Idea ESR mittariin

[T Kalliokoski]

Moni halpa ESR mittari toimii niin että ajaa 10-100 kHz vaihtovirtaa
elkon läpi ja mittaa synkronisella tasasuuntauksella elkon yli
jäävän jännitteen. Tässähän oikeastaan mitataan Uc+Ur eli sekä
kapasitanssin että ESR:n aiheuttama jännitehäviö ja luotetaan
siihen että taajuus on niin suuri että Uc on pieni verrattuna
Ur:ään.

Mietin että jos konkan lataisi tunnettuun jännitteeseen, esim
5 V, ja sitten kytkisi pieni-impedanssisella kytkin-FET:llä
vaikkapa 1 ohmin vastuksen konkan rinnalle ja mittaisi samantien
jännitteen konkan yli. Tällöinhän ESR:n takia jännite putoaa
heti kuorman ja ESR:n suhteessa, ja alkaa sitten hiljalleen
pudota konkan varauksen tyhjentyessä.

Kytkintransistorin nopeus lienee sen verran suuri että kuorman
kytkemisen jälkeen ei paljoakaan tarvitse odotella ennen mittausta.
Ja tietty liian kauaa ei saakaan odotella että jännite ei ala
laskea konkan tyhjenemisen takia.

Alustavasti nikkaroin kytkennän, jossa kanttiaaltogeniksellä
ohjataan fettiä, ja kyllä skoopissa näkyy päälle kytkeytyessä
ihan selkeä suora pudotus ennen tuttua eksponenttikäyrää.

Samalla kytkennällä voisi saada kapasitanssinkin mitattua
ainakin jonkinlaisella tarkkuudella, kun prossun outputilla
sarjavastuksen kanssa vuoroin lataisi ja purkaisi konkkaa,
mitaten jännitettä A/D tulolla. Esim 555 tyyliin lataus
päälle kun jännite on 1/3 Vcc, ja purku 2/3 Vcc ja siitä
jaksoajan mittaus.


Mielipiteitä?

--
Tuukka

[Kim Fallström]

Post by T Kalliokoski
Moni halpa ESR mittari toimii niin että ajaa 10-100 kHz vaihtovirtaa
elkon läpi ja mittaa synkronisella tasasuuntauksella elkon yli
jäävän jännitteen. Tässähän oikeastaan mitataan Uc+Ur eli sekä
kapasitanssin että ESR:n aiheuttama jännitehäviö ja luotetaan
siihen että taajuus on niin suuri että Uc on pieni verrattuna
Ur:ään.

Jos taajuus on esimerkiksi 10 kHz ja konkan kapasitanssi 10 uF
niin konkan impedanssi on 1.6 ohmia. Eli juu, kyllä kapasitanssi
näkyy mittauksissa, mutta DC - jännitteen suodatuksessa käytetyillä
konkkien arvoilla vaikutus ei ole kovin suuri. Yleisin ESR - mittarin
käyttö liittyy vianetsintään huonojen powereiden suodatuskonkkien
löytämisessä.

Post by T Kalliokoski
Mietin että jos konkan lataisi tunnettuun jännitteeseen, esim
5 V, ja sitten kytkisi pieni-impedanssisella kytkin-FET:llä
vaikkapa 1 ohmin vastuksen konkan rinnalle ja mittaisi samantien
jännitteen konkan yli. [...]
Mielipiteitä?

Mittaat suurisignaali-ESR:ää. Sulla jännitteen muutokset ovat
merkittävä osa konkan kokonaisjännitteestä, joten mahdolliset
epälineaarisuudet tulevat myös näkyviin. Dataa siis saat mutta
se ei ole suoraan vertailukelpoista piensignaali esr - mittausten
kanssa. Sinun mittauksesi tapahtuu aika-avaruudessa, tavanomainen
esr-mittaus on taas taajuusavaruudessa. Mittaus vain yhden tietyn
ajanhetken kohdalla on altis virhelähteille.

Elektrolyytikonkan sijaiskytkentä on aika monimutkainen, jos
sitä ryhtyy tarkasti tutkimaan. Tässä on yksi aiheeseen liittyvä
osuma netistä:

"Improved Spice Models of Aluminum Electrolytic Capacitorsfor Inverter Applications"
http://www.newark.com/pdfs/techarticles/cornell/impedance.pdf

Kim

[T Kalliokoski]

Post by Kim Fallström
Jos taajuus on esimerkiksi 10 kHz ja konkan kapasitanssi 10 uF
niin konkan impedanssi on 1.6 ohmia. Eli juu, kyllä kapasitanssi
näkyy mittauksissa, mutta DC - jännitteen suodatuksessa käytetyillä
konkkien arvoilla vaikutus ei ole kovin suuri. Yleisin ESR - mittarin
käyttö liittyy vianetsintään huonojen powereiden suodatuskonkkien
löytämisessä.

Kiitos vastauksesta!

Itse asiassa, ESR mittaria tulee hyvin harvoin käytettyä powerin
suotokonkkien mittauksessa. Laitteen vikatilanteessa ensimmäinen
asia on tarkistaa käyttöjännite, ja huonon suotokonkan aiheuttama
rippeli näkyy jo kun katsoo jännitteitä yleismittarin ACV alueella.

Missä useimmin tarvitaan ESR mittausta, on esimerkiksi audiotiellä
olevat pienet (1.0 - 4.7 uF) elkot, ja uudemmissa laitteissa hakkuri-
powerin käynnistykseen liittyvät suunnilleen samankokoiset.
Kapasitanssimittaus voi antaa ihan hyvän tuloksen mutta ESR voi
olla noussut kymmeniin jopa satoihin ohmeihin. (Usein myös
vuotovirta kasvaa mutta sitä ei näytä välttämättä sen kummemmin
ESR- kuin kapasitanssimittauskaan.) Lähtöjännitteen suotokonkat
ovat yleensä hyvä kandidaatti vaihtoon jo pelkän iän perusteella.

Post by Kim Fallström
kanssa. Sinun mittauksesi tapahtuu aika-avaruudessa, tavanomainen
esr-mittaus on taas taajuusavaruudessa. Mittaus vain yhden tietyn
ajanhetken kohdalla on altis virhelähteille.

Totta kyllä. Mutta mittaus yhdellä pistetaajuudella taajuusavaruudessa
kärsii samasta asiasta, varsinkin jos mittaustaajuus on luokkaa
10 kHz - 100 kHz. Monella elkolla on ihan datalehden mukainen
resonanssitaajuus tuolla alueella ja sen yläpuolella kondensaattori
näyttää induktanssilta. Mittaus pitäisi tehdä useammalla piste-
taajuudella. Uskoisin että tuo 0 Hz kohdalla tehtävä jännitteen
pudotuksen mittaus olisi kuitenkin aika tarkka indikaatio ESR:stä
pientaajuussovelluksissa. Se, miksi se itseäni kiinnostaa on
mittauspiirin yksinkertaisuus. Tarkka ESR arvo ei sinänsä ole
useinkaan niin tärkeä, riittää että sen voi varmuudella todeta
olevan kunnossa tai liian suuri.

Post by Kim Fallström
Elektrolyytikonkan sijaiskytkentä on aika monimutkainen, jos
sitä ryhtyy tarkasti tutkimaan. Tässä on yksi aiheeseen liittyvä
http://www.newark.com/pdfs/techarticles/cornell/impedance.pdf

Electronics World lehdessä olikin jokunen vuosi sitten todella
monimutkainen rakennusohje ESR mittaukseen tan(fii) eli konkan
jännitteen ja virran vaihekulman avulla, joka luultavasti otti
huomioon suurimman osan sijaiskytkennän paremetreistä. mutta
kytkentäkaaviokin vei sitten muutaman sivun lehdestä.

[Timo Neuvonen]

Post by T Kalliokoski
Itse asiassa, ESR mittaria tulee hyvin harvoin käytettyä powerin
suotokonkkien mittauksessa. Laitteen vikatilanteessa ensimmäinen
asia on tarkistaa käyttöjännite, ja huonon suotokonkan aiheuttama
rippeli näkyy jo kun katsoo jännitteitä yleismittarin ACV alueella.

Se, mihin mittaria käyttää, on varmaan aika käyttäjäkohtaista.
Yksinkertaisessa lineaaripowerissa konkkien kunto tosiaan näkyy
yleismittarilla ac-alueella, tai skoopilla. Takaisinkytkentöjä sisältävässä
hakkuripowerissa (tai muussa kytkennässä) tilanne voi olla vaikeampi, kun
koko poweri lakkaa herkemmin kokonaan toimimasta eikä enää ole selvää minkä
konkan syytä se on.

Saadusta tuloksesta voi tietysti päätellä paljon riippumatta mittaako aika-
vai taajuustasossa, vaikka eri mittausmenetelmät antaisivatkin hiukan
erilaisia tuloksia. Käytetyn mittaussignaalin amplitudilla on kuitenkin
sikäli iso merkitys, että kyllin pienellä signaalilla voi usein
suuntaa-antavalla tarkkuudella mitata virrattomassa kytkennässä kiinni
olevia konkkia, mikä nopeuttaa vianetsintää vaikka mittaus hiukan
häiriintyisikin ympärillä olevista muista komponenteista. Pienellä
amplitudilla mittaus lienee huomattavasti helpompi toteuttaa taajuustasossa.

Post by T Kalliokoski

Post by Kim Fallström
kanssa. Sinun mittauksesi tapahtuu aika-avaruudessa, tavanomainen
esr-mittaus on taas taajuusavaruudessa. Mittaus vain yhden tietyn
ajanhetken kohdalla on altis virhelähteille.

Totta kyllä. Mutta mittaus yhdellä pistetaajuudella taajuusavaruudessa
kärsii samasta asiasta, varsinkin jos mittaustaajuus on luokkaa
10 kHz - 100 kHz. Monella elkolla on ihan datalehden mukainen
resonanssitaajuus tuolla alueella ja sen yläpuolella kondensaattori
näyttää induktanssilta. Mittaus pitäisi tehdä useammalla piste-
taajuudella. Uskoisin että tuo 0 Hz kohdalla tehtävä jännitteen
pudotuksen mittaus olisi kuitenkin aika tarkka indikaatio ESR:stä
pientaajuussovelluksissa. Se, miksi se itseäni kiinnostaa on

Juu, tärkeää että mittaustaajuus on kyseiselle konkalle sopiva.
Audiolaitteen tai varsinkin verkkotaajuudesta tasasuuntaavan lineaaripowerin
konkkien mittauksessa 100 kHz ei tosiaan enää ole hyvä ratkaisu. Sen sijaan
hakkurikytkennöissä käytetyt konkat on yleensä speksattu myös isommilla
taajuuksilla, ja mittaus lähempänä kytkennän tarkoitettua toimintataajuutta
on perusteltua.

Mainitsemasi "0 Hz kohdalla" on minusta sikäli ajatusvirhe, että esittämäsi
askelvasteen kaltainen mittaus nähdäkseni edustaa hyvin isoa taajuutta. Jos
mittaat vaikka mainitsemaasi 1 uF konkkaa siten että mittauspiirissäsi on
esittämäsi 1 ohm vastus, on noitten aikavakio 1 us, ja erottaaksesi sen
askelmuutoksen heti vastuksen kytkentään liitettyäsi, mittaus tulisi tehdä
esim. luokkaa kymmenesosan kohdalla aikavakiosta. Tämä on jo hyvin iso
taajuus ajatellen audiokytkennässä olevan konkan normaalia käyttötilannetta,
ja mainitsemasi konkan vastinpiirin sarjainduktanssi yms pilannee tuolloin
mittauksen. Tosin, noin pienille konkille se vastus voinee olla selvästi
suurempi, koska niitten esr ei ole milliohmiluokkaa. Mutta jos tavoittelisi
mitata vaikka 1 kHz taajuutta vastaavaa tilannetta, mittaus pitäisi tehdä
vasta millisekuntiluokkaa olevan ajan kuluessa kuormavastuksen kytkennästä,
jotta vastinpiirin hitaudet ehtivät tasapainotilaansa. Jotta konkan
purkausaikavakio ei ole tähän verrattuna merkittävä, se kuormavastus menisi
epäkäytännöllisen suureksi. Vai ajattelinkohan nyt jotain hassusti?

--
TiN

[T Kalliokoski]

Post by Timo Neuvonen
Mainitsemasi "0 Hz kohdalla" on minusta sikäli ajatusvirhe, että
esittämäsi askelvasteen kaltainen mittaus nähdäkseni edustaa hyvin isoa
taajuutta. Jos mittaat vaikka mainitsemaasi 1 uF konkkaa siten että
mittauspiirissäsi on esittämäsi 1 ohm vastus, on noitten aikavakio 1 us,
ja erottaaksesi sen askelmuutoksen heti vastuksen kytkentään
liitettyäsi, mittaus tulisi tehdä esim. luokkaa kymmenesosan kohdalla
aikavakiosta. Tämä on jo hyvin iso taajuus ajatellen audiokytkennässä
olevan konkan normaalia käyttötilannetta, ja mainitsemasi konkan
vastinpiirin sarjainduktanssi yms pilannee tuolloin mittauksen. Tosin,
noin pienille konkille se vastus voinee olla selvästi suurempi, koska
niitten esr ei ole milliohmiluokkaa. Mutta jos tavoittelisi mitata
vaikka 1 kHz taajuutta vastaavaa tilannetta, mittaus pitäisi tehdä vasta
millisekuntiluokkaa olevan ajan kuluessa kuormavastuksen kytkennästä,
jotta vastinpiirin hitaudet ehtivät tasapainotilaansa. Jotta konkan
purkausaikavakio ei ole tähän verrattuna merkittävä, se kuormavastus
menisi epäkäytännöllisen suureksi. Vai ajattelinkohan nyt jotain hassusti?

Olet oikeassa tuon askelvasteen suhteen, ajatusvirhe minulta.

Lienee parasta ensin mitata kapasitanssi ja sitten katsoa ESR:n
jännitteenpudotus sen mukaisella aikavakiolla. Tuon pudotuksen
näkee skoopilla selvästi, pitää tutkia kourallisella konkkia
aikavakion suuruutta. Mitään absoluuttisen tarkkaa mittalaitetta
ei ole tarkoituskaan saada, ja mikrokontrollerilla tämä tapa on
ehkä helpompi kuin perinteinen AC mittaus. Tosin kontrollerilla
senkin saisi helposti tehtyä useammalla eri taajuudella.

Tuukka

[Näsä]

Post by T Kalliokoski

Post by Timo Neuvonen
Mainitsemasi "0 Hz kohdalla" on minusta sikäli ajatusvirhe, että
esittämäsi askelvasteen kaltainen mittaus nähdäkseni edustaa hyvin isoa
taajuutta. Jos mittaat vaikka mainitsemaasi 1 uF konkkaa siten että
mittauspiirissäsi on esittämäsi 1 ohm vastus, on noitten aikavakio 1 us,
ja erottaaksesi sen askelmuutoksen heti vastuksen kytkentään
liitettyäsi, mittaus tulisi tehdä esim. luokkaa kymmenesosan kohdalla
aikavakiosta. Tämä on jo hyvin iso taajuus ajatellen audiokytkennässä
olevan konkan normaalia käyttötilannetta, ja mainitsemasi konkan
vastinpiirin sarjainduktanssi yms pilannee tuolloin mittauksen. Tosin,
noin pienille konkille se vastus voinee olla selvästi suurempi, koska
niitten esr ei ole milliohmiluokkaa. Mutta jos tavoittelisi mitata
vaikka 1 kHz taajuutta vastaavaa tilannetta, mittaus pitäisi tehdä vasta
millisekuntiluokkaa olevan ajan kuluessa kuormavastuksen kytkennästä,
jotta vastinpiirin hitaudet ehtivät tasapainotilaansa. Jotta konkan
purkausaikavakio ei ole tähän verrattuna merkittävä, se kuormavastus
menisi epäkäytännöllisen suureksi. Vai ajattelinkohan nyt jotain hassusti?

Olet oikeassa tuon askelvasteen suhteen, ajatusvirhe minulta.
Lienee parasta ensin mitata kapasitanssi ja sitten katsoa ESR:n
jännitteenpudotus sen mukaisella aikavakiolla. Tuon pudotuksen
näkee skoopilla selvästi, pitää tutkia kourallisella konkkia
aikavakion suuruutta. Mitään absoluuttisen tarkkaa mittalaitetta
ei ole tarkoituskaan saada, ja mikrokontrollerilla tämä tapa on
ehkä helpompi kuin perinteinen AC mittaus. Tosin kontrollerilla
senkin saisi helposti tehtyä useammalla eri taajuudella.
Tuukka

Kuinka moni ammatikseen elektroniikkaa korjaavista
käyttää ESR mittalaitetta ?

[T Kalliokoski]

Post by Näsä
Kuinka moni ammatikseen elektroniikkaa korjaavista
käyttää ESR mittalaitetta ?

Ehkäpä muutama sata tuhatta.

[Ari Laitinen]

Post by T Kalliokoski

Post by Näsä
Kuinka moni ammatikseen elektroniikkaa korjaavista
käyttää ESR mittalaitetta ?

Ehkäpä muutama sata tuhatta.

Itse en käytä mittaria vaan vaihdan ne haljenneet ja turvonneet mittaamatta
:-)

Ihan aina se ei onnistu. Kieroimpia on ihan pienet ESR-tapaukset, joissa ei
ole ulkoisia vikoja.

Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko joka
vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Milläs tuollaisen arvaisi
vaihtaa?

[Tomppa]

Post by Ari Laitinen

Post by T Kalliokoski

Post by Näsä
Kuinka moni ammatikseen elektroniikkaa korjaavista
käyttää ESR mittalaitetta ?

Ehkäpä muutama sata tuhatta.

Itse en käytä mittaria vaan vaihdan ne haljenneet ja turvonneet mittaamatta
:-)
Ihan aina se ei onnistu. Kieroimpia on ihan pienet ESR-tapaukset, joissa ei
ole ulkoisia vikoja.
Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko joka
vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Milläs tuollaisen arvaisi
vaihtaa?

ARGH... Kerro äkkiä mikä elko ennen kun kuorma lähtee kierrätykseen.
Suunnilleen paikka kun ei satu olemaan täs lähettyvillä juuri tuota upsia.

[Ari Laitinen]

Post by Tomppa

Post by Ari Laitinen
Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko
joka vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Milläs tuollaisen
arvaisi vaihtaa?

ARGH... Kerro äkkiä mikä elko ennen kun kuorma lähtee kierrätykseen.
Suunnilleen paikka kun ei satu olemaan täs lähettyvillä juuri tuota upsia.

http://www.heime.org/Lists/Posts/Post.aspx?ID=17

[-=A.McYnen=-]

Post by Ari Laitinen

Post by Tomppa

Post by Ari Laitinen
Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko
joka vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Milläs tuollaisen
arvaisi vaihtaa?

ARGH... Kerro äkkiä mikä elko ennen kun kuorma lähtee kierrätykseen.
Suunnilleen paikka kun ei satu olemaan täs lähettyvillä juuri tuota upsia.

http://www.heime.org/Lists/Posts/Post.aspx?ID=17

Heh.... Että kerro suunnilleen paikka.... ja vastaat exaktilla huoto
ohjeella
No tattis jokatapauksessa tältäkin suunnalta.

-=A.McYnen=-

[Tomppa]

Post by -=A.McYnen=-

Post by Ari Laitinen

Post by Tomppa

Post by Ari Laitinen
Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko
joka vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Milläs tuollaisen
arvaisi vaihtaa?

ARGH... Kerro äkkiä mikä elko ennen kun kuorma lähtee kierrätykseen.
Suunnilleen paikka kun ei satu olemaan täs lähettyvillä juuri tuota upsia.

http://www.heime.org/Lists/Posts/Post.aspx?ID=17

Heh.... Että kerro suunnilleen paikka.... ja vastaat exaktilla huoto
ohjeella
No tattis jokatapauksessa tältäkin suunnalta.
-=A.McYnen=-

Kiitos myös. Ja ny romulavan kimppuun...

