Tester kondenzátorů měřič ESR

charlie | 13. Prosinec 2013 - 17:25

Každý opravář potvrdí, že jednou z nejčastějších závad spotřební elektroniky jsou vadné elektrolytické kondenzátory. Měřičem ESR je lze snadno a rychle najít bez vypájení.

Co je ESR ?

ESR ekvivalentní sériový odpor je součet všech vnitřních odporů kondenzátoru změřený v ohmech. Hodnota ESR závisí na konstrukci kondenzátoru, kvalitě dielektrika, kmitočtu a teplotě. Lze si jej představit jako sériové spojení ideálního kondenzátoru se sériovým rezistorem Rs o odporu odpovídajícím hodnotě ESR. Pro nás je zajímavé hlavně to, že změna vlastností kondenzátoru způsobená stárnutím a vysycháním se nejdříve projeví na hodnotě ESR. Životnost elektrolytických kondenzátorů se totiž velmi výrazně zkracuje se zvyšující se teplotou. Ta se nezvyšuje jen ohřevem od okolí, ale i ztrátami při průchodu velkého střídavého proudu. ESR se musí měřit střídavým proudem s vyšším kmitočtem, většinou kolem 100kHz. Běžnými přístroji pro měření kapacity kondenzátorů se nedá změřit a málokdy lze ESR měřit přímo v zapojení. Pouhé změření kapacity nemusí dávat dobré výsledky, protože velmi záleží na použité měřicí metodě.

 

Požadavky

Při konstrukci přístroje jsem si stanovil základní požadavky, které by měl přístroj splňovat: Jednoduchá a přehledná indikace naměřeného údaje u některých publikovaných konstrukcí byla použita indikace pouze jednou LED. Pro velký rozsah měřených kapacit a správné posouzení stupně jejich poškození je jednoúrovňová indikace nedostatečná. V této aplikaci není nutná velká přesnost měření, ale spíše jednoduchá přehledná indikace údaje v dosti velkém rozsahu bez přepínání rozsahů. Proto bylo zvoleno řešení se stupnicí LED. Ručkový měřicí přístroj s logaritmickou stupnicí by také vyhověl, ale z důvodů malé mechanické odolnosti je nevhodný. Indikace zkratu aby nedocházelo k omylu při měření, měl by tester dokázat rozlišit malý stejnosměrný odpor (zkrat, vodič) od kondenzátoru. Automatické vypnutí při nečinnosti z vlastní zkušenosti při používání jiných přístrojů, např. multimetrů je tato funkce velmi důležitá.

 

Popis zapojení

Na první pohled by se mohlo zdát, že by přístroj mohl být zkonstruován z běžných analogových součástek. Přesto byl k jeho realizaci použit mikroprocesor. Jedná se o typ Atmel Atiny15, který obsahuje vše potřebné pro realizaci přístroje včetně převodníku AD. Zejména část detekce zkratu a funkce automatického vypnutí by běžnou konstrukci dosti komplikovala. Program v procesoru IO1 nejprve vygeneruje impuls na vývodu 7. Ten je proudově zesílen tranzistorem T1. Přesná velikost proudu (kalibrace) se nastavuje trimrem P1. Velikost impulsu je zapamatována obvodem sample and hold tvořeným diskrétními součástkami T2 a C2. Při vývoji vzorku se ukázalo, že na místě spínače lépe vyhoví běžný bipolární tranzistor v inverzním režimu než MOSFET. Předpokladem jsou vhodné budicí obvody (R3, C1). Napětí na C2 je změřeno AD převodníkem v procesoru, jsou provedeny korekce, filtrace a výsledek je zobrazen na displeji z LED. U malých odporů (<0,5Ω) se ještě testuje, obvod nemá zkrat. Kondenzátor se nabíjí konstantním proudem a sleduje se, zda se napětí na kondenzátoru zvětšuje. Pokud je stále stejné, nejde o kondenzátor a je indikován zkrat. Vzhledem k tomu, že použitý procesor nemá vývodů nazbyt, bylo použito pro řízení LED budiče IO2. Informace o stavu výstupů se z procesoru přenáší sériově. Šířkou impulsu se určí, zda se zapisuje logická 0 nebo 1. Takto připojení LED zabírá pouze jeden vývod procesoru. Výstupy IO2 přímo budí LED s malou spotřebou a jejich proud je omezen rezistorem R8. Poslední částí jsou obvody napájení. Tranzistor T4 slouží jako hlavní spínač napájení. Následuje stabilizátor IO3. Jde o typ s malou vlastní spotřebou a malým úbytkem. Běžný 78L05 má klidovou spotřebu asi 3mA, což je více jak polovina spotřeby celého přístroje. Malý úbytek na stabilizátoru zajišťuje, že přístroj pracuje beze změn až do poklesu napětí baterie na 5,3V. Přístroj se zapíná tlačítkem TL1. Jeho stiskem se přes D3 sepne hlavní spínač T4 a potom si již sám procesor drží zapnuté napájení pomocí T3. Pokud se neměří, přístroj se sám asi po 1 minutě vypne. Součástky D1, D2, R4 slouží jako ochranné. Přesto raději kondenzátor před měřením vybijeme.

