Самодельный измеритель ESR электролитических конденсаторов (CD40106B)

Эквивалентное сопротивление (ESR) — очень важный параметр электролитического конденсатора. Фактически, это сопротивление его выводов и обкладок.

В идеале, оно должно быть очень небольшим, — доли Ома. В реальности в общем-то вполне исправный конденсатор, без потери емкости, может иметь, например, повреждение материала обкладок, коррозийное или термическое.

В результате их сопротивление может быть довольно большим, — составлять десятки и сотни Ом. Чем это плохо? Тем, что это фактически равнозначно включению последовательно конденсатору резистора такого сопротивления.

В результате ограничивается ток зарядки и разрядки. И такой конденсатор уже не может работать, например, в источнике питания, в качестве сглаживающего пульсации.

Используемый здесь способ измерения ESR состоит в том, чтобы измерить полное сопротивление конденсатора на переменном токе, то есть, сумму его сопротивления активного и реактивного.

При этом частота переменного тока устанавливается достаточно высокой, чтобы реактивное сопротивление было столь малым, что им можно пренебречь. В данном случае частота составляет около 80 кГц.

Принципиальная схема

Генерирует её мультивибратор на элементе D1.1.

Но здесь нужен достаточно мощный мультивибратор, потому что для измерения столь малого сопротивления потребуется пропускать через него значительный ток.

Поэтому после мультивибратора на элементе D1.1 следует достаточно мощный выходной каскад, на остальных пяти элементах микросхемы D1, включенных параллельно. и двухтактный выход на мощных транзисторах VT1 и VT2.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного измерителя ESR электролитических конденсаторов.

Нагружен выходной каскад цепью из резисторов R2 и R3. Оба по 100 Ом. Испытуемый конденсатор подключается параллельно резистору R3. Таким образом, его сопротивление подключается параллельно R3.

И чем оно меньше, тем меньше напряжение на R3. Переменное напряжение с R3 поступает на выпрямитель на диоде VD3 и конденсаторе СЗ.

В результате работы выпрямителя на конденсаторе СЗ выделяется постоянное напряжение, которое тем больше, чем больше сопротивление испытуемого конденсатора.

Далее это напряжение поступает на измеритель на микроамперметре Р1. Резистор R4 и диод VD4 служат для защиты микроамперметра от избыточного тока, когда испытуемый конденсатор не подключен или у него очень большое ESR.

Детали и налаживание

Подстроечный резистор R5 служит для калибровки прибора. Для калибровки прибора и разметки шкалы нужны образцовые постоянные резисторы низкого сопротивления. Например, 30 Ом, 10 Ом, 5 Ом, 3 Ом, 1 Ом, 0,5 Ом, 0,3 Ом.

Точного измерения ESR не требуется, потому что важно знать не какое оно именно, а насколько оно велико, и стоит ли использовать такой конденсатор. Поэтому, можно выбрать и типовой ряд резисторов, например, 30 Ом, 10 Ом, 5,1 Ом, 3 Ом, 1 Ом, 0,51 Ом, 0,3 Ом.

Перед первым включением питания нужно резистор R5 установить на мини минимальное положение (вниз по схеме). Затем, подключаем самый большой резистор, в данном случае 30 Ом.

Включаем питание, и подстройкой R5 устанавливаем стрелку микроамперметра на максимальное значение шкалы. Можно на шкале сделать метку «30».

Затем, подключаем резистор 10 Ом, делаем метку «10», далее подключаем резистор 5 Ом, делаем метку «5», и так далее.

Теперь прибор сможет измерять ESR до 30 Ом. Если больше, — он зашкаливает. Прибор можно откалибровать и на другие значения, например, выбрать максимум 100 Ом (самый большой калибровочный резистор будет 100 Ом) или выбрать максимум 10 Ом (самый большой калибровочный резистор будет на 10 Ом).

Горчук Н. В. РК-08-2020.