[T Kalliokoski]

Post by Ari Laitinen
Itse en käytä mittaria vaan vaihdan ne haljenneet ja turvonneet mittaamatta

Jep, jonkun PC emolevyn suotoelkon kohdalla usein tuo auttaakin
mutta monesti ne pienemmät 1-10 uF elkot ei näytä ulkoisia merkkejä
kuivumisestaan. Audiolaitteissa niitä voi olla niin paljon että
kaikkien sokkona vaihtaminen ei ole järkevää. ESR mittaus kyllä
nopeasti kertoo mitä pitää vaihtaa.

[Näsä]

Post by Näsä
Kuinka moni ammatikseen elektroniikkaa korjaavista
k ytt ESR mittalaitetta ?

Ehk p muutama sata tuhatta.

Itse en k yt mittaria vaan vaihdan ne haljenneet ja turvonneet mittaamatta
:-)
Ihan aina se ei onnistu. Kieroimpia on ihan pienet ESR-tapaukset, joissa ei
ole ulkoisia vikoja.
Esim. APC BackUps RS500 laitteissa oli tyyppivikana pikkuinen elko joka
vikaantui ja laite lakkasi lataamasta akkuja. Mill s tuollaisen arvaisi
vaihtaa?

Minä taasen vaihdan suosiolla aivan kaikki elkot
jotka ovat alttiita rippelille tai lämmölle ;)

[T Kalliokoski]

Post by Näsä
Minä taasen vaihdan suosiolla aivan kaikki elkot
jotka ovat alttiita rippelille tai lämmölle ;)

Silloin varmasti kaikki rikkinäiset tulee vaihdettua,
mutta jos on paljon korjattavia laitteita, mutta aikaa
sekä rahaa rajallisesti niin on hyvä jotenkin pystyä
rajaamaan sitä vaihdettavien määrää.

Kapasitanssin mittaus ei kerro yhtään mitään elkon
kunnosta, sen voi itse todeta kun kytkee vaikka 100
ohmin vastuksen sarjaan mitattavan elkon kanssa,
mittarin lukema ei juuri muutu. ESR mittaus kertoo
heti jos elko on tai alkaa olla tiensä päässä.

[Näsä]

Post by T Kalliokoski

Post by Näsä
Minä taasen vaihdan suosiolla aivan kaikki elkot
jotka ovat alttiita rippelille tai lämmölle ;)

Silloin varmasti kaikki rikkinäiset tulee vaihdettua,
mutta jos on paljon korjattavia laitteita, mutta aikaa
sekä rahaa rajallisesti niin on hyvä jotenkin pystyä
rajaamaan sitä vaihdettavien määrää.
Kapasitanssin mittaus ei kerro yhtään mitään elkon
kunnosta, sen voi itse todeta kun kytkee vaikka 100
ohmin vastuksen sarjaan mitattavan elkon kanssa,
mittarin lukema ei juuri muutu. ESR mittaus kertoo
heti jos elko on tai alkaa olla tiensä päässä.

ESR arvo saattaa vaihdella elkossa esim, milloin viimeksi on ollut
kytkettynä jännitteeseen.
Pelkästään ESR mittauksen perusteella, elkojen vaihto
on lähinnä oman omantunnon rauhoittelua.
Ja kaupallisessa korjaamotoiminnassa asiakkaan ja itsensä.......
korjaajankin.... pettämistä.
Edelleenkin vaihdan kaikki elkot, jotka kuuluvat ko. yksikköön.
Ja jotka useinkin löytyvät valmistajan ns. korjaussarjasta.

[T Kalliokoski]

Post by Näsä
ESR arvo saattaa vaihdella elkossa esim, milloin viimeksi on ollut
kytkettynä jännitteeseen.
Pelkästään ESR mittauksen perusteella, elkojen vaihto
on lähinnä oman omantunnon rauhoittelua.
Ja kaupallisessa korjaamotoiminnassa asiakkaan ja itsensä.......
korjaajankin.... pettämistä.
Edelleenkin vaihdan kaikki elkot, jotka kuuluvat ko. yksikköön.
Ja jotka useinkin löytyvät valmistajan ns. korjaussarjasta.

En ole samaa mieltä, mutta tee sinä kaikin mokomin noin!