЭ [обновленный обзор 2021 года]

64,84% пользователей выбрали Longruner 1.8 дюймов, 4,69% выбрано BSIDE ESR02, 21,09% выбрано MESR-100, 3,13% выбрано KKmoon и 6,25% выбрано Hztyyier. Каждый месяц мы анализируем ваши ответы и меняем наш рейтинг.

Вы ищете подходящий измеритель СОЭ? Это руководство поможет вам выбрать лучшие доступные модели на рынке. Но нужно помнить, прежде всего, что такое измеритель СОЭ. Измеритель ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) — это система, которая используется в реальных конденсаторах для расчета эквивалентного последовательного сопротивления.Он отличается от других измерителей или мультиметров, представленных на рынке.

Он точно настроен для расчета значений ESR конденсаторов, подключенных к плате. Для регулирования неиндуктивных сопротивлений и сопротивлений малых значений полезны большинство измерителей СОЭ. Чтобы провести сканирование ESR, они могут или не могут связываться с конденсатором.

Преимущества лучших измерителей СОЭ:

  • Автоматический вывод на дисплей;
  • Точные показания;
  • Функция автоматической полярности;
  • Доступный;

Это руководство направлено на обзор 5 лучших измерителей ESR в США.С. рынок. В сравнительной таблице представлены основные характеристики, которые необходимо знать, когда покупать измеритель СОЭ. Руководство по покупке также включает несколько полезных советов.

Многофункциональный тестер

от Longruner — лучший для опытных пользователей!

Измеритель СОЭ Longruner имеет несколько возможностей, включая способность определять различные диапазоны, и является многофункциональным устройством.

Можно обнаружить резистор, диод, транзистор NPN и PNP, конденсатор, N-канальный и P-канальный MOSFET, триод, IGBT и JFET.Детектор немедленно проверит это, просто поместив контакты в соответствующие области и набрав заданную ручку, и он наглядно отобразит результаты на дисплее в конце панели TFT. Он поддерживает английский и китайский языки.

Если устройство не используется, есть многофункциональная опция автоматического отключения питания, которая экономит энергию аккумулятора для увеличения срока службы.

  • Повышенная производительность;
  • Хороший светодиод;
  • Запуск одной кнопкой;
  • Автоматическое отключение;
  • Самокалибровка;
  • Только для опытных пользователей;
  • Руководство не включено;

Это один из лучших измерителей СОЭ с возможностью самокалибровки.Обязательно проверьте, откалибровано ли устройство перед первым тестом.


BSIDE ESR02 PRO Цифровой транзистор — лучший для широкого применения!

Транзистор BSIDE ESR02 Pro довольно удобен для оценки подключаемых модулей и SMD-систем, и может даже использоваться для тестирования различных форм триодов, MOSFET, для проверки формы системы, полярности контактов, характеристик HFE, напряжения клапана и т. Д. Емкость перехода полевого транзистора.

В рекомендуемое время безотказной работы уровень постоянного напряжения направляет этот измеритель на преобразователь, который использует 9В-12В.Если для регулировки или зарядки аккумулятора рекомендуется напряжение ниже 6 В, необходимо контролировать аккумулятор 9v6 lr61.

Этот счетчик работает от уровня постоянного напряжения, рекомендованного в период эксплуатации для адаптера, использующего 9В-12В. Батарея 6LR61 9 В была необходима для питания батареи, когда уровень напряжения батареи ниже 6 В, рекомендованный при регулировке или снятии батареи.

  • Универсальный;
  • Доступный;
  • Множество автоматических опций;
  • Точный;
  • Обнаружение мусульманских диодов;
  • Качество сборки среднее;
  • Батарейки в комплект не входят;
  • Нелегко настроить и прочитать;

Один из недорогих многофункциональных измерителей, который можно использовать в качестве измерителя ESR на U.S. market — это устройство ESR02. Самые привлекательные особенности — красивый внешний вид и надежное чтение. С этим многофункциональным измерителем вы можете получить руководство пользователя.


KKmoon MESR-100 Capacitor Tester — лучший для высокой производительности!


Этот инструмент KKmoon — исключительное устройство с доступными функциями. Для измерения емкости система использует синусоидальную волну высочайшего уровня 100 кГц. Это преобразование синусоидальной волны из прямоугольной — очень мощный метод расчета емкости.

Для определенных типов приложений прямоугольный сигнал генерирует высокочастотные компоненты, которые могут быть неприятными. Счетчик также является устройством автоматического выбора диапазона, которое идеально подходит для использования многочисленных форм проверки цепей.

Эффективность устройства также гарантирует отличную возможность подключения к ЖК-дисплею. Устройство имеет исключительный ЖК-дисплей, который довольно легко стимулирует пользу. В продукте есть специальный выбор разрешений. По эффективности счетчик превзошел другие модели.

Обладая превосходной эффективностью, ЖК-дисплей способен интерпретировать показания даже в ночное время.

  • Отличный светодиод;
  • Автоматическое отключение;
  • Синусоидальные сигналы с частотой 100 кГц;
  • Тестирование цепи отличное;
  • Энергоэффективный;
  • Отличное разрешение;
  • Качество сборки могло быть лучше;
  • Батарейки в комплект не входят;

Инструмент также имеет опции автоматического отключения, что более эффективно снижает потребление энергии.


Цифровой конденсатор KKmoon M6013 — лучшее для точности!

Устройство KKmoon M6013 — это цифровой высокоточный измеритель конденсаторов, предназначенный для измерения сопротивления, емкости и тестирования цепей.

На большом матричном ЖК-дисплее отображается 5 цифр. Он более стабилен с точки зрения чтения (с функцией автоматического усреднения, может считывать пФ более стабильно и точно). Для внешнего управления и подключения к ПК он имеет порт micro USB.

В частности, при небольшой емкости рекомендуется тестирование пФ, рекомендуется использовать самый короткий измерительный провод, а окружающие электромагнитные помехи или радиочастотный шум могут влиять на показания пФ.

  • Короткие кабели;
  • Большой измерительный диапазон;
  • ЖК-экран с большой точечной матрицей;
  • Показания не всегда стабильны;
  • Среднее качество сборки;

Этот измеритель СОЭ рекомендуется для профессионального использования и домашнего использования. Измеритель в автоматическом режиме автоматически выбирает оптимальный набор, который может быть обнаружен.


B&K Precision 881 Внутрисхемный тестер — лучшее для портативности!

Новый портативный внутрисхемный измеритель ESR, модель B&K 881, новый легкий портативный тестер, может использоваться для расчета соответствующей последовательности резисторов электролитических конденсаторов в цепи или вне ее, а также может использоваться для измерения неиндуктивных резисторов низкая стоимость.

Этот портативный измеритель ESR от B&K помогает измерять последовательное сопротивление электролитических конденсаторов как внутри, так и вне цепи. На трех различных цветных диаграммах отображается показание СОЭ, которое показывает, является ли показание сильным, удовлетворительным или плохим.

Устройство часто создает множество сигналов переменного тока для расчета, но уровень сигнала настолько оптимизирован, что нельзя вскрыть полупроводниковые материалы. Точность измерений — особенное свойство оборудования.

  • Простота использования;
  • Легкий и портативный;
  • Отлично подходит для использования на открытом воздухе;
  • Хорошая гарантия;
  • Большой диапазон;
  • Показания неточные;
  • Не рекомендуется для начинающих;

Диапазон сопротивления CD модели B&K Accuracy 881 составляет от 0.1 и 30 Ом. Очень приятно, что работа закончена. Для оценки сопротивления с одинаковой последовательностью это простой, но полезный измеритель ESR. Он работает от батареи на 9 В, и с этим устройством у вас уже используются батареи.


Справочник покупателя

использует

Измеритель СОЭ более точно определяется (в зависимости от типа устройства) как импульсный или высокочастотный миллиомметр переменного тока. В основном он используется для измерения любого низкого сопротивления. Внутреннее сопротивление батарей можно рассчитать с помощью измерителя ESR без задних защитных диодов.

Измеритель ESR также может использоваться для расчета сопротивления переключателей при прикосновении, сопротивления дорожки печатной платы (PCB) и т. Д., В зависимости от фактически используемой схемы.

Несмотря на то, что существуют специализированные инструменты для обнаружения коротких замыканий между соседними линиями печатной платы, измеритель ESR ценен, потому что он может оценивать низкие сопротивления, щелкая по полупроводниковым переходам в цепи при подаче напряжения, достаточно низкого, чтобы усложнить показания.

Измеритель ESR может использоваться для определения коротких замыканий или для определения того, какое короткое замыкание является коротким замыканием группы конденсаторов или транзисторов, соединенных параллельно дорожками или проводами печатной схемы.Для очень низкого сопротивления многие традиционные омметры и мультиметры недоступны.

