Simpelt ESR Meter Circuit

Prøv Vores Instrument Til At Fjerne Problemer





Indlægget diskuterer et simpelt ESR-målerkredsløb, der kan bruges til at identificere dårlige kondensatorer i et elektronisk kredsløb uden at fjerne dem praktisk taget fra printkortet. Idéen blev anmodet om af Manual Sofian

Tekniske specifikationer

Har du en skematisk beskrivelse af ESR-meter. Teknikere anbefaler mig at kontrollere elektrolysen først hver gang jeg kommer med et dødt kredsløb, men jeg ved ikke, hvordan man måler det.



På forhånd tak for dit svar.

Hvad er ESR

ESR, der står for Equivalent Series Resistance, er en ubetydelig lille modstandsværdi, der normalt bliver en del af alle kondensatorer og induktorer og vises i serie med deres faktiske enhedsværdier, men i elektrolytkondensatorer, især på grund af aldring, kan ESR-værdien fortsætte med at stige til unormale niveauer, der påvirker den samlede kvalitet og respons af det involverede kredsløb negativt.



Den udviklende ESR i en bestemt kondensator kan gradvist øges fra så lave som et par milliohm til så høje som 10 ohm, hvilket påvirker kredsløbsresponsen alvorligt.

Imidlertid betyder den ovenfor forklarede ESR ikke nødvendigvis, at kondensatorens kapacitans også vil blive påvirket, faktisk kan kapacitansværdien forblive intakt og god, men alligevel har kondensatorens ydeevne forværret.

Det skyldes dette scenarie, at en normal kapacitansmåler ikke helt opdager en dårlig kondensator, der er påvirket med høj ESR-værdi, og en tekniker finder kondensatorerne i orden med hensyn til dens kapacitansværdi, hvilket igen gør fejlfinding ekstremt vanskelig.

Hvor normale kapacitansmålere og Ohm-målere bliver totalt ineffektive til måling eller detektion af unormal ESR i defekte kondensatorer, bliver et ESR-meter ekstremt praktisk til at identificere sådanne vildledende enheder.

Forskel mellem ESR og kapacitans

Grundlæggende set indikerer en kondensator ESR-værdi (i ohm), hvor god kondensatoren er ..

Jo lavere værdi, jo højere er kondensatorens arbejdsydelse.

En ESR-test giver os en hurtig advarsel om kondensatorfejl og er meget mere nyttigt sammenlignet med en kapacitansprøve.

Faktisk kan adskillige defekte elektrolytiske stoffer udvise OKAY, når de undersøges ved hjælp af en standard kapacitansmåler.

På det seneste har vi talt med mange individer, der ikke støtter betydningen af ​​ESR og i præcis hvilken opfattelse det er unikt fra kapacitans.

Derfor synes jeg det er værd at levere et klip fra en teknologisk nyhed om et anset magasin, der er skrevet af Doug Jones, præsidenten for Independence Electronics Inc. Han behandler ESR's bekymring effektivt. 'ESR er kondensatorens aktive naturlige modstand mod et AC-signal.

Højere ESR kan føre til tidskonstant komplikationer, kondensatoropvarmning, stigning i kredsløbets belastning, systemfejl osv.

Hvilke problemer kan ESR forårsage?

En switch-mode strømforsyning med høje ESR-kondensatorer starter muligvis ikke optimalt eller starter slet ikke.

En tv-skærm kunne blive skævet ind fra siderne / top / bund på grund af en høj ESR-kondensator. Det kan også føre til for tidlige diode- og transistorfejl.

Alle disse og mange flere problemer induceres normalt af kondensatorer med korrekt kapacitans, men stor ESR, der ikke kan detekteres som en statisk figur, og kan derfor ikke måles gennem en standard kapacitansmåler eller et DC ohmmeter.

ESR vises kun, når en vekselstrøm er forbundet til en kondensator, eller når en kondensators dielektriske opladning konstant skifter mellem stater.

Dette kan ses som kondensatorens samlede in-fase AC-modstand kombineret med DC-modstanden på kondensatorledningerne, DC-modstanden i sammenkoblingen med kondensatorens dielektrikum, kondensatorens plademodstand og det dielektriske materiales in-fase AC modstand i en bestemt frekvens og temperatur.

Alle de elementer, der forårsager dannelsen af ​​ESR, kan betragtes som en modstand i serie med en kondensator. Denne modstand eksisterer ikke rigtig som en fysisk enhed, hvorfor en øjeblikkelig måling over 'ESR-modstanden' bare ikke er mulig. Hvis der på den anden side er en tilgang, der hjælper med at korrigere resultaterne af kapacitiv reaktans, er tilgængelig og overvejer, at alle modstande er i fase, kunne ESR bestemmes og testes under anvendelse af den grundlæggende elektronikformel E = I x R!