Самодельный измеритель ESR

Всем привет 😉

ESR— это аббревиатура от английского выражения Equivalent Series Resistance, что переводится как Эквивалентное последовательное сопротивление. В русскоязычной терминологии можно также встретить выражение ЭПС, что, во общем-то тоже самое.

Что это за параметр такой? Если говорить сухим техническим языком- то это параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока, и из этого выражения совершенно не понятно как это выглядит на практике.
В общем, давайте попробуем разобрать это более простым языком…

Раскрою Вам, друзья мои, огромную тайну: идеальных деталек не существует! Всегда есть какие-то допуски по параметрам и всегда существуют внутренние недостатки в виде не совсем качественных материалов или плохих контактов. Именно поэтому при сборке различной электронной технике во всем мире существуют различные стандарты: измерительная, военная или техника высокого класса всегда выполняется из более качественных (соответственно и более дорогостоящих) радиоэлементов, а при производстве таких изделий как телевизоры, автомагнитолы и прочий «ширпотреб» могут применяться детали с разбросом параметров до ±20% и это обращая практика почти для всех производителей.

То есть- в любой детальке во время работы могут возникать различные паразитные явления, приводящие к ее нагреву или частичной потери параметров. Не обошел этот феномен и конденсаторы, особенно электролитические. Ведь, по сути, что такое конденсатор? Это две пластины с диэлектриком между ними, которые свернуты в трубочку и находятся внутри цилиндрического корпуса.

Ничего не напоминает? Да, очень похоже на дроссель и, следовательно, при работе с переменным током, внутри него могут возникать различные паразитные наводки, напоминающие ток самоиндукции.
Помимо этого- к этим пластинам механическим способом приклепаны выводы. При низком качестве изготовления конденсатора(к сожалению как раз такие конденсаторы наиболее часто встречаются в аппаратуре потребительского класса) прочность соединения вывода с пластиной может быть недостаточным и на месте соединения может возникнуть нагрев.

Конечно все это ни к чему хорошему не приведет- мало того что мы получаем потери некоторых параметров, так еще и во время работы внутри конденсатора из-за нагрева могут возникнуть химические реакции, которые, к конечном счете приведут к еще бОльшему разрушению самого конденсатора.

Вы думаете от чего конденсаторы раздуются? Именно от внутреннего нагрева и это может привести к нехорошим последствиям. Вот небольшой пример: «дутая» сетевая банка привела к тому, что микросхема разлетелась в клочья.

Другими словами: потеря электрического переменного тока в конденсаторе оценивается как некое виртуальное сопротивление, включенное последовательно с конденсатором. Именно его и назвали

ЭПС или ESR.

Хочу отметить несколько моментов:
* Этот параметр в основном дал о себе знать при работе с высокочастотными токами— чем выше частота, тем выше паразитные связи и поэтому
** во-первых параметру ESR еще буквально лет 10-15 назад почти никакого внимания не уделялось.
** Во вторых два совершенно одинаковых конденсатора из одной партии после длительной работы могут иметь разную степень износа- все зависит от того, в какой цепи они были установлены.
* Если конденсатор не имеет «беременности» это вовсе не означает что он исправен.

* Измерить ESR при помощи простого мультиметра невозможно. Он может показать что с емкостью все в порядке, однако при этом иметь повышенный ESR.

Возникает вопрос- как быть? Выход лишь один: нужно обзаводиться необходимыми приборами, и тут без вариантов!

Я уже как-то рассказывал о специализированном электронном приборе— вещь хорошая, цена терпимая, однако у него есть пара существенных недостатков:
1. Чувствителен к питанию.
2. Не позволяет работать внутрисхемно.

Поэтому лично я собрал себе самопальный измеритель ESR по вот такой вот схеме:

Как он работает:

На микросхеме DD1 собран генератор импульсов.

Импульсы, вырабатываемые генератором, поступают через резистор R3, R4 и конденсаторы C2, C4 на усилительный каскад, собранный на транзисторе VT1.

Во время работы схемы на выходе транзистора присутствует сигнал, который после диодного моста VD2- VD5 поступает на измерительную головку (стрелочный прибор).