Дисплей

Если есть светодиодный или ЖК-экран, ничего страшного. Чтобы на мониторе было достаточно данных для отображения того, что вам нужно, рекомендуется широкое и четкое отображение. Эффективные ЖК или светодиодные дисплеи должны быть доступны для качественных устройств. Надежный ЖК-монитор поставляется со всеми хорошими измерителями.

Важной чертой должно быть разрешение дисплея. Качество вывода часто меняется на экране.Любое неверное прочтение может иметь катастрофические последствия.

Авто или ручной?

Измеритель СОЭ с автоматическим выбором диапазона определит и установит автоматическое значение. Если счетчик должен быть настроен вручную, чтобы вручную отрегулировать количество, он часто паникует.

Безопасность

Измеритель СОЭ должен иметь защиту от короткого замыкания в нежелательных ситуациях.

Автоотключение

Функция автоматического отключения питания необходима для экономии энергии батареи, она может продлить срок службы батареи и предотвратить непредвиденные расходы, а также продлить срок службы измерителя ESR.Также доступно несколько интересных функций. Автоматическое отключение — обязательная функция.

Эта функция требует тщательного контроля мощности. Шоу не должно потреблять электричество.

Наиболее эффективно оборудование ограничивает способность до определенного максимума, так что без подзарядки система будет работать в течение более длительного времени.

В исследовании часто приводятся соображения по поводу покупок и часто задаваемые вопросы, которые помогут вам выбрать лучшее, что вам нужно.

Режимы и функции

Убедитесь, что счетчик имеет все необходимые вам функции. Некоторые измерители ESR имеют сервис с одной кнопкой, который часто хорошо работает, если требуются операции. Если для измерителя СОЭ нет необходимого диапазона режимов, то он совершенно бесполезен. Есть стандартные кнопки управления, нуля и режима для полноценного высококачественного измерителя СОЭ.

Разрешение

Одна из важнейших характеристик каждого измерителя — разрешение. Чем больше разрешение, тем выше точность.

Вот почему очень важно обеспечить отличное разрешение. Эти устройства важны, потому что точным устройствам может помешать неправильная оценка.

Диапазон СОЭ

Очень важна дальность действия счетчика. Широкий ассортимент должен помочь устройству; в противном случае вычислить емкость невозможно. Для некоторых выдающихся производств существует низкий диапазон.

Имеется спектр от 0,01 Ом до 40 Ом для самого высокопроизводительного измерителя. Создание метода также зависит от полей.

Видеоурок: Ремонт электроники MESR-100 V2 исправить неисправный источник питания светодиодный телевизор заменить

Заключительные мысли

Итак, это руководство охватывает все. Сразу от 5 лучших обзоров измерителей ESR до их плюсов, недостатков и требований. Выберите подходящий измеритель СОЭ, который подходит для любой вашей работы, и получайте точные результаты на ходу. Наш подробный блог может помочь вам купить модель, соответствующую вашим требованиям, когда на рынке доступно так много счетчиков.

Измерение ESL и ESR конденсатора промежуточного контура

Конденсаторы цепи постоянного тока

являются важным этапом преобразования энергии для многих приложений, включая инверторы с трехфазной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), фотоэлектрические и ветровые инверторы, промышленные моторные приводы, автомобильные бортовые зарядные устройства и инверторы, а также источники питания для медицинского оборудования.

Когда и зачем использовать конденсатор промежуточного контура

Рис. 1. Конденсатор промежуточного контура — ключевой элемент во многих конструкциях преобразователей мощности.Показан трехфазный инвертор для тягового двигателя электромобиля.

Где и почему используется конденсатор промежуточного контура? На рисунке 1 показана система привода для электромобиля с автомобильным аккумулятором (BEV). Система включает аккумуляторную батарею для хранения энергии для системы привода, трехфазный инвертор и электродвигатель для обеспечения тяги. Выходное напряжение аккумулятора может достигать 800 В постоянного тока.

Это приложение, а также приложения, упомянутые ранее, предназначены для преобразования постоянного тока в переменный.Они управляют подачей мощности на нагрузку с помощью силовых транзисторов (IGBT или силовых MOSFET), которые переключают высокие уровни напряжения и тока на килогерцовых частотах. Топологии коммутации по своей сути эффективны, но создают высокий уровень электрических шумов и скачков напряжения во время выключения переключателя. Они также предъявляют высокие требования к переходным токам в системе питания постоянного тока.

Конденсатор промежуточного контура расположен между источником постоянного тока и коммутационной схемой. Его цель — обеспечить более стабильное напряжение постоянного тока, минимизируя провалы напряжения, поскольку инвертор время от времени потребляет большой ток.

Важность точного измерения ESL / ESR

Электрический отклик «идеального» конденсатора чисто емкостный, но реальное устройство также имеет паразитную индуктивность и сопротивление.

Рисунок 2: Электрическая модель реального конденсатора имеет индуктивные, емкостные и резистивные элементы.

На рисунке 2 показана электрическая модель физического устройства. Помимо емкости, он включает эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), показанные как R ESR и L s соответственно.R ESR представляет собой сосредоточенное параметрическое представление резистивных и диэлектрических потерь конденсатора, а Ls представляет собой индуктивность выводов или выводов конденсатора, а также конструкцию самого конденсатора.

ESL и ESR конденсатора промежуточного контура и его разъемов имеют значительное влияние на общую конструкцию инвертора, как описано выше. Энергия, накопленная в паразитной индуктивности, может вызвать выброс напряжения, когда транзистор привода двигателя (IGBT или MOSFET) выключен.ESR вызывает рассеяние мощности и, как следствие, выделяет тепло, что всегда является проблемой в стесненных высокотемпературных автомобильных средах.

Есть и другие сложности. Импеданс емкостного элемента уменьшается с увеличением частоты; ESL, с другой стороны, увеличивается с частотой. На определенной частоте — частоте собственного резонанса (SRF) — две величины взаимно компенсируются, и конденсатор имеет нулевой эффективный импеданс. На частотах выше частоты собственного резонанса преобладает ESL, и сопротивление конденсатора начинает увеличиваться.

Усовершенствования в конденсаторной технологии привели к появлению устройств со значениями ESL в несколько нГн и значениями ESR менее 1 мОм. Необходимо выполнить точное измерение ESL и ESR, чтобы подтвердить значения из таблицы данных и убедиться, что деталь будет соответствовать требованиям приложения с достаточным запасом прочности. Поскольку емкость, ESL и ESR изменяются в зависимости от частоты, измерения должны проводиться в широком диапазоне частот, а не только на стандартном наборе фиксированных частот.

Начало работы с измерением ESL и ESR

Измеритель LCR и анализатор импеданса — два наиболее распространенных испытательного оборудования для определения характеристик конденсатора промежуточного контура.

Оба прибора определяют параметры импеданса, такие как емкость, индуктивность и сопротивление, путем измерения фазочувствительного отношения напряжения к току. Это соотношение дает основные значения импеданса: абсолютное сопротивление и фазу, а также действительную и мнимую части импеданса.

Параметры, такие как емкость, индуктивность и сопротивление, могут быть получены путем применения определенной пользователем модели эквивалентной схемы к значениям основного сопротивления; также могут быть получены дополнительные параметры, включая коэффициент добротности, диссипацию и проводимость.

Измеритель LCR измеряет параметры на одной или нескольких фиксированных частотах, что требует дополнительного шага интерполяции для получения параметров импеданса.

Анализатор импеданса, такой как Zurich Instruments MFIA Impedance Analyzer, является более мощным решением.Он поддерживает полную функциональность LCR, но при этом может изменять частоту и графически отображать полученные параметры импеданса. Кроме того, MFIA может измерять во временной области и визуализировать собственный резонанс в частотной области.

MFIA может выполнять измерения импеданса в диапазоне частот от 1 мГц до 500 кГц или до 5 МГц. Анализатор имеет базовую точность 0,05% и работает в диапазоне измерений от 1 мОм до 1 ТОм, с высокой воспроизводимостью и низким температурным дрейфом.

MFIA включает в себя программное обеспечение LabOne ® , независимое от платформы Zurich Instruments, для управления приборами. Пользовательский интерфейс на основе браузера поставляется с комплексным набором инструментов для анализа во временной и частотной области.

Специализированные функции LabOne для MFIA включают вкладку «Анализатор импеданса», которая упрощает основные функции настройки, сохраняет ключевые параметры для быстрого вызова и позволяет проводить быстрые и четко определенные измерения. Он также имеет советник по компенсации, который шаг за шагом направляет пользователя по устранению любых неблагоприятных эффектов, вызванных их испытательным оборудованием или кабелями, для достижения надежных и точных результатов измерения.Другие функции LabOne включают Sweeper, который позволяет пользователю изменять параметры прибора в определенном частотном диапазоне со свободно регулируемым числом шагов сканирования, линейно или логарифмически.