OPDATERING af et enklere alternativ

Det op-amp-baserede kredsløb, der er angivet nedenfor, ser uden tvivl kompliceret ud, og efter nogle tanker kunne jeg komme op med denne enkle idé til hurtigt at vurdere ESR for enhver kondensator.

Men for dette bliver du nødt til først Beregn hvor meget modstand den særlige kondensator har ideelt ved hjælp af følgende formel:

Xc = 1 / [2 (pi) fC]

  • hvor Xc = reaktans (modstand i ohm),
  • pi = 22/7
  • f = frekvens (tag 100 Hz til denne applikation)
  • C = kondensatorværdi i Farads

Xc-værdien giver dig den tilsvarende modstand (idealværdi) af kondensatoren.

Find derefter strømmen gennem Ohms lov:

I = V / R, her vil V være 12 x 1,41 = 16,92V, R erstattes med Xc som opnået ud fra ovenstående formel.

Når du har fundet kondensatorens ideelle strømværdi, kan du derefter bruge følgende praktiske kredsløb til at sammenligne resultatet med den ovennævnte beregnede værdi.

Til dette har du brug for følgende materialer:

  • 0-12V / 220V transformer
  • 4 dioder 1N4007
  • 0-1 amp FSD bevægelig spolemåler eller et hvilket som helst standard amperemeter

Ovenstående kredsløb giver en direkte aflæsning af, hvor meget strøm kondensatoren er i stand til at levere gennem det.

Noter strømmen målt fra ovenstående opsætning og den strøm, der opnås fra formlen.

Til sidst skal du bruge Ohms lov igen for at evaluere modstandene fra de to aktuelle (I) målinger.

R = V / I hvor spænding V vil være 12 x 1,41 = 16,92, 'I' vil være som aflæsningerne.

Opnåelse af ideel værdi af en kondensator hurtigt

I ovenstående eksempel, hvis du ikke ønsker at gennemgå beregningerne, kan du bruge følgende benchmarkværdi til at få den ideelle reaktans af en kondensator til sammenligningen.

I henhold til formlen er den ideelle reaktans af en 1 uF kondensator omkring 1600 Ohm ved 100 Hz. Vi kan tage denne værdi som målestok og evaluere værdien af ​​en hvilken som helst ønsket kondensator gennem en simpel invers krydsmultiplikation som vist nedenfor.

Antag, at vi ønsker at få den ideelle værdi af en 10uF kondensator, det ville ganske enkelt være:

1/10 = x / 1600

x = 1600/10 = 160 ohm

Nu kan vi sammenligne dette resultat med resultatet opnået ved at løse ammeterstrømmen i Ohms lov. Forskellen vil fortælle os om kondensatorens effektive ESR.

BEMÆRK: Spændingen og frekvensen i formlen og den praktiske metode skal være identiske.

Brug af en op-forstærker til at lave et simpelt ESR-meter

Et ESR-meter kan bruges til at bestemme helbredet for en tvivlsom kondensator under fejlfinding af et gammelt elektronisk kredsløb eller en enhed.

Desuden er den gode ting ved disse måleinstrumenter, at den kan bruges til at måle ESR for en kondensator uden behov for at fjerne eller isolere kondensatoren fra printkortet, hvilket gør det ret nemt for brugeren.

Følgende figur viser et simpelt ESR-målerkredsløb, der kan bygges og bruges til de foreslåede målinger.

Kredsløbsdiagram

ESR meter kredsløb

Hvordan det virker

Kredsløbet kan forstås på følgende måde:

TR1 sammen med den vedhæftede NPN-transistor danner en simpel tilbagekoblingsudløst blokerende oscillator, der oscillerer ved en meget høj frekvens.

Svingningerne inducerer en proportional spændingsstørrelse på tværs af transformatorens 5 omdrejninger, og denne inducerede højfrekvente spænding påføres over den pågældende kondensator.

En opamp kan også ses fastgjort med ovenstående lavspændings højfrekvensfremføring og er konfigureret som en strømforstærker.

Uden ESR eller i tilfælde af en ny god kondensator er måleren indstillet til at indikere en afbøjning i fuld skala, der indikerer et minimum ESR over kondensatoren, som proportionalt kommer ned mod nul for forskellige kondensatorer, der har forskellige mængder ESR-niveauer.

Lavere ESR får relativt højere strøm til at udvikle sig på tværs af den inverterende sensingang på opampen, som tilsvarende vises i måleren med en højere grad af afbøjning og omvendt.