 

При подключении испытуемого конденсатора к выводам Cх происходит шунтирование выхода генератора на «землю», в результате чего импульсы ослабевают (вплоть до полного прекращения прохождения) и отклонение стрелки прибора становится меньше.

При увеличенном ESR у измеряемого конденсатора шунтирование генератора будет значительно меньше.

 

На практике это выглядит так:

* При включении прибора стрелка отклоняется в максимальное положение.

* При подключении хорошего конденсатора- стрелка падает на ноль.

* При подключении конденсатора с увеличенным ESR стрелка прибора отклоняется лишь немного или не отклоняется вообще.

 

Еще одной отличительной особенностью данного прибора является тот факт, что генератор прибора работает на высоких частотах. Поэтому измерительные работы можно проводить НЕ ВЫПАИВАЯ конденсаторы из схемы, что, несомненно, упрощает работу.

Разместил всю эту конструкцию в корпусе DVB приставки, в качестве прибора использовал стрелочный индикатор от магнитофона «Комета»

Не идеал, конечно, но в работе очень сильно выручает 😎
В качестве генератора можно использовать и другие логические ТТЛ микросхемы (про цоколевку только не забываем), в качестве корпуса и индикатора- вообще можно купить китайский стрелочный прибор и разместить все в нем.

Если прибор собран правильно и из исправных деталей, то в настройке он не нуждается.
Точность измерений- конечно-же будет приблизительная, но зато наглядная.

Рекомендую просто взять несколько резисторов сопротивлением от 1 до 5 Ом, подключить их поочередно к щупами прибора и посмотреть какие будут значения стрелки.

Удачи в ремонтах 😉

Сборка аналогового измерителя ESR с прецизионным измерителем с подвижной катушкой

Джордж Лайдекер

06 июля 2022 г. 004

Создание аналогового измерителя СОЭ с помощью точного измерителя с подвижной катушкой

Вам нужен аналоговый измеритель ESR для проверки и обнаружения неисправных конденсаторов? С правильными деталями и несколькими полезными советами вы можете собрать его для своего рабочего места с электроникой.

Я всегда завидовал аналоговому измерителю ESR моего друга, который позволял ему проверять и находить неисправные конденсаторы, пока они еще были в цепи. Конкретный измеритель, который у него был, больше недоступен, что означало проведение некоторого исследования, чтобы понять, как они работают, и придумать свою собственную версию.

Во-первых, что такое СОЭ?

ESR обозначает эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора. СОЭ зависит от частоты, температуры и изменяется по мере старения компонентов. Для «мокрых» алюминиевых электролитических конденсаторов, используемых в источниках питания, обычно важно иметь низкое ESR.

Типичный метод, используемый для измерения ESR, заключается в подаче на конденсатор известного переменного тока (I _cap ) с некоторой частотой, при которой емкостное реактивное сопротивление конденсатора очень мало, так что ESR преобладает. Путем измерения результирующего напряжения переменного тока на клеммах конденсатора (V _cap ), ESR можно определить с помощью закона Ома:

ESR = V _cap /I _cap

Большинство конструкций, которые я нашел, работали по тем же принципам, что и блок-схема, показанная на рис. 1 . Идя слева направо, есть генератор, который подает переменное напряжение на конденсатор. Затем сигнал переменного тока подается на преобразователь импеданса и детектор. Обнаруженный сигнал затем выпрямляется и буферизуется, чтобы он мог управлять счетчиком справа на диаграмме.

Рисунок 1: Блок-схема измерителя ESR.

Поскольку измеритель ESR должен работать от батареи, цепь питания обеспечивает раздельные шины для операционных усилителей, которые будут использоваться в измерителе ESR. Генератор в большинстве рассмотренных мной примеров работал в диапазоне от 100 кГц до 150 кГц. Драйвер, используемый для уменьшения импеданса сигнала переменного тока, может быть чем угодно, от усилителя тока транзистора, трансформатора или параллельных логических элементов. Детектор обычно представлял собой встречно-параллельные диоды. Обнаруженный сигнал переменного тока затем выпрямляется, усиливается и подается на измеритель постоянного тока.