Обзор процедуры измерения СОЭ / ESL

MFIA и LabOne могут легко измерить ESL и ESR конденсатора промежуточного контура. На рисунке 3 показана испытательная установка с конденсатором TDK с номинальной емкостью 120 мкФ, ESR 0,8 мОм и ESL 15 нГн.

Рис. 3. Испытательная установка для измерения ESL и ESR конденсатора промежуточного контура.Источник: Zurich Instruments

Специальная испытательная арматура с низким ESL между MFIA и конденсатором оснащена гибкими разъемами для компенсации вертикального смещения разъемов шин промежуточного контура, которые соответствуют модулю IGBT в приложении.

Порядок измерения следующий:

Выполнить базовое измерение

Испытательная установка должна быть способна измерять низкие значения ESL и ESR конденсатора промежуточного контура с высокой точностью и повторяемостью. Для точных измерений импеданса необходимо сначала запустить процедуру компенсации, чтобы импедансом прибора можно было пренебречь в фактических измеренных данных.

Рис. 4. Снимок экрана LabOne, на котором показаны две развертки короткого замыкания после выполнения процедуры компенсации приспособления. Частотный диапазон был разделен на две части: от 1 кГц до 100 кГц в верхней развертке (красная кривая, Real (Z)) и от 100 кГц до 5 МГц ниже (зеленая кривая; последовательная индуктивность). Это подтверждает низкую базовую линию как для действительного импеданса Real (Z), так и для последовательной индуктивности для данной измерительной установки. Источник: Zurich Instruments

LabOne Compensation Advisor выполняет измерение короткой нагрузки в диапазоне от 1 кГц до 5 МГц.Эта процедура компенсации определяет положение плоскости измерения на разъемах испытательного приспособления.

Следующий тест — это короткое измерение, чтобы получить представление об исходной линии измерения. На рисунке 4 показан снимок экрана интерфейса LabOne; два окна Sweeper открыты для измерения действительной части импеданса от 1 кГц до 100 кГц и последовательной индуктивности от 100 кГц до 5 МГц. Развертки показывают низкую базовую линию 15,7 мкОм и 1,7 pH для действительной части импеданса и индуктивности, соответственно.Эти значения намного ниже, чем ожидаемые для конденсатора, и гарантируют, что последующее измерение ESR или ESL конденсатора будет надежным.

Получить обзор

Следующим шагом является измерение конденсатора промежуточного контура во всем интересующем частотном диапазоне, чтобы изучить соответствующие характеристики импеданса.

Рисунок 5: Снимок экрана LabOne, показывающий изменение частоты конденсатора промежуточного контура от 1 кГц до 5 МГц. Пять графиков: емкость (синий), действительный (Z) (зеленый), абсолютный Z (красный), последовательная индуктивность (голубой) и фаза (фиолетовый).SRF этого конденсатора составляет 90,8 кГц. Источник: Zurich Instruments

На рисунке 5 показаны результаты развертки конденсатора промежуточного контура по нескольким трассам от 1 кГц до 5 МГц. Действительная часть импеданса представляет собой ESR. На самой низкой частоте 1 кГц измеренная емкость составляет 121,999 мкФ, что соответствует номинальному значению компонента 120 мкФ +/- 10%. Развертка показывает, что SRF составляет 90,8 кГц; голубая кривая над SRF показывает ESL. По мере увеличения частоты черные стрелки указывают три пика ESL на 175.9 кГц, 284,2 кГц и 749,7 кГц. В дополнение к ESR и ESL зеленая кривая показывает абсолютный импеданс, а фиолетовая кривая показывает фазу.

Наконец, возьмем данные

Из рисунка 5 ясно, что ESR следует измерять на низкой частоте, тогда как ESL следует измерять на более высокой частоте (выше SRF). Два окна LabOne Sweeper могут быть открыты для охвата двух диапазонов: от 1 кГц до 100 кГц (ESR) и от 100 кГц до 5 МГц (ESL). Поскольку конденсатор имеет три разных набора электродов (обозначенных U (красная кривая), V (зеленая кривая) и W (синяя кривая)), каждый набор электродов измеряется последовательно, и измерение повторяется пять раз, чтобы продемонстрировать повторяемость измерений. .

На рис. 6 показан снимок экрана измерения с двумя окнами Sweeper, охватывающими два соответствующих частотных диапазона. Амплитуда тестового сигнала 900 мВ; при стандартных настройках измерения каждое сканирование 200 точек выполняется за 12 секунд.

Рис. 6. Снимок экрана LabOne, показывающий два окна Sweeper, в каждом из которых отображается 15 кривых, соответствующих пяти измерениям каждого набора из трех электродов. В верхнем окне Sweeper отображается ESR в диапазоне частот от 1 кГц до 100 кГц, в нижнем окне Sweeper отображается ESL от 100 до 5 МГц.Кривые имеют цветовую кодировку, чтобы сгруппировать три набора электродов (U (красный), V (зеленый) и W (синий)). Источник: Zurich Instruments

Верхнее окно показывает развертку действительной части импеданса Real (Z), соответствующей ESR. На Sweeper имеется 15 следов, имеющих цветовую маркировку, соответствующую набору электродов. Кривые показывают высокую степень перекрытия благодаря отличной повторяемости измерений даже после отключения и повторного подключения. СОЭ, измеренное с помощью электродов W (синие кривые), можно прочитать по черной стрелке, показывающей 718 мкОм при 11.35 кГц. Это измерение подтверждает заявленное значение ESR 0,8 мОм. Желтая кривая на Sweeper соответствует короткому измерению.

Нижнее окно Sweeper на рисунке 6 показывает ESL от 100 кГц до 5 МГц. Опять же, дорожки имеют цветовую кодировку, чтобы соответствовать трем наборам электродов; перекрытие трасс снова показывает высокую степень повторяемости. Электроды U и W показывают аналогичное поведение, показывая три пика примерно на 176 кГц, 283 кГц и 742 кГц. Это ожидается, поскольку электроды механически симметричны.Напротив, центральный набор электродов V показывает только два пика. Светло-зеленая кривая соответствует короткому измерению.

Значение ESL на синих графиках составляет 9,49 нГн на частоте 742 кГц, что еще раз подтверждает значение таблицы данных менее 15 нГн.

Заключение

Конденсаторы звена постоянного тока

составляют важную ступень преобразования мощности для многих приложений, но точное измерение реальных параметров, таких как ESR и ESL, имеет решающее значение для оптимальной конструкции.

Zurich Instruments MFIA — это одновременно прецизионный измеритель LCR и анализатор импеданса, и пользователь может легко переключаться между двумя функциями.Пользователь также может использовать обе возможности MFIA одновременно благодаря прилагаемому программному обеспечению LabOne, которое обеспечивает одновременный доступ к нескольким вкладкам.

Для получения дополнительной информации об измерениях параметров звена постоянного тока с помощью MFIA, свяжитесь со службой поддержки Zurich Instruments.

Высокочастотные многослойные конденсаторы с высокой добротностью

Одним из наиболее важных параметров при оценке конденсатора высокочастотной микросхемы является добротность или соответствующее эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).Помимо предоставления высокопроизводительных радиочастотных компонентов, JTI стремится предоставлять нашим клиентам точные и полные данные. С этой целью следует более подробное обсуждение вопросов измерения Q & ESR.

Теоретически, «идеальный» конденсатор будет иметь ESR 0 (ноль) Ом и будет чисто реактивным без реальной (резистивной) составляющей. Ток, проходящий через конденсатор, приведет к увеличению напряжения на конденсаторе ровно на 90 градусов на всех частотах.

В реальном мире нет идеального конденсатора, который всегда будет показывать некоторую конечную величину ESR.ESR изменяется в зависимости от частоты для данного конденсатора и является «эквивалентным», поскольку его источник зависит от характеристик структур проводящих электродов и изолирующей диэлектрической структуры. Для целей моделирования ESR представлен как паразитный элемент одной серии. В прошлые десятилетия все параметры конденсаторов измерялись при стандартной частоте 1 МГц, но в сегодняшнем мире высоких частот этого далеко не достаточно. Типичные значения для хорошего высокочастотного конденсатора данного номинала могут быть порядка 0.05 Ом на 200 МГц, 0,11 Ом на 900 МГц и 0,14 Ом на 2000 МГц.