Den øverste BC547-transistor introduceres som et fælles kollektorspændingsreguleringstrin for at betjene oscillatortrinet med en lavere 1,5 V, så den anden elektroniske enhed i kredsløbskortet omkring kondensatoren, der testes, holdes under nulspænding fra testfrekvensen fra ESR-måleren.

Kalibreringsprocessen for måleren er let. Ved at holde testledningerne kortsluttet justeres 100k-forudindstillingen nær uA-måleren, indtil en fuldskaladeflektion opnås på målerhjulet.

Efter dette kunne forskellige kondensatorer med høje ESR-værdier verificeres i måleren med tilsvarende lavere afbøjningsgrader som forklaret i det foregående afsnit af denne artikel.

Transformeren er bygget over enhver ferritring ved hjælp af en hvilken som helst tynd magnetråd med det viste antal omdrejninger.

Endnu en simpel ESR-tester med en LED

Kredsløbet giver en negativ modstand mod at afslutte kondensatorens ESR, som er under test, hvilket skaber en kontinuerlig serieresonans gennem en fast induktor. Figuren nedenfor viser kredsløbsdiagrammet for esr-måleren. Den negative modstand genereres af IC 1b: Cx indikerer kondensatoren, der testes, og L1 er placeret som den faste induktor.

Grundlæggende arbejde

Pot VR1 letter den negative modstand, der kan justeres. For at teste skal du bare fortsætte med at dreje VR1, indtil svingningen bare stopper. Når dette er gjort, kunne ESR-værdien kontrolleres fra en skala fastgjort bag VR1-drejeknappen.

Kredsløbsbeskrivelse

I mangel af en negativ modstand fungerer L1 og Cx som et serieresonanskredsløb, der undertrykkes af L1's modstand og Cx's ESR. Dette ESR-kredsløb begynder at svinge, så snart det får strøm via en spændingsudløser. IC1 a fungerer som en oscillator til at generere et kvadratbølgesignaloutput med en eller anden lav frekvens i Hz. Denne særlige udgang er differentieret for at skabe spændingsspidser (impulser), der udløser det tilsluttede resonanskredsløb.

Så snart kondensatorens ESR sammen med modstanden af ​​R1 har tendens til at blive afsluttet med den negative modstand, bliver ringesvingningen til en konstant svingning. Derefter tændes LED D1. Så snart svingningen standses på grund af faldet i den negative modstand, får LED'en til at slukke.

Registrering af en kortsluttet kondensator

Hvis en kortsluttet kondensator detekteres ved Cx, lyser LED'en med en øget lysstyrke. I den periode, hvor resonanskredsen svinger, tændes LED'en udelukkende gennem de positive kantede halvcykler af bølgeformen: hvilket får den til kun at lyse med 50% af dens samlede lysstyrke. IC 1 d leverer en halvforsyningsspænding, der bruges som reference for IC1b.

S1 kan bruges til at justere forstærkningen af ​​ICIb, hvilket igen ændrer den negative modstand for at muliggøre brede ESR-måleområder over 0-1, 0-10 og 0-100 Ω.

Liste over dele

L1 Konstruktion

Spolen L1 er lavet ved at vikle sig direkte rundt om de indvendige 4 søjler i kabinettet, der kan bruges til at skrue PCB-hjørnerne.

Antallet af drejninger kan være 42 ved hjælp af 30 SWG superemaljeret kobbertråd. Opret L1, indtil du har en 3,2 Ohm modstand på tværs af viklingsenderne eller omkring 90uH induktansværdi.

Ledningstykkelsen er ikke afgørende, men modstands- og induktansværdierne skal være som angivet ovenfor.

Test resultater

Med viklingsdetaljerne som beskrevet ovenfor skal en 1000uF kondensator testet i Cx-slots generere en frekvens på 70 Hz. En 1 pF kondensator kan forårsage en stigning i denne frekvens til omkring 10 kHz.

Mens jeg undersøgte kredsløbet, tilsluttede jeg et krystalørestykke gennem en 100 nF kondensator ved R19 for at teste frekvensniveauerne. Klikken på en firkantbølgefrekvens var pænt hørbar, mens VR1 blev justeret langt væk fra det sted, der fik svingningerne til at ophøre. Da VR1 blev justeret mod sit kritiske punkt, kunne jeg begynde at høre den rene lyd af en lavspændings sinusbølgefrekvens.

Sådan kalibreres

Tag en højkvalitets 1.000 µF kondensator med en spænding på mindst 25 V, og indsæt den i Cx-punkterne. Varier gradvist VR1, indtil du finder, at LED'en er helt slukket. Marker dette specifikke punkt bag gryderets skalahjul som 0,1 Ω.