Моя схема

В схеме, которую я решил построить ( Рисунок 2 ), я использовал несколько элементов дизайна из самодельных примеров, которые нашел в Интернете. Для генератора и преобразователя импеданса я использовал один 74HC14, который обеспечивает шесть инверторов с гистерезисом. Один из инверторов действует как релаксационный генератор, а остальные пять инверторов работают как преобразователь импеданса. Эта часть схемы принадлежит Лоуренсу П. Глейстеру VE7IT. Его схему и статью можно найти по адресу http://ve7it.cowlug.org/esrmeter.html.

Рисунок 2: Схема измерителя ESR состоит из элементов конструкции из различных
Примеры своими руками найдены в интернете.

Детекторная часть измерителя ESR такая же, как и схема обнаружения в коммерческом измерителе ESR, созданном Creative Electronics. К сожалению, эти счетчики больше не производятся.

Диоды D1 и D2 отсекают верхнюю и нижнюю часть переменного тока частотой 100 кГц до одного кремниевого перехода. Это позволяет тестировать конденсаторы в цепи, потому что любые другие кремниевые переходы не будут смещены в прямом направлении относительно низким сигналом переменного тока.

Низкоуровневый сигнал переменного тока развязан по постоянному току с С3 и усиливается двумя операционными усилителями с коэффициентом усиления по напряжению 4,7 для первого усилителя и коэффициентом усиления 10 для второго. Это обеспечивает общее усиление 47 на входе схемы абсолютного значения.

Цепь абсолютного значения была взята из бюллетеня Burr-Brown Application Bulletin «Precision Absolute Value Circuits». Цепь абсолютного значения имеет достаточную мощность для используемого мной измерителя на 100 микроампер.

Этот измеритель ESR работает от одного 9-вольтового Напряжения плюса, минуса и земли, необходимые для операционного усилителя, получаются с помощью повторителя напряжения операционного усилителя с усилением тока, показанного на рис. 3

.  

Проверка и эксплуатация

Чтобы проверить схему, я собрал ее на обычной макетной плате. Разъемы BNC позволяют легко контролировать различные формы сигналов. Первоначально для тестирования я просто смотрел на сигналы с помощью осциллографа вместо измерителя на 100 мкА ( , рисунки 4 , и , 5 ).

Рисунок 4: Осциллограф показывает выход генератора, а также выход
измерителя ESR при тестировании электролитического конденсатора емкостью 50 мкФ. Рисунок 5. Этот дамп формы сигнала с осциллографа показывает разницу между0005 с высоким ESR в синем и конденсатор с низким ESR в оранжевом.

Схема подключена к двум макетным платам (, рис 6, ). Меньшая плата слева — это схема, используемая для получения опорных сигналов плюса, минуса и земли для операционных усилителей. Плата большего размера представляет собой схему измерителя ESR и удерживается на месте гайками на измерителе.

Рис. 6. Схема достаточно проста, чтобы ее можно было собрать на макетной плате.

Еще до того, как мне удалось упаковать счетчик в кейс, я использовал его для устранения неполадок в нашем кондиционере, обнаружив неисправный конденсатор двигателя ( Рисунок 7 ).

Рисунок 7: Даже когда это был макетный прототип, схема зарекомендовала себя
полезно при проверке конденсатора двигателя кондиционера.

Готовый измеритель ESR достаточно портативный, чтобы его можно было использовать удаленно и вдали от рабочего места. Простая калибровка Post-It Note была выполнена с помощью нескольких резисторов сопротивлением 2 Ом (, рис. 8, ).

Рис. 8. Калибровка счетчика легко выполняется с помощью нескольких
Резисторы сопротивлением 2 Ом и клочок бумаги.

Измеритель ESR работает как омметр. Перед измерением конденсатора его выводы замыкают накоротко, а ручку регулируют на полное показание (нулевое ESR). Полный поворот ручки против часовой стрелки выключает счетчик с помощью переключателя.