 

Stavba

Osazování začneme jednou drátovou propojkou na desce. Potom postupně osazujeme součástky od nejnižší po nejvyšší. Procesor IO2 je osazen v objímce. Zatím neosazujeme LED a TL1. Svítivé diody nasadíme do desky a desku vložíme do vyvrtané krabičky. Po usazení LED do děr v krabičce je zapájíme. Obdobně i tlačítko. Tím zajistíme, že vše bude perfektně pasovat. Připájíme konektor pro baterii 9V a nakonec připojíme dvěma krátkými vodiči vstupní zdířky. Zdířky lze také vynechat a vodiče od měřicích hrotů zapájet přímo do desky. Smyčkou drátu je přichytíme na kraji desky proti vytržení. Montáž dokončíme až po oživení. Měřicí vodiče by měly mít dostatečný průřez a délku nejvýše 1m. Stejnosměrný odpor obou vodičů by měl být menší jak 0,1Ω. Je nutno si uvědomit, že měříme dosti malé odpory. Mimo součásky v seznamu potřebujeme tlačítko, krabičku KP20 a zdířky.

 

Mechanická konstrukce

Přístroj je umístěn v krabičce KP20. Pokud nemáme krabičku již hotovou, je nutné ji nejdříve upravit. Nejprve musíme z vrchního dílu odstranit čtyři nízké nálitky. Jde to dobře štípacími kleštěmi s ostřím kolmo k rukojeti. Přes štítek si jehlou označíme na čelním panelu středy děr a vyvrtáme je – 9x ø 3mm pro LED a 1x ø 3,3 mm pro tlačítko. V horním boku vyvrtáme díry pro dvě zdířky (2x 8mm). Pokud nepoužijeme zdířky, bude zde pouze jeden otvor s průměrem gumové průchodky, kterou použijeme pro průchod měřicích vodičů. Ve spodním dílu krabičky je nutno snížit spojovací sloupky o tloušťku desky s plošnými spoji, tj. asi o 1,5 mm. Nakonec přilepíme čelní štítek.

 

Oživení

Zapojení je velmi jednoduché a při pečlivé práci bude fungovat okamžitě. Přesto před prvním zapnutím vyjmeme procesor. Zdroj nastavíme na omezení asi 50mA a postupně zvětšujeme napětí až asi na 7V. Při zvětšování napětí stiskneme TL1. Odebíraný proud bude závislý na tom, kolik bude svítit LED (nemusí svítit také žádná). Pokud je vše v pořádku i při napětí zdroje 7V, změříme napětí na objímce procesoru mezi vývody 4 a 8. Zde by mělo být 4,9 až 5,25V. Potom osadíme procesor. Po zapnutí tlačítkem se otestují diody. Nyní zkalibrujeme přístroj. Vstupní svorky jsou přitom volné. Trimrem P1 najdeme rozhraní, kdy nejvyšší LED přechází z trvalého svitu do blikání. Trimr ještě o něco pootočíme tak, aby LED spolehlivě blikala. To signalizuje, že je přístroj zapnut a vstupní svorky jsou buď volné, nebo je měřená hodnota mimo rozsah. Tím je nastavení skončeno a můžeme vyzkoušet měření.

 

Měření v praxi

Přístrojem můžeme měřit přímo v zapojení. Polaritu není nutno dodržovat. Vzhledem k malému měřicímu napětí se polovodičové přechody ještě neotevřou, a proto diody a tranzistory měření neovlivňují. Je jen málo případů, kdy kondenzátor nelze změřit přímo v zapojení. Při měření je nutné dbát na dobrý kontakt měřících vodičů s vývody kondenzátoru, protože měříme malé odpory. Zejména to platí při použití některých levných niklovaných hrotů. Tabulka hodnot na panelu přístroje platí pro běžné elektrolytické kondenzátory při pokojové teplotě! Mohou se zde samozřejmě vyskytovat odchylky. V případě, že si nejsme jisti, změříme si dobrý kondenzátor stejného typu, napětí a kapacity pro porovnání. Postupem času získáme již odhad, kdy není něco v pořádku. Obecně lze říci, že u běžného kondenzátoru s kapacitou větší jak asi 5µF by měl být ESR vždy pod 10Ω. Lze testovat i kondezátory keramické, fóliové a bipolární s kapacitou větší jak asi 0,1µF. Přístroj samozřejmě měří v pracovním rozsahu informativně i odpory.