Добротность Q — это безразмерное число, равное реактивному сопротивлению конденсатора, деленному на паразитное сопротивление конденсатора (ESR). Значение Q сильно меняется с частотой, так как реактивное сопротивление и сопротивление изменяются с частотой. Реактивное сопротивление конденсатора сильно меняется в зависимости от частоты или значения емкости, и поэтому значение Q может сильно варьироваться. См. Уравнения 1 и 2.

Johanson Technology измеряет ESR и Q на резонансной линии Boonton 34A. Тестируемый конденсатор резонирует с индуктивной линией с точно определенным импедансом и Q. Из полученных данных (центральная частота и ширина полосы результирующего пика) выводятся Q, ESR и значение емкости устройства. Этот метод является давним промышленным стандартом для измерения Q и ESR на радиочастотах. Поскольку этот метод зависит от точности частоты генератора сигналов (которая может быть измерена с чрезвычайной точностью), данные, полученные таким образом, являются довольно точными.Поскольку ESR современных конденсаторов становится все ниже, точность даже этого метода будет приближаться к +/- 10% (см. Руководство по эксплуатации Boonton 34A, стр. 2.2). Это все еще самый точный метод измерения Q и ESR на радиочастотах, доступный в настоящее время. См. Рисунок 1 для блок-схемы испытательной установки. См. Рисунки 2 и 3 с изображением установки.

Использование данных S-параметров, собранных с помощью векторного анализатора цепей, для получения ESR неприемлемо. Основная причина заключается в том, что точность этих данных ограничена точностью анализатора цепей в системе с сопротивлением 50 Ом (типичная калибровка амплитуды ±.Значение 05 дБ недостаточно точно в конденсаторе с малыми потерями, которое может составлять 0,01 дБ). Использование данных Q / ESR, собранных с помощью измерителя LCR, также неприемлемо для этих высокодобротных устройств. Когда Q устройства очень велико, измеритель LCR просто не может сопоставить чрезвычайно малое сопротивление (R) с чрезвычайно большим реактивным сопротивлением (X). По этой причине параметры ESR и Q, представленные в опубликованном каталоге Johanson Technology и в программе MLCSoft®, основаны на стандартном промышленном методе тестирования резонансных линий.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нашими инженерами по приложениям.

Doug’s Tech Notes

Первое использование Capacitor Wizard

Эта статья является ответом на новые отзывы клиентов. Я обратил внимание на то, что в руководстве по эксплуатации Capacitor Wizard для начинающих пользователей нужен раздел «Начало работы». Решил написать на эту тему целую статью. Измерение ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) может быть новым для многих специалистов, поэтому давайте кратко рассмотрим ESR и его пагубное влияние на различные электронные схемы.

ESR — это ДИНАМИЧЕСКОЕ чистое сопротивление конденсатора сигналу переменного тока. Высокое ESR может вызвать проблемы с постоянной времени, нагрев конденсатора, нагрузку цепи, полный отказ цепи и т. Д. Импульсный источник питания может не запускаться надежно — или запускаться вообще. На видео с видеомагнитофона или монитора появляются небольшие полосы гула. Телевизор можно втянуть сбоку / сверху / снизу. Частичная потеря цвета, прерывистая работа, отказ диодов и транзисторов в течение определенного периода времени. Эти и многие другие проблемы часто вызваны конденсаторами с нормальной емкостью, но с высоким ESR.

Зачем мне нужен мастер конденсаторов? — почему бы не использовать стандартный измеритель емкости или омметр постоянного тока? СОЭ не существует как СТАТИЧЕСКАЯ величина, поэтому его нельзя измерить обычным измерителем емкости или омметром постоянного тока. ESR существует только тогда, когда на конденсатор подается переменный ток или когда диэлектрический заряд конденсатора меняет состояние. ESR можно рассматривать как ОБЩЕЕ ФАЗНОЕ сопротивление конденсатора переменному току. ESR включает сопротивление постоянному току проводов, сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком, сопротивление пластины конденсатора и сопротивление IN PHASE переменному току диэлектрического материала при определенной частоте и температуре.На ESR влияет каждая физическая величина конденсатора — поэтому любая проблема с конденсатором (кроме короткого замыкания) проявляется как увеличение ESR! Комбинация компонентов, составляющих ESR, обозначена резистором, включенным последовательно с конденсатором, как показано выше. Этот символический резистор на самом деле не существует как физический объект, поэтому прямые измерения через резистор ESR невозможны! Однако, если предусмотрен метод коррекции эффектов емкостного реактивного сопротивления и учитывая, что все сопротивления ESR находятся в ФАЗЕ, ESR можно рассчитать и измерить, используя формулу базовой электроники E = I x R! Это фундамент базовой электроники, который использовался для разработки Capacitor Wizard!


Из приведенного выше определения ESR вы должны теперь понять, что любой режим отказа конденсатора приведет к увеличению сопротивления ESR этого конденсатора (за исключением короткого замыкания).Если конденсатор высох, открыт или иным образом претерпел ДРАСТИЧЕСКИЙ сбой, измеренное значение ESR будет почти бессмысленным. Если конденсатор немного изменил емкость, у него возникла проблема, и эта проблема проявится в увеличении ESR на несколько Ом. По этой причине стандартный измеритель емкости, который не измеряет ESR, может привести вас к выводу, что плохой конденсатор на самом деле хорош! ! У меня было много отчетов от владельцев Capacitor Wizard, которые с помощью Capacitor Wizard обнаружили плохие крышки, которые другие тестеры нашли хорошими — и доказали это, заменив крышку!

Получите опыт измерения известных плохих крышек: Хорошо, давайте протестируем несколько крышек.Как новый пользователь Capacitor Wizard, я настоятельно рекомендую вам протестировать некоторые известные неисправные конденсаторы, чтобы увидеть, как они реагируют, и укрепить ваше доверие к прибору. Пробники Capacitor Wizard неполярные, поэтому не беспокойтесь о полярности. У вас, вероятно, будут в основном открытые конденсаторы, и они почти не будут двигать счетчик. Возьмите резистор на 100 Ом и включите его параллельно с плохой открытой крышкой. Обратите внимание, что счетчик по-прежнему почти не двигается! Попробуйте разные значения сопротивления и посмотрите, как на это отреагирует глюкометр. Возьмите транзистор или диод и попробуйте измерить переходы.Вы заметите, что мастер конденсатора НЕ отвечает. Это потому, что тестовый сигнал Capacitor Wizard составляет всего около 5 милливольт RMS. Для включения твердотельных устройств требуется от 300 до 600 милливольт. Приобретите трансформатор или дроссель, аналогичный тому, что вы ожидаете найти в ремонтируемом оборудовании. Измерьте первичный, вторичный или любой другой, который вам нравится. Вы заметите, что мастер конденсатора не отвечает. Это связано с тем, что ИНДУКТИВНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ на испытательной частоте 100 кГц Мастера конденсаторов на много порядков больше, чем диапазон сопротивлений Мастера конденсаторов.Большая часть ваших плохих крышек попадает в эту категорию — ОТКРЫТЫЕ. Эта демонстрация доказывает, что открытые заглушки очень легко найти В ЦЕПИ, а соответствующая схема мало влияет на работу Capacitor Wizard В ЦЕПИ.

Вы, наверное, заметили, что не все ваши плохие кепки открылись. Я уверен, что некоторые из крышек, вероятно, вызвали звуковой сигнал «Cap Good» (ESR менее 1/2 Ом). Эти кепки, скорее всего, ХОРОШИЕ. Каждый магазин время от времени случайно меняет хорошую бейсболку.Чтобы убедиться, что они не закорочены, проверьте их стандартным омметром. Проверьте их на своем стандартном измерителе емкости вне цепи. Вы, вероятно, обнаружите, что все они хороши. Короткие колпачки встречаются довольно редко. У меня есть коробки с плохими крышками из ремонтных мастерских по всему городу, но я еще не нашел закороченных крышек.

Что ж, найти эти открытые и хорошие крышки было несложно. Теперь давайте посмотрим на другие неисправные конденсаторы, для которых требуется немного больше опыта работы с Capacitor Wizard и некоторые знания о ТИПАХ и ИСПОЛЬЗОВАНИИ конденсаторов.Вы, вероятно, нашли в своем плохом боксе конденсаторы от 1 до 30 Ом. Как отличить хорошие кепки от плохих ??

Правильное или слишком высокое значение ESR конкретного конденсатора всегда можно определить путем сравнения подозрительного конденсатора с заведомо исправным конденсатора того же номинала, номинального напряжения и типа. К сожалению, не всегда есть другой конденсатор для сравнения. Опыт — лучший учитель здесь, однако есть несколько общих рекомендаций:

Чем выше номинальное рабочее напряжение, тем выше нормальное ESR.
Конденсаторы, используемые в приложениях переключения питания, должны иметь действительно НИЗКОЕ СОЭ — менее 1/2 Ом.
Неполярные конденсаторы обычно меньше 1/2 Ом.

Следующий логический вопрос по поводу СОЭ: «Насколько ВЫСОКИЙ СЛИШКОМ ВЫСОКИЙ»? Это суждение, которое может быть основано только на опыте или сравнении с заведомо исправным конденсатором (или доступом к инженерным данным от производителя конденсатора или оборудования — ха-ха!).Более 10 Ом, безусловно, слишком много для большинства приложений. Более 3 Ом — это слишком много для приложений с переключением по горизонтали / вертикали. Более 1/2 Ом слишком высоко для приложений переключения мощности. Сравнивая, вы приобретете опыт и научитесь подозревать. Это мое мнение. Вот некоторые фактические ситуации ремонта:

Пример: 47 мкФ при 50 В постоянного тока измеряет 25 Ом ESR в цепи — ПЛОХОЙ КЛАПАН Подозреваемым конденсатором является 47 мкФ 850 В постоянного тока в импульсном источнике питания для видеомагнитофона. Программа Capacitor Wizard измерила ESR на 25 Ом в цепи.Это выше 15 Ом и намного выше для любого качественного конденсатора. Новый конденсатор измеряет ESR 5 Ом. Новый конденсатор зафиксировал видеомагнитофон. На мой взгляд, новый конденсатор был не самого высокого качества (5 Ом — это слишком много), однако он исправил видеомагнитофон. Использование этих недорогих импортных конденсаторов низкого качества, вероятно, является причиной того, что мы видим так много отказов конденсаторов в бытовом электронном оборудовании! Колпачок более высокого качества с более низким ESR того же типа стоит больше денег, но будет иметь размер менее 1 Ом и будет более надежным.Вывод: это конденсатор с более высоким напряжением, и можно ожидать, что он обычно измеряет более 1/2 Ом. По моему мнению, любой конденсатор, работающий в режиме переключения, который измеряет более 3 Ом ESR, является подозрительным, независимо от номинального напряжения. Однако вы, очевидно, можете обойтись 5-омным ESR в этой конкретной цепи. Для сравнения, неисправная часть была проверена «вне цепи» на хорошо известном конкурентном анализаторе конденсатора S2000, и он определил, что конденсатор был ХОРОШО, хотя ESR измерял 25 Ом! Этот производитель совершил огромную ошибку, пытаясь вычислить хорошее и плохое СОЭ на основе введенных и измеренных данных.Это невозможно сделать надежно. Вот почему у нас нет просто хорошего / плохого показания на шкале измерителя. Подозрение на ограничение выше 3 Ом. Это мой опыт. Пример: 1000 мкФ при 6 В постоянного тока измеряет 1,5 Ом в цепи — BAD CAP Это маленькая коричневая крышка на 1000 мкФ на 6 В постоянного тока, используемая во многих импульсных источниках питания для видеомагнитофонов. Capacitor Wizard измерил в цепи 1,5 Ом. Поскольку рабочее напряжение конденсаторов настолько низкое (6 В постоянного тока) и используется в импульсном источнике питания, я ожидаю, что нормальное значение ESR будет менее 1/2 Ом.Сравнение с заведомо исправным колпачком подтвердило, что его сопротивление должно составлять менее 1/2 Ом. Замена этой крышки устранила проблему. Эта конкретная крышка часто выходит из строя, так как у меня в коробке много плохих крышек, собранных в местных ремонтных компаниях. Если вы работаете с видеомагнитофонами, держу пари, что они у вас тоже есть.

Резюме: Измерение ESR — очень хороший индикатор неисправности конденсатора. Для цепей с переключателем это ЕДИНСТВЕННЫЙ надежный тест конденсатора, ВНУТРИ или ВЫКЛЮЧЕНО !. Открытые крышки и крышки с действительно высоким ESR (более 10 Ом) легко найти в цепи и их необходимо заменить.Предельные конденсаторы, которые измеряют ESR от 1 до 10 Ом, требуют некоторого опыта работы с Capacitor Wizard и / или сравнения с заведомо исправным конденсатором того же напряжения, значения и типа. Колпачки с рабочим напряжением 35 В постоянного тока обычно имеют более высокое ESR (от 1 до 3 Ом), чем колпачки с более низким напряжением (ESR менее 1/2 Ом).

Я не знаю идеальной формулы или правила, которое всегда могло бы отличить нормальное СОЭ от предельного СОЭ , кроме сравнения с заведомо исправной частью. Очевидное решение — получить руководства производителей конденсаторов по измеренным конденсаторам EXACT, но это обычно нецелесообразно.Я, как технический специалист, всегда следую правилу: «Если сомневаешься, замените». Если вы будете следовать этому правилу, вы избавитесь от множества отзывов и решите множество странных и неопределимых периодических проблем.

Дуг Джонс

Президент Midwest Devices, Inc.

Ваши глаза могут превзойти измеритель СОЭ

Давний участник Боб Мейстер из Хамдена, штат Коннектикут, пишет в ответ на недавний вклад Тома Осенковского в отношении эквивалентного последовательного сопротивления (ESR ) и Z-метр Sencore LC-75, используемый для проверки конденсаторов.

Боб добавляет, что значение емкости, сопротивления утечки и ESR являются основными измерениями для электролитических конденсаторов, которые, кажется, выходят из строя гораздо чаще, чем конденсаторы меньшего размера, такие как дисковые, майларовые, пленочные и слюдяные.

Помимо Z-метра Sencore LC-75, есть альтернативы, которые могут быть у вас под рукой для тестирования этих компонентов. Многие цифровые мультиметры могут измерять значение емкости, и все могут измерять сопротивление.

Однако Боб обнаружил, что цифровые мультиметры с автоматическим выбором диапазона часто могут давать неверное значение утечки, потому что они продолжают изменять диапазон и отображаемое сопротивление.Во многих случаях старый добрый Simpson 260 VOM лучше справляется с измерением утечки.

ESR, однако, требует чего-то более сложного.

Боб использует Peak Electronic Design ESR-70 (доступен менее чем за 150 долларов на Amazon), который умещается в руке, работает от одной батареи и может тестировать практически каждый электролитический конденсатор, с которым вы можете столкнуться.

Считывание выполняется быстро и просто: включите устройство, подключите его к конденсатору, и он автоматически обнаружит, разряжает и начинает анализировать деталь, отображая значение в микрофарадах от 1 до 22000 и ESR в Ом от 0.00 до 40,0. Он также может измерять ESR в цепи, что значительно экономит время при поиске и устранении неисправностей. Функцию ESR можно также использовать для измерения сопротивления таких вещей, как обмотки и катушки трансформатора. Он отключается через 15 секунд, сохраняя батарею.

Емкость и ESR — не единственные вещи, которые могут указывать на неисправный конденсатор.

Рис. 1: Обратите внимание на «куполообразные» вершины этих «плохих» конденсаторов.

На рис. 1 показана конденсаторная батарея усилителя QSC MX1500A.Каждая крышка — 15000 мкФ, 50 В постоянного тока. Обратите внимание, что поверх каждого колпачка есть покрытие из черного волокна, и большинство из них немного выпукло вверх (выпукло). Все они были идеально измерены на каждом метре, который был у Боба, но куполообразный верх был подарком. Все они были заменены.

У этого усилителя также был закороченный мостовой выпрямитель, несколько открытых предохранителей и сгоревшие 5-ваттные резисторы и несколько обрывов / сгоревших цепей, но все это было отремонтировано и работало нормально.

Рис. 2: Куполообразные верхние части и утечка электролита.

На рис. 2 показан другой усилитель QSC MX1500A, но все конденсаторы выдвинули свои верхние части вверх, как показано на рис. 1. Кроме того, у них произошла утечка электролита через вентиляционные отверстия наверху. «Слизь» наверху прилипала ко всему — к верстаку, бумагам, рукам Боба и т. Д. На них тоже были черные оплетки из волокна, но колпачки сильно нагрелись, а виниловые обертки сжались и потянулись вниз по бокам, высвободив черные колпачки, которые были всосаны пылесосом до того, как Боб получил усилитель.Несколько незакрепленных крышек остались под основной платой.

Каждый из этих конденсаторов имел измерения между 14000 мкФ и 14 500 мкФ, а ESR составляло 0,01 Ом, примерно так хорошо, как вы можете получить для 15-летнего конденсатора на 15000 мкФ, и лучше, чем у совершенно новых.

Рис. 3: Конденсаторная батарея после замены, справа «неисправный» конденсатор.

На рис. 3 показан вышеуказанный усилитель после замены конденсаторов на идентичные детали. Дополнительная крышка справа — одна из тех, которая протекла и подтолкнула верхнюю часть вверх.Обратите внимание, что верхние части восьми новых слегка вогнуты (с отступом / вдавлением), и на них больше нет черных волоконных покрытий.

Для сравнения: новые конденсаторы имеют измеренные значения от 13 500 мкФ до 14 000 мкФ, а ESR составляет 0,01 Ом. При допуске 20% все крышки были в пределах спецификации.

Выпуклый протекающий колпачок является хорошим признаком того, что его необходимо заменить, даже когда все испытательное оборудование в мире говорит: «С электроникой все в порядке, потому что оно все еще имеет свои номинальные значения емкости и ESR.”

Иногда лучшим испытательным оборудованием является человеческий глаз и нос.

***

Думаете, на вашем компьютере есть вирус?

Руководитель Newman-Kees RF Measurements Фрэнк Хертель предлагает инженерам иметь пару полезных утилит Norton, которые можно найти по адресу https://security.symantec.com/nbrt/overview.aspx .

Они помогут вам восстановить или восстановить зараженные браузеры и компьютеры, — говорит он. Фрэнк сэкономил дни работы, используя эти утилиты, когда «оплаченное» антивирусное ПО не могло защитить компьютер.

Похоже, что наблюдается рост количества сайтов, загружающих вредоносные трояны и аналогичные вирусы, на которых отсутствуют программы защиты.

Невинный щелчок по элементу экрана, который был намеренно неправильно помечен как на странице сайта, может вызвать проблему и сделать все ваши браузеры практически бесполезными.

Резидентные программы могут работать правильно, но ваш интернет-браузер (ы) становится бесполезным из-за огромных всплывающих окон, которые мешают их работе.

В ситуации Фрэнка оказывается, что то, что непреднамеренно загружается, не улавливается программным обеспечением защиты от вирусов, поскольку оно структурировано как действительная исполняемая программа, поскольку оно загружается непреднамеренно, когда кто-то нажимает на преднамеренно неправильно помеченный элемент страницы.

На сайте Symantec вы сможете загрузить два отдельных небольших и эффективных элемента восстановления от Norton. В большинстве случаев вам нужно будет использовать только Norton Power Eraser; однако в тяжелых случаях потребуется использование Norton Bootable Recovery Tool.

Фрэнк признает, что есть и другие программы, которые можно использовать, но эта быстро устранила его проблему — и она была бесплатной.

Автор Джон Биссет проработал 48 лет в индустрии вещания и все еще учится. Он занимается продажами на Западном побережье для Telos Alliance. Джон имеет сертификат SBE и в прошлом был лауреатом премии SBE «Педагог года».

Подписаться

Чтобы получать больше подобных новостей и быть в курсе всех наших ведущих новостей, функций и аналитики, подпишитесь на нашу рассылку здесь.

Испытание электрохимических конденсаторов: EIS

Введение

Часть 1 — « CV, EIS и ток утечки » — этой серии заметок обсуждает основную теорию конденсаторов и описывает несколько методов исследования электрохимических конденсаторов. Часть 2 — «Цикл заряда / разряда и стеки » — объясняет программное обеспечение Gamry Electrochemical Energy для циклического переключения устройств накопления энергии. Описано влияние различных параметров при циклировании отдельных ячеек и стопок.Это примечание по применению является третьей частью примечаний, описывающих электрохимические методы для устройств накопления энергии. В этой записке обсуждаются основы спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) и вводятся методы EIS Гэмри путем измерений на отдельных электрохимических конденсаторах (EC) и пакетах.

Все части этого примечания можно найти в разделе «Примечания по применению» на веб-сайте Gamry, www.gamry.com

Experimental

Измерения проводились на двухслойных электрических конденсаторах (EDLC) 3 Ф (деталь № ESHSR ‑ 0003C0‑ 002R7) и 5 ​​EDLC F (деталь № ESHSR ‑ 0005C0‑002R7) от Nesscap1, EDLC 650 F (деталь № BCAP0650 P270) от Maxwell2 и псевдоконденсатор PAS 1 F (деталь № PAS0815LR2R3105) от Taiyo Yuden3.Аббревиатура PAS означает полиацетатный полупроводник, который представляет собой проводящий полимер, нанесенный на электроды.

Данные в этой записке были записаны с использованием программного обеспечения Gamry’s Electrochemical Impedance 300 и Reference 3000. Все графики были построены и оценены с использованием программного обеспечения Gamry.

Спектроскопия электрохимического импеданса

EIS — широко используемый метод исследования электрохимических систем. Преимущество EIS состоит в том, что он, как правило, не разрушает исследуемую систему.Это дает возможность для дальнейших электрохимических измерений и патологоанатомических исследований.

EIS — это наиболее распространенный метод измерения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) электронных схем. Это также позволяет создавать модели для описания основных механизмов реакции. С помощью этих моделей можно исследовать неидеальность конденсаторов.

Обычно синусоидальный сигнал возбуждения переменного тока подается на исследуемую систему во время эксперимента EIS, и измеряется отклик переменного тока. Частота входного сигнала меняется во время измерения.Наконец, рассчитывается импеданс Z системы, выраженный величиной Z 0 в Ом и фазовым сдвигом ø в градусах.


Режимы измерения EIS

Программное обеспечение Gamry может измерять спектры импеданса в четырех различных режимах:

  • Потенциостатический
  • Гальваностатический
  • Гибрид
  • OptiEIS

В потенциостатическом режиме подается постоянное напряжение, которое накладывается на сигнал переменного напряжения. Частота сигнала изменяется во время эксперимента, и измеряется фазочувствительный отклик на переменный ток.

Гальваностатический режим аналогичен потенциостатическому режиму. Напротив, в систему подается постоянный ток, наложенный на сигнал переменного тока, и измеряется фазочувствительный отклик переменного напряжения.

Hybrid EIS также использует гальваностатическое управление ячейкой. Кроме того, амплитуда переменного тока регулируется для поддержания почти постоянного отклика переменного потенциала.

Потенциостатический режим является наиболее распространенным в исследованиях. Однако небольшие ошибки в приложенном постоянном напряжении могут привести к сильным постоянным токам в ячейках с низким импедансом, что приведет к разрушению ячейки.Поэтому гальваностатический и гибридный EIS предпочтительнее для ячеек с низким импедансом.

OptiEIS — это многофункциональная техника, которая отличается от других методов, описанных выше. Вместо одного синусоидального сигнала только с одной частотой в систему одновременно подается несколько сигналов с несколькими частотами. Следовательно, время измерений EIS может быть сокращено до четырех раз. OptiEIS может работать в потенциостатическом или гальваностатическом режиме.

Randles Модель для электрохимических конденсаторов

Идеального конденсатора не существует: на самом деле несколько эффектов приводят к дефектам в системе.Следовательно, для описания исследуемой системы используются разные модели. Самая распространенная и простая модель, соответствующая спектрам ЭИС электрохимических конденсаторов, — это упрощенная модель Рэндлса, показанная на рисунке 1:

Рисунок 1. Схема упрощенной модели Рэндла.

Элементы схемы в модели:

  • ESR Эквивалентное последовательное сопротивление
  • R утечка Устойчивость к утечке
  • C Идеальная емкость

Сопротивления электролита, электродов и электрических контактов суммируются в ESR.Небольшое значение ESR повышает производительность устройств хранения энергии.

Напротив, небольшое сопротивление утечки R утечка приводит к более высокому току утечки, который отвечает за саморазряд заряженного конденсатора, когда внешняя нагрузка не подключена. Сопротивление утечки моделируется параллельно C.

На рисунке 2 показан график Боде модели Рэндлса в диапазоне частот от 10 кГц до 1 мкГц. Подходящие параметры являются типичными значениями для электрохимических конденсаторов:

  • ESR 100 мОм
  • R утечка 100 кОм
  • C 1 F

Рисунок 2. График Боде модели Рэндла. (кружок) величина, (крестик) фаза.

Спектр Боде типичной модели Рэндлса имеет три области:

  • Выше 10 Гц, амплитуда и фаза приближаются к 100 мОм и 0 ° соответственно. ESR доминирует в этом регионе.
  • В диапазоне от 100 мкГц до 100 мГц емкость определяет импеданс. Амплитуда в зависимости от частоты линейна (на логарифмическом графике Боде) с наклоном -1, а фаза приближается к -90˚.
  • Ниже 10 мкГц сопротивление начинает переходить обратно к резистивному поведению, поскольку сопротивление утечки становится доминирующим.Этот переход неполный даже на частоте 1 мкГц.

Спектры EIS реальных устройств редко дают много информации о сопротивлении утечке, поскольку его эффекты проявляются на непрактично низких частотах. Измерения на этих частотах занимают много времени.

В части 1 данной серии указаний по применению подробно описаны методы измерения тока утечки.