(210017-01)

---

Примечание редактора: Полная версия статьи «Простой аналоговый измеритель ESR с точностью измерения подвижной катушки» опубликована в июльско-августовском выпуске журнала Elektor. Станьте участником Elektor сегодня!

---

Вопросы или комментарии?

У вас есть технические вопросы или комментарии по поводу этой статьи? Напишите автору по адресу glydeck@aol. com или свяжитесь с Elektor по адресу [email protected].

Читать статью полностью

Скрыть статью полностью

Поставить оценку этой статье ★

Имя *

Фамилия *

Псевдоним

Электронная почта *

Пароль *

Подтвердить пароль *

Простой измеритель ESR с ATmega8 и прошивкой с открытым исходным кодом (сделай сам)

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

Существует по крайней мере два способа измерения ESR конденсаторов, один из них — балансная мостовая конфигурация, где сопротивление конденсатора ИУ выведет мост из равновесия, в то время как достаточно высокое Частота измерения используется для того, чтобы реактивная составляющая была незначительной. В другом методе используются фиксированные импульсы тока, достаточно короткие, чтобы зарядить конденсатор лишь незначительно. и измеряет напряжение на ESR конденсатора по закону Ома. Я также построил ESR/миллиомметр на основе последнего подхода, используя микроконтроллер STM32F373 и усилитель AD8253. В этом направлении также есть проект Arduino, но я выбрал для этой цели 32-битный микроконтроллер с более точными АЦП. (Мне также постепенно надоели 8-битные микроконтроллеры, в то время как 32-битные на самом деле стали ОЧЕНЬ конкурентоспособными по цене, у них мощность процессора и количество периферии на порядок лучше, а разработка под эти архитектуры под Linux так же просто, как и для 8-битных. )

В конструкции, описанной ниже, я принял мостовую конфигурацию для измерения ESR и использовал микроконтроллер Atmel AVR ATmega8. Как обычно, я построил только один прототип для собственного обучения и использования, поэтому доступна только схема, написанная от руки. здесь из-за нехватки времени и мотивации для разработки печатной платы. Рисуется только аналоговая часть, очевидные соединения MCU с кристаллом и дисплеем просто перечислены в исходном коде. Принята мостовая конфигурация, на которую посылаются импульсы, управляемые PB1, с заданной частотой. Операционный усилитель TL084 используется для обработки разностного сигнала от моста, сначала усиления постоянного тока, затем Связь по переменному току, выпрямление, второй каскад усиления и АЦП. Резисторы, образующие мост, должны быть подобраны вручную, чтобы как можно лучше сбалансировать мост, что значительно упрощает калибровку. Возможно, можно добавить триммер для достижения идеального баланса. Не забудьте прочные диоды и (более быстрый) переходник на щупах тестируемого устройства, чтобы предотвратить повреждение из-за случайного подключения заряженного конденсатора.

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

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

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

Устройство питается от 9В (перезаряжаемой) батареи. У него две кнопки, левая для включения (выключается автоматически через некоторое время) и правую для изменения частоты измерения. Сопротивление показано с точностью до 3 знаков после запятой, а 3 параллельно включенных резистора 0R22 действительно отображали 0,07, по крайней мере на некоторых частотах :-), так что при отсутствии более качественного оборудования аппарат можно было использовать не по назначению еще и как грубую замену миллиомметра. Однако очень низкое ESR огромных конденсаторов определенно не измеряется точно, вероятно, из-за пренебрежения емкостным реактивным сопротивлением или эффекты последовательной индуктивности на более высоких частотах (помните, что 1 микрогенри дает j63 мОм на частоте 10 кГц, и мы используем прямоугольные импульсы с большим количеством гармоник!). Если вы сомневаетесь, вы всегда можете проверить показания двух идентичных колпачков, подключенных параллельно и последовательно, чтобы убедиться, что показания надежны. Наиболее точные результаты были получены на частотах от 2 кГц до 100 кГц, выбранных в соответствии со значением емкости.