 

Kde hlavně hledat podezřelé kondenzátory?

-Zejména v obvodech, kde kondenzátorem prochází velký impulsní proud. Pokud je kondenzátor v blízkosti chladiče nebo výkonového rezistoru, je pravděpodobnost závady mnohonásobně větší.

-Primární obvody spínaných zdrojů. Obzvlášť záludné jsou některé zdroje levnějších TV, u nichž se postupně, jak kondenzátory odcházejí, zvětšuje výstupní napětí zdroje.

-Filtrační kondenzátory na sekundární straně.

-Vertikální rozklad v TV a monitorech.

-Zdrojová část ve videokamerách.

-V obvodech bezkomutátorových motorů v kamerách a videomagnetofonech.

 

Co nelze správně změřit?

-Ke kondenzátoru je připojen paralelně rezistor s malým odporem (menším jak asi 10Ω, vadné polovodiče) nebo indukčnost (menší jak asi 50µH). Zde je nutné obvod rozpojit.

-Pokud je paralelně spojeno více kondenzátorů, nelze určit, který z nich je vadný. Opět je nutné rozpojit obvod a měřit je samostatně. Pokud při zapnutí svítí trvale některá z horních LED i při volných vstupních svorkách, znamená to, že baterie je vybitá a je nutno ji vyměnit. Upozornění před měřením je nutné se přesvědčit, že je měřený kondenzátor vybit. Tester má sice na vstupech ochranu proti přetížení, ale ta nevydrží vše.

Schémata

Součástky

Rezistory

r10100kΩ

r1122kΩ

p1500Ω

r110Ω

r2180Ω

r8180Ω

r310kΩ

r510kΩ

r610kΩ

r1210kΩ

r1310kΩ

r41kΩ

r722kΩ

r922kΩ

Kondenzátory

c1220pF, keramický

c2100nF, svitkový

c31nF, keramický

c41nF, keramický

c547µF/6V

c610µF/25V

Polovodiče

led6zelená (2mA)

led3zelená (2mA)

led7zelená (2mA)

led1zelená (2mA)

led2zelená (2mA)

led8zelená (2mA)

led5zelená (2mA)

led4zelená (2mA)

led9červená (2mA)

io24094

io3HT7150

d11N5408

t1BC546

d21N5408

d31N4148

t2BC546

t3BC546

d41N4148

io1ATiny15 (prog.)

t4BC556

Závěr

Dnes si již nedokážu představit práci opraváře bez tohoto přístroje. Investice do stavby přístroje se nám vrátí již po několika málo opravách výraznou úsporou času. Stavebnici je možno si objednat na adrese: Miloš Zajíc, Hálkova 739, 28911 Pečky, tel. 321 785 510. Cena za "eco" verzi (jen součástky a deska bez krabičky a štítku) stavebnice je 350 Kč a kompletní stavebnice s upravenou krabičkou a vyděrovaným štítkem je za 500 Kč. Po dohodě je možné dodat též kompletní hotový oživený přístroj.

Původní autor: PE_ročník_2003_číslo2_strana_20

Komentáře

Poslední článek z kategorie Software

WESTINGHOUSE

Špičkové baterie v našem sortimentu

Poslední článek z kategorie Součástky

Měření baterií Westinghouse CR2032

Chtěli jsme si ověřit kvalitu baterií Westinghouse z našeho sortimentu.

Poslední článek z kategorie Technologie

Poslední článek z kategorie Zařízení

Baterie a adaptéry

Nová kamerka pro Raspberry Pi

Standartní kamerka s rozlišením 5mpx je z nedostatků...

Měření baterií Westinghouse CR2032

Chtěli jsme si ověřit kvalitu baterií Westinghouse z...

Na-ion sodíkové akumulátory

Vysoké ceny Lithia jsou důvodem nepříznivého poměru cena...

WESTINGHOUSE

Špičkové baterie v našem sortimentu

Naposledy komentované články

Obousměrné řízení stejnosměrného motorku
„otazka znie: preco je v supiske tento tranzistor, ale v scheme je IRFZ44 :-D“
Zesilovač Ultimate Amplifier s aktivním nastavením klidového proudu
„Dobrý den, potřebuji odborně poradit, ideálně potřebuji kontakt přímo na konstruktéra...“
Ochrany LED výkonových diod
„Prosím, než něco napíšete, nastudujte si katalogový list součástek o kterých píšete....“
Detektor limitace
„Já si to spíš vysvětluju tak, že to hlídá dodržení té virtuální nuly mezi...“
Ochrany LED výkonových diod
„Kdyby alespoň se to po rozkliknutí dalo koupit. Když jsem na tento článek poprvé narazil,...“