Модели линии передачи для электрохимических конденсаторов

Реальные электрохимические конденсаторы не демонстрируют простое поведение модели Рэндлса.На рисунке 3 показан график Боде 3 F EDLC. Кроме того, показаны две разные модели: упрощенная модель Рэндлса (красная кривая) и открытая модель Бискерта (зеленая кривая).

Импеданс трех F EDLC, используемых для генерации данных для этой банкноты, достаточно высок, чтобы можно было использовать любой режим управления. Поскольку наиболее распространен потенциостатический EIS, был использован этот режим.

Конденсатор сначала заряжали до 2,7 В и выдерживали при этом потенциале в течение 10 мин. Для эксперимента EIS напряжение постоянного тока было установлено равным 2.7 В наложено переменным напряжением 1 мВ. Частота варьировалась от 10 кГц до 100 мкГц.

Рис. 3. Диаграмма Боде потенциостатического теста EIS на 3 F EDLC (синий). (красный) модель Рэндлса, (зеленый) открытая модель Бискерта. (фиолетовый) величина, (+) фаза.

Как и ожидалось, подгонка модели Рэндлса к спектру показывает плохое согласие. Результаты подгонки:

  • СОЭ 45,5 мОм ± 0,2 мОм
  • R утечка 3,6 кОм ± 0,4 кОм
  • С 2.75 F ± 0,01 F

Этот результат типичен для спектров ЭИС электрохимических конденсаторов, в которых пористость электродов приводит к очень неравномерному доступу электролита к поверхности электрода и протекают реакции Фарадея. Простые модели резисторов и конденсаторов не применяются.

Различия между моделью Randles и реальными EC включают:

  • Между 10 Гц и 10 кГц величина не постоянная, а немного увеличивается. Переход от резистивного к емкостному поведению происходит поэтапно.
  • Фаза никогда не приближается к предсказанию 0 ° простой модели на более высоких частотах.
  • В этом диапазоне частот не наблюдается никаких признаков сопротивления утечке.

Подбор данных намного лучше при использовании модели линии передачи с пористым электродом. На рисунке 4 показана модель Bisquert Open, которая также описывает пористость электрода.

Рисунок 4. Схема открытой модели Бискерта.

Среди ESR добавлено сопротивление пор R м , которое увеличивается с увеличением глубины пор.Элемент постоянной фазы (CPE) заменяет идеальную емкость и определяет неоднородности поверхности электрода в ЭК. Межфазное сопротивление R k , аналогичное сопротивлению утечки, параллельно CPE и завершает модель.

Подгонка открытой модели Бискерта на рисунке 3 представлена ​​зеленым цветом. Подходящие параметры:

  • ESR 38,2 мОм ± 0,4 мОм
  • R м 96 мОм ± 17 мОм
  • R к 1.3 ∙ 10 34 Ом ± 1 ∙ 10 38 Ом
  • Y м (CPE) 2,54 S ∙ sα ± 0,15 S ∙ sα
  • α (CPE) 0,97 ± 0,03

Модель Bisquert Open намного лучше соответствует графику Боде на рисунке 3, чем модель Randles, и почти полностью перекрывается.

Модели линии передачи учитывают ступенчатое увеличение амплитуды на более высоких частотах. Область перехода от резистивного к емкостному поведению на частотах выше 100 мГц описана намного лучше.Следовательно, значение соответствия для ESR меньше, чем результат модели Randles.

Ожидается высокая неопределенность межфазного сопротивления R k . Это сопротивление доминирует над импедансом в низкочастотной области, не входящей в спектр.

EIS на 3 F EDLC при различных потенциалах

Для идеальных EDLC спектры EIS не зависят от приложенного постоянного напряжения. Однако на реальных устройствах такой тенденции не наблюдается.

На рис. 5 показаны графики Боде 3 F EDLC, записанные при пяти различных потенциалах постоянного тока: 0 В, 1 В, 2 В, 3 В и 3.5 В. Последнее значение намного выше, чем 2,7 В, указанные в спецификации EDLC.

Спектры были измерены потенциостатически при переменном напряжении 1 мВ rms в диапазоне частот от 10 кГц до 10 мГц. Конденсатор выдерживали под постоянным напряжением в течение 10 минут перед каждым измерением.

Рис. 5. Диаграммы Боде потенциостатических тестов EIS на 3 F EDLC. (синий) 0 В, (зеленый) 1 В, (красный) 2 В, (желтый) 3 В, (фиолетовый) 3,5 В. (черный) величина, (+) фаза.

Очевидно, этот EDLC показывает неидеальность между 1 Гц и 10 кГц. Превышение номинального напряжения конденсатора может вызвать реакции разложения и осаждения на поверхности электрода. Эти необратимые фарадеевские реакции могут привести к увеличению СОЭ в диапазоне частот выше 1 Гц, где СОЭ преобладает над импедансом.

Ниже 1 Гц полное сопротивление уменьшается с увеличением напряжения. В этой частотной области импеданс зависит от постоянного напряжения, поэтому емкость увеличивается и также должна зависеть от постоянного напряжения.Увеличение емкости при более высоких потенциалах может происходить за счет сокращения срока службы.

EIS на псевдоконденсаторе 1 Ф при разных потенциалах

Как и для идеальных EDLC, спектры EIS, записанные на идеальном псевдоконденсаторе, должны накладываться друг на друга при разных напряжениях постоянного тока. Однако для настоящих псевдоконденсаторов такое поведение неприменимо.

На рис. 6 показаны графики Боде псевдоконденсатора 1 F PAS, записанные в потенциостатическом режиме EIS. Напряжения постоянного тока составляли 0 В, 1 В, 2 В и 2,4 В. Напряжение переменного тока было установлено равным 1 мВ среднеквадратического значения .Диапазон частот составлял от 10 кГц до 10 мГц.

Рис. 6. Диаграммы Боде потенциостатических тестов EIS на псевдоконденсаторе 1 F PAS. (синий) 0 В, (зеленый) 1 В, (красный) 2 В, (желтый) 2,4 В. (черный) величина, (+) фаза. Подробности см. В тексте.

Как и в случае EDLC, псевдоконденсаторы демонстрируют зависимость импеданса от напряжения на более низких частотах. С увеличением напряжения сопротивление уменьшается.

В отличие от EDLC 3 F (рис. 5), этот псевдоконденсатор 1 F не показал зависимости от напряжения на частотах выше 10 Гц.

EIS на конденсаторах с низким ESR 650 F EDLC

Измерения EIS на конденсаторах с низким ESR затруднены. Обычно для этого метода требуются:

  • Истинные 4-х контактные измерения
  • Гальваностатический элемент управления
  • Контакты низкоомные
  • Выводы витой пары или коаксиального элемента

На рисунке 7 показаны соединения, используемые для записи спектра EIS 650 F EDLC. Для соединений использовались медные листы толщиной 1,5 мм. Токоведущие провода (зеленый и красный) и провода измерения напряжения (белый и синий) находятся на противоположных сторонах устройства.

Предупреждение: Избегайте короткого замыкания клемм конденсатора через соединения с низким сопротивлением. Могут протекать очень опасные токи в сотни или даже тысячи ампер.

Как упоминалось выше, гальваностатический режим необходим для ячеек с низким сопротивлением. При использовании потенциостатического режима небольшие ошибки в напряжении постоянного тока могут привести к сильному току, разрушающему элемент или превышающему характеристики потенциостата.

Рисунок 7. Соединения электродов для измерений на EDLC 650 F. Рабочий (зеленый), Счетчик (красный), Рабочий смысл (синий) и Контрольный (белый).

На рис. 8 показан гибридный спектр EIS 650 F EDLC. Конденсатор сначала заряжали до 2 В и выдерживали при этом потенциале в течение 30 мин для поддержания постоянного напряжения во время измерения EIS. Постоянный ток был равен нулю, а переменное напряжение составляло 0,1 мВ среднеквадратического значения . Спектр EIS регистрировался от 1 кГц до 10 мГц.

Обратите внимание, что гибридный EIS все еще работает в гальваностатическом режиме, хотя напряжение переменного тока определено в настройке.Гальваностат изменяет переменный ток, чтобы поддерживать почти заданный отклик переменного напряжения.

Рис. 8. Диаграмма Боде гибридного теста EIS на 650 F EDLC. (синий) величина, (+) фаза.

Этот EDLC 650 F имеет номинальное значение ESR менее 600 мкОм при 1 кГц. Измерение дает значение 418 мкОм, что меньше номинального ESR этого конденсатора, равного 600 мкОм.

Если посмотреть на потенциал постоянного тока EDLC во время измерения EIS, он изменяется только примерно на 2 мВ, что необходимо для получения надежных результатов.

OptiEIS: технология Multisine

OptiEIS компании Gamry дает пользователю возможность выполнять измерения EIS быстрее, чем при использовании традиционных методов измерения одной синусоиды.

На рис. 9 показаны графики Боде потенциостатического теста EIS и эксперимента OptiEIS в потенциостатическом режиме на 3 F EDLC. Конденсатор сначала был заряжен до 2,7 В и выдерживался при этом потенциале в течение 20 минут. Применяли постоянное напряжение 2,7 В и переменное напряжение 10 мВ. Частота колебалась от 40 Гц до 10 мГц.

Рис. 9. Диаграммы Боде потенциостатического теста EIS (синий) и теста OptiEIS (красный) на 3 F EDLC. (черный) величина, (+) фаза. Подробности см. В тексте.

Оба графика Боде потенциостатических экспериментов EIS и OptiEIS полностью перекрываются. В режиме с низким уровнем шума потенциостатический тест EIS занимает около 30 минут. С OptiEIS время измерения сокращается до 9 минут, что примерно в три раза меньше.

EIS во время циклических экспериментов

EIS можно комбинировать с другими методами, такими как тесты циклического заряда-разряда (CCD).Эта комбинация позволяет исследовать изменения в системе с течением времени. Для получения подробной информации о практических приложениях и оценке тестов CCD см. Часть 2 этой серии указаний по применению.

Рис. 10. Испытание ПЗС на 3 F EDLC в течение 50 000 циклов, прерванных гальваностатическими экспериментами EIS. Подробности см. В тексте.

На рисунке 10 показано изменение емкости во время эксперимента с ПЗС-матрицей. Было выполнено десять последовательностей; у каждого было 5000 циклов. Перед первым циклом и после каждой последовательности был проведен гальваностатический эксперимент EIS.Общее количество циклов составило 50 000.

Для выполнения сложных последовательностей Gamry предлагает Sequence Wizard . Позволяет создавать отдельные последовательности с широким спектром техник.

Для теста CCD, 3 F EDLC сначала заряжали до 1,35 В, а затем циклически переключали между 1,35 В и 3,5 В с током ± 2,25 А.

Емкость уменьшается с увеличением номера цикла. Поскольку верхний предел напряжения 3.5 В намного выше ограничений EDLC, могут происходить необратимые реакции на поверхности электрода, которые снижают производительность.

Рис. 11. Диаграммы Боде гальваностатических испытаний EIS на 3 F EDLC во время езды на велосипеде. (синий) 1 -й цикл , (зеленый) 10,000 -й цикл , (красный) 20,000 -й цикл , (желтый) 30,000 -й цикл , (пурпурный) 40,000 -й цикл , (голубой) 50,000 th цикл. (черный) величина, (+) фаза.Подробности см. В тексте.

На рисунке 11 показаны графики Боде. Применяли нулевой постоянный ток и 10 мА среднеквадратичного значения переменного тока. Спектры записывались в диапазоне от 10 кГц до 100 мГц. Перед каждым тестом EIS потенциал поддерживался на уровне 3,5 В в течение четырех часов.

Примечание : Шаг удержания необходим, чтобы поддерживать систему в устойчивом состоянии во время гальваностатического измерения EIS, чтобы выполнить критерий стабильности для EIS.

Импеданс увеличивается в диапазоне частот от 1 Гц до 10 кГц с увеличением номера цикла.В этой области ESR преобладает над импедансом. Оценка соответствия этих спектров подтверждает, что ESR увеличивается. После 50 000 циклов ESR увеличился примерно на 14 мОм, увеличившись более чем на 30%.

Напротив, емкость уменьшается с увеличением номера цикла, что вызвано необратимыми реакциями, которые могут происходить на поверхности электрода.

В таблице 1 перечислены подходящие значения для ESR и емкости в зависимости от номера цикла.

Цикл №

1

10 тыс.

20 тыс.

30 тыс.

40 тыс.

50 тыс.

СОЭ [мОм]

44.5

48,7

51,4

53,1

55,8

58,4

C [F]

3,01

2,94

2,90

2,87

2,84

2,81

Таблица 1.Изменение ESR и емкости в зависимости от количества циклов.

EIS в стеках

Одиночные накопители энергии собираются вместе для высоковольтных приложений. Для этого ячейки включаются в последовательную и параллельную цепи. Для получения дополнительной информации о стеках ячеек см. Часть 2 этой серии заметок по применению.

На рис. 12 показана испытательная установка для измерения стека, используемая в этой заметке. Он состоит из последовательного соединения двух 3 F EDLC и одного 5 F EDLC. Более высокое значение ESR моделируется для второго конденсатора с 0.Резистор 5 Ом последовательно. Напряжение каждой отдельной ячейки измерялось с помощью отдельных каналов вспомогательного электрометра Гэмри.

Рис. 12. Последовательно подключенные конденсаторы с подключениями вспомогательного электрометра (AECH 1, AECH 2 и AECH 3). Последовательный резистор R имитирует более высокое ESR.

Для экспериментов EIS с пакетом каждая отдельная ячейка была первоначально заряжена до 1 В. После этого пакет был заряжен до 9 В током 3 A. Потенциал сохранялся в течение 20 минут до измерения EIS.

На рис. 13 показаны графики Боде для стопки и всех трех отдельных ячеек, которые были записаны одновременно с помощью вспомогательного электрометра. Эксперимент EIS был проведен в гальваностатическом режиме с нулевым постоянным током и 10 мА среднеквадратичного значения переменного тока. Частота варьировалась от 10 кГц до 1 мГц.

Рисунок 13 . Диаграммы Боде гальваностатического теста EIS на стопке EDLC. (синий) стек, (зеленый) C 1 , (красный) C 2 + R, (желтый) C 3 .(черный) величина, (+) фаза.

На частотах выше 1 Гц можно увидеть различия в СОЭ каждой отдельной ячейки. Как общее напряжение U пакета, также полное ESR является суммой параметров каждой отдельной ячейки. Следовательно, спектры смещаются вверх выше 1 Гц с увеличением ESR.

Напротив, полная емкость C пакета является обратной величиной суммы взаимных одиночных емкостей. Следовательно, общий C ниже, чем одиночные емкости. Ниже 100 мГц в линейной области амплитуды спектры смещаются в нижний левый угол диаграммы с увеличением емкости.

В таблице 2 приведены некоторые параметры исследуемой стопки и ее отдельных ячеек. ESR и емкость C рассчитывались путем аппроксимации каждого спектра EIS. Потенциал V регистрировался на этапе заряда.

Элемент

U [В]

СОЭ [мОм]

C [F]

Стек

9.00

613

1,27

С 1

2,78

35,7

3,28

К 2 + Р

3,55

543

3,49

С 3

2,67

31.2

5,01

Таблица 2 . Измеренные параметры стопки и ее отдельных ячеек.

Если посмотреть только на параметры стека, разбалансировки отдельных ячеек не обнаружено. Например, если бы пакет был идеально сбалансирован и заряжен до 9 В, все одиночные конденсаторы были бы равномерно заряжены до 3 В.

Из-за несбалансированных параметров ячеек (например, разного ESR и разных емкостей) потенциалы заряда отдельных ячеек отличаться.Вы не можете увидеть эти различия в общем напряжении стека, которое по-прежнему составляет 9 В.

Поскольку конденсатор C 2 имеет самое высокое смоделированное ESR, он перезаряжается более чем на 0,5 В, тогда как C 1 и C 3 имели не достигли желаемого потенциала. Перезарядка может повредить элемент и резко снизить производительность и срок службы.

С помощью вспомогательного электрометра можно исследовать всю батарею и каждую отдельную ячейку одновременно. Таким образом можно наблюдать дисбаланс емкостей, ESR и потенциалов ячеек.Стек можно сбалансировать, регулируя эти параметры.

Заключение

В этом примечании к применению обсуждаются теория и практика измерений EIS с электрохимическими конденсаторами. Мы показали, что EIS — незаменимый инструмент для исследования устройств хранения энергии. Две модели были объяснены для соответствия спектрам Боде ЭК. Для надежной подгонки необходимы модели линии передачи для описания пористости электродов с высокой поверхностью, используемых в ЭК.

На основе нескольких измерений ЭК были описаны различные методы: потенциостатическая EIS, гальваностатическая EIS, гибридная EIS и многослойная методика Гэмри под названием OptiEIS.Чтобы продемонстрировать широкий спектр приложений EIS, тесты CCD были объединены с измерениями EIS для отслеживания изменений в системе с течением времени.

Наконец, измерения пакета были выполнены с помощью вспомогательного электрометра Gamry. Таким образом, отдельные ячейки стека можно исследовать одновременно, чтобы сбалансировать параметры отдельных ячеек.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.