Dernæst skal du vedhæfte en kendt modstand i serie med den eksisterende Cx under test, som får LED til at lyse, og juster nu igen VR1, indtil LED'en lige er slukket.

Marker nu VR1-skalaen med den nye samlede modstandsværdi. Det kan være meget foretrukket at arbejde med intervaller på 0,1 Ω i området 1 Ω og passende større intervaller i de to andre områder.

Fortolkning af resultaterne

Grafen nedenfor viser standard ESR-værdier i henhold til producentens optegnelser og under hensyntagen til det faktum, at ESR beregnet til 10 kHz generelt er 1/3 af det, der blev testet ved 1 kHz. ESR-værdierne med 10V standardkondensatorer kan findes at være 4 gange højere end dem med lav-ESR 63V-typer.

Derfor, når en kondensator med lav ESR-type nedbrydes til et niveau, hvor dens ESR er meget lig den for en typisk elektrolytisk kondensator, vil dens interne opvarmningsforhold øges 4 gange højere!

I tilfælde af at du ser, at den testede ESR-værdi er større end 2 gange værdien vist i den følgende figur, kan du antage, at kondensatoren ikke mere i den bedste tilstand.

ESR-værdier for kondensatorer, der har en anden spænding end dem, der er angivet nedenfor, vil være mellem de gældende linjer på grafen.

ESR Meter ved hjælp af IC 555

Ikke så typisk, men alligevel er dette enkle ESR-kredsløb ekstremt nøjagtigt og let at bygge. Den anvender meget almindelige komponenter såsom en IC 555, en 5V DC-kilde, et par andre passive dele.

Kredsløbet er bygget ved hjælp af en CMOS IC 555, indstillet med en driftsfaktor på 50:50.
Arbejdscyklussen kunne ændres gennem modstanden R2 og r.
Selv en lille ændring i værdien af ​​r, der svarer til ESR for den pågældende kondensator, forårsager en signifikant variation i udgangsfrekvensen for IC.

Udgangsfrekvensen løses med formlen:

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

I denne formel repræsenterer C kapacitansen, R er dannet af (R1 + R2 + r), r betegner ESR for kondensator C, mens k er positioneret som faktoren lig med:

k = (R2 + r) / R.

For at sikre, at kredsløbet fungerer korrekt, må faktor k-værdien ikke være over 0,333.

Hvis den øges over denne værdi, bliver IC 555 ukontrolleret oscillerende tilstand ved en ekstremt høj frekvens, som udelukkende vil blive styret af udbredelsesforsinkelsen af ​​chippen.

Du finder en eksponentiel sætning i udgangsfrekvensen af ​​IC med 10X som svar på en stigning i faktoren k fra 0 til 0,31.

Da den øges yderligere fra 0,31 til 0,33, får outputfrquecny til at stige med endnu 10X.

Forudsat at R1 = 4k7, R2 = 2k2, en minimal ESR = 0 for C, skal k-faktoren ebe omkring 0,3188.

Antag nu, at vi har ESR-værdien på omkring 100 ohm, hvilket ville få k-værdien til at stige med 3% ved 0.3286. Dette tvinger nu IC 555 til at svinge med en frekvens, der er 3 gange større sammenlignet med den oprindelige frekvens ved r = ESR = 0.

Dette viser, at når r (ESR) øges, forårsager en eksponentiel stigning i frekvensen af ​​IC-output.

Sådan testes

Først skal du kalibrere kredsløbsresponsen ved hjælp af en kondensator af høj kvalitet med ubetydelig ESR og med en kapacitetsværdi, der er identisk med den, der skal testes.

Du skal også have en håndfuld forskellige modstande med nøjagtige værdier fra 1 til 150 ohm.

Plot nu en graf af udgangsfrekvens vs. r for kalibreringsværdierne

Forbind derefter kondensatoren, der skal testes for ESR, og start med at analysere dens ESR-værdi ved at sammenligne den tilsvarende IC 555-frekvens og den tilsvarende værdi i den afbildede graf.

For at sikre en optimal opløsning for lavere ESR-værdier, for eksempel under 10 ohm, og også for at slippe af med frekvensforskelle, anbefales det at tilføje en modstand mellem 10 ohm og 100 ohm i serie med kondensatoren, der testes.

Når r-værdien er opnået fra grafen, skal du bare trække den faste modstandsværdi fra dette r for at få ESR-værdien.




Forrige: 3-fase børsteløs (BLDC) motordriverkreds Næste: Pedal Speed ​​Controller Circuit til elektriske køretøjer