на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Повышение точности измерения ЭПС конденсаторов

Измерительная техника
1 месяц назад

Повышение точности измерения ЭПС конденсаторов


При "оживлении" в очередной раз компьютерного блока питания путём простой замены высоковольтных оксидных конденсаторов в полумо-стовом преобразователе напряжения был сделан вывод, что причиной отказа является не потеря ёмкости конденсаторов (она осталась в пределах допуска), а повышено эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС). После замены конденсаторов блок питания нормально функционировал один иди два года, а затем всё повторялось. Такая ситуация может иметь место в двух случаях. Либо оксидные конденсаторы низкого качества, либо они недостаточно хорошо зашунтированы керамическими или плёночными конденсаторами. В результате через них протекает значительный импульсный ток с крутыми фронтами, что и приводит к их быстрой деградации. В любом случае оценивать ЭПС конденсаторов, особенно работающих в импульсных источниках питания, необходимо в режиме быстрого изменения тока длительностью от сотен наносекунд до единиц микросекунд.

Журнал "Радио" уделяет достаточно внимания проблеме оценки (или измерения) ЭПС оксидных конденсаторов. Большинство публикаций по этому вопросу в итоге сводятся к измерению напряжения на конденсаторе при питании его переменным синусоидальным током малой амплитуды. При этом ЭПС вычисляется как отношение минимума напряжения на кривой к величине питающего тока [1]. Однако здесь речь идёт об испытании синусоидальным током, и результат для конкретного образца (1000 мкФ, 63 В) весьма хорош - 0,04 Ом на частоте 100 кГц. Максимальная скорость изменения напряжения на конденсаторе при этом в момент перехода через ноль не превышает 1 В/мкс. Однако в импульсных источниках питания конденсаторы имеют дело с бросками тока при практически неизменном напряжении в момент открывания транзистора, нагруженного на высокочастотный трансформатор. В зависимости от мощности блока питания эти броски могут иметь значение от долей ампера до нескольких ампер с длительностью фронта несколько сотен наносекунд.

Исходя из вышесказанного, представляется более корректно оценивать ЭПС конденсатора методом "наброса" тока, как это предлагается в [2]. Естественно, при этом в ЭПС будет входить не только активная, но и индуктивная составляющая, как бы мала она ни была.

Схема устройства приведена на рис. 1. Она упрощена по сравнению с оригиналом [2] и может быть собрана на макетной плате в течение получаса. Ставилась цель не только упростить схему, но и повысить точность оценки (измерения) ЭПС. Правда, для этого необходим цифровой запоминающий осциллограф. В данном случае был использован Tektronix TDS1012В. Но подойдёт и любой другой с полосой пропускания 60...100 МГц.

Схема устройства

Рис. 1. Схема устройства

 

На элементах DD1.1, DD1.2, R1, R2, С1 собран узел подавления дребезга кнопки SB1 [3]. Элементы DD1.3 и DD1.4 соединены параллельно для увеличения выходного тока. Процедура измерения начинается нажатием на кнопку SB1. Питать устройство следует от стабилизированного источника питания напряжением, не превышающим + 15 В. Это же напряжение является напряжением U1 в формуле для расчёта Ra в [2]. Напряжение U2 получают путём вычитания вертикального перепада напряжения из напряжения U1, а формула для расчёта Ra записывается так:

Ra = (ΔU/U2) · Rp,

где Rp - резистор R6 сопротивлением 1 Ом. При таком номинале Ra численно равно отношению ΔU/U2, что упрощает расчёт. 

Повышение точности оценки (измерения) достигается тем, что на экран осциллографа выводится не вся осциллограмма разрядки конденсатора Сх (рис. 2), а только перепад напряжения U (рис. 3), а следовательно, и определение U2 получается точнее. Для этого вход осциллографа необходимо переключить в режим АС (переменное напряжение), а запуск триггера горизонтальной развёртки - в положение "NORM" (ждущий).

Осциллограмма разрядки конденсатора Сх

Рис. 2. Осциллограмма разрядки конденсатора Сх

 

Осциллограмма перепада напряжения U

Рис. 3. Осциллограмма перепада напряжения U

 

Конденсатор С1 - любой низковольтный плёночный или керамический. Резисторы - МЛТ, С2-33. Резистор R6 был отобран из резисторов с погрешностью ±1 %, хотя это зависит отжелае-мой точности измерения, и в принципе, погрешность ±5 % для инженерных расчётов вполне достаточна. Транзистор IRF1404 был выбран из-за чрезвычайно малого сопротивления открытого канала - не более 4 мОм. Причём открываться он начинает уже при напряжении затвор-исток 4 В. Кнопка - любая малогабаритная с самовозвратом.

Ввиду малости измеряемых сопротивлений рекомендуется соединять испытуемый конденсатор с измерителем с помощью пайки. При этом подпаиваться нужно как можно ближе к корпусу конденсатора, чтобы уменьшить влияние индуктивности выводов, если они проволочные. Проведённый эксперимент с конденсатором CapXon (100 мкФ, 63 В, 105 оС) весьма убедительно подтвердил это пожелание. Когда выводы измерителя припаяны к концам проволочных выводов конденсатора, был получен результат - 0,1 Ом. После подпайки выводов измерителя непосредственно возле корпуса конденсатора получен результат - 0,05 Ом, т. е. вдвое меньше. Это при том, что длина выводов была равна всего лишь 20 мм.

Выводы измерителя, к которым подпаивают испытуемый конденсатор, по той же причине должны быть максимально короткими и иметь сечение не менее 0,5 мм2. После пайки конденсатора необходимо дать ему остыть. Измерения следует повторять до тех пор, пока осциллограмма окончательно не установится. Для того чтобы не потерять в точности оценки ЭПС, следует пользоваться измерениями с помощью курсоров. Эта опция имеется у всех цифровых запоминающих осциллографов.

Литература

1. Степанов Б. ЭПС и не только... - Радио, 2005, № 8, с. 39-42.

2. Нечаев И. Оценка эквивалентного последовательного сопротивления конденсатора. - Радио, 2005, № 12, с. 25, 26.

3. Бирюков С. А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990, 128 с.

Авторы: И. Богатырёв, В. Доценко, г. Харьков, Украина

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения