English  Chinese  Español   Japanese   Portugalsky   Deutsch   العربية   Français   Русский   

Amarok

Moje motorka

Návody

Download

 

Guestbook

 

 

Přesný měřič ESR elektrolytů (ESR meter)
a měřič vnitřního odporu akumulátorů

Elektrolytické kondenzátory se vyskytují ve všelijaké elektronice, bohužel jejich nevýhodou je poměrně malá spolehlivost, což způsobuje, že většina závad spotřební elektroniky je způsobena vadným elektrolytem. Vadný elektrolyt se projevuje tím, že má nepatrně (někdy i více) zmenšenou kapacitu, ale hlavně se u něj hodně zvětšuje ESR. ESR je zkratka pro parazitní odpor, který je vřazený sériově ke kondenzátoru.

Inspiraci pro tuto konstrukci jsem nalezl v britském časopise Elektor Elektronics, kde byl ESR měřič pracující na podobném principu, ale poněkud složitější konstrukce. Rozsah měření  ESR je 0.00 až 19.99Ohm a výsledná hodnota zobrazená na LCD je již po odečtení kapacitní reaktance.

Pomocí tohoto měřáku je rovněž možné měřit vnitřní odpor akumulátorů a jiných zdrojů.

ESR meter principle

Princip měřiče je velice jednoduchý, zdrojem obdélníkového napětí o frekvenci je 74HC74 u kterého jsou využity oba výstup - Q i QN, přes rezistory je tímto napětím nabíjen a vybíjen měřený kondenzátor.

74HC4066 je obousměrný spínač, který je vhodně spínán tak, že na invertujícím vstupu OZ je napětí rovné napětí při nabíjení kondenzátoru na jednu polaritu a na neinvertujícím vstupu OZ je napětí rovné napětí při nabíjení kondenzátoru na druhou polaritu. OZ tyto dvě napětí odečte a výsledné napětí je úměrné ESR.

Pokud je měřený kondenzátor dostatečně velký tak je možné prohlásit, že napětí na něm vzniklé je obdélníkové a odpovídá pouze úbytku na parazitním odporu - ESR, v tom případě je na vstupech OZ prakticky stejnosměrné napětí, které je pouze odečteno.

Pokud je měřený kondenzátor malý a ESR malé (např. keramika 100nF), tak na ESR je prakticky nulový úbytek a na kondenzátoru je přibližně trojúhelníkové napětí, na obou vstupech OZ je pak stejnosměrné napětí s pilovým zvlněním, které po odečtení a vyhlazení na RC filtru dá nulové napětí (ERS = 0Ohm).

Měření vnitřního odporu akumulátorů probíhá stejně jako měření ESR, pouze se do série se zdrojem (akumulátorem) musí připojit fóliový kondenzátor kapacity přibližně 1uF na napětí větší než je napětí zdroje, kondenzátor slouží k oddělení stejnosměrné složky, bez něj by došlo k poškození měřáku. Na displeji se objeví hodnota, která je rovna součtu vnitřního odporu akumulátoru a ESR oddělovacího kondenzátoru (obyčejný 1uF MKS4 od fy WIMA má 0.02Ohm). Při měření vnitřního odporu je nutné vzít v úvahu, že je měřeno signálem o frekvenci 100kHz a proudem v jednotkách mA.

Precise ESR meter schematic

Celý měřič je napájen z 9V baterie, odběr je cca 12mA. Spínač S1, R5, R6, C14 a Q1 slouží jako automatické vypínání, po stisknutí spínače dojde k zapnutí a přibližně po 5 minutách k samovolnému vypnutí (při R6 = 470k, 2.5minuty), vše je možné vyměnit za obyčejný vypínač nebo doplnit o rychlejší vypínání. 79L05 vytváří stabilizované napětí 5V a to neobvykle vůči kladnému pólu baterie a to kvůli jednoduchému napájení měřáku DM1. Oscilátor tvoří CMOS verze časovače 555 (o 555 podrobněji zde). 74HC74 je klopný obvod typu D který je zdrojem obdélníkového napětí s frekvencí 100kHz a střídou přesně 50%. Jeden klopný obvod je zdrojem proudu pro měření ESR a druhý slouží společně s diodami a kondenzátory jako zdroj záporného napětí, diody musejí být s co nejmenším napětím, aby bylo záporné napětí dostatečně velké - vhodné BAT85 popř.1N5818. Spínač S2 slouží k zastavení oscilátoru, tím je možné rozlišit kondenzátor s nízkým ESR od zkratovaného kondenzátoru. D1 až D3 slouží jako ochrana v případě, že testovaný kondenzátor je nabitý a zároveň omezují napětí naprázdno na 200mV. U3 je výše zmiňovaný spínač, X1 a X2 je vhodný rychlý OZ - plně dostačuje obyčejný TL082. VR3 slouží k nastavení nuly a VR4 slouží ke kalibraci, R14 a C11 tvoří výstupní RC článek, DM1 je digitální panelový LCD voltmetr (rozsah 200.0mV s posunutou desetinnou tečkou, viz fotky níže). Veškeré rezistory by měly být s tolerancí <1% a malou teplotní závislostí <50ppm/°C (vhodné jsou metalizované 0.6W: 0.1%, 15ppm/°C). C7, C8 a C1 jsou fóliové nebo keramické kondenzátory. Měřící šňůry musejí být dojité tak, jak je to naznačeno na schématu, já jsem je udělal ze dvou stíněných audio dvou-linek, celé to je zapojené takto.

Při oživování připojte místo baterie laboratorní zdroj s omezením proudu na cca 20mA a napětím 8V, skutečný odběr by měl být přibližně 12mA. Na výstupu CM555 (pin3) by se mělo objevit obdélníkové napětí, pomocí VR2 se nastaví frekvence na 200kHz. Dále je nutné zkontrolovat napětí B+ a -5V (měřeno vůči GND), na B+ by mělo být přesně 5V a na -5V by mělo být alespoň -3V. Na měřící svorky se připojí miniaturní rezistor 10Ohm, na pin9 obvodu 74HC4066 se připojí osciloskopická sonda a VR1 se nastaví tak, aby na osciloskopu byla rovná čára. Předchozí krok je možné vynechat, VR1 nezapojovat a hodnotu R2 změnit na 1K, protože přesnost rezistorů i symetrie klopného obvodu je velká (já jsem VR1 vynechal a na výstupu 4066 byla dostatečně rovná čára). Dále se zkratují měřící svorky a pomocí VR3 se nastaví tak, aby na displeji byla nula, opět se připojí na měřící svorky rezistor 10Ohm a pomocí VR4 se nastaví na displeji hodnota 10.00.

Celý měřák jsem zabudoval do krabičky KM33C, ve které po osazení LCD měřáku zůstane prostor 25x65mm pro DPS, což je poměrně málo, takže se musí udělat úsporný návrh desky, nebo použít jinou krabičku, vhodná se zdá být například KP40A. Měřák má sice ochranu před zničením při připojení nabitého kondenzátoru, ale je není vhodné se na to spoléhat. Při připojení nabitého 47u/400V se ještě nic nestane, ale při připojení 330u/400V už diody 1N5819 nevydrží a zkratují se, měřák ale pravděpodobně přežije bez újmy a stačí jen vyměnit jednu diodu.

Jedinou nevýhodou tohoto ESR měřiče je fakt, že rezistory vyskytující se okolo X1 a X2 mají nenulovou teplotní závislost, to způsobuje, že při zkratovaných měřících hrotech není vždy na displeji nula, ale nějaké jiné číslo (kladné nebo záporné), pro přesné měření je nutné toto číslo vždy odečíst od naměřené hodnoty.

V tomto balíku najdete předlohu pro výrobu DPS včetně schémat, celý balík poskytl Ing. Jindřich Herein, za čož bych mu chtěl tímto poděkovat.

ESR of 2.2uF/50VCalibration ESR on resistor 15R

Vlevo ESR kondenzátoru 2.2uF/50V, vpravo kalibrace na rezistoru 15R

High quality ESR meter


Varianta pro připojení na běžný DMM

Druhá varianta ESR metru je vhodná pro použití s běžným digitálním multimetrem (nebo digitálním panelovým měřákem napájeným z jiné baterie) - neobsahuje displej a výsledné ESR se odečítá na multimetru nastaveném na rozsah 200mV (200mV odpovídá ESR 200ohm). Principální schéma druhé varianty je následující:

ESR principle

Oproti první variantě chybí zdroj -5V a obvod okolo OZ, který odečítá napětí. Kalibrace probíhá pomocí trimru 100k.

Precise ESR meter schematic - DMM variant

 
Autor: Luboš "Amarokcz" Stříteský, předlohu pro DPS poskytl Ing. Jindřich Herein
Původní zapojení převzato z Elektro Electronics 9/2002