Hallo,
ich möchte den ESR von Elektrolytkondensatoren messen. Anders als die
bisherigen Projekte hier im Forum, würde ich es gerne mit einer
Rechteckspannung anstelle einer Sinusspannung probieren.
Hierzu sind mir aber allerdings noch ein paar Dinge unklar, weswegen ich
hier um Rat fragen wollte.
Ich habe jetzt einfach das PWM Modul eines PICs mit einer Frequenz von
f_pwm=100kHz und einem Duty Cycle von 50% initialisiert.
An den Pin habe ich dann einen Widerstand, R=1kOhm, und einen Elko,
dessen ESR gemessen werden soll, in Reihe angeschlossen.
Betriebsspannung beträgt 3,3V.
Bei hohen Frequenzen verhält sich der Kondensator (bzw. dessen
kapazitiver Anteil) ja wie ein Kurzschluss. Betrachtet man das
Ersatzschaltbild
(http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/schalt/02051411.gif),
erkennt man, dass nun nurnoch der R_esr und L_esl relevant sind. Bei
L_esl gehe ich mal von einem typischen Wert von 5nH aus, ist also bei
100kHz noch vernachlässigbar.
Ich würde also hergehen und würde die Spannung, die über dem C (in
diesem Fall also nurnoch über den R_esr) abfällt, und durch den Strom,
der ja auf 3,3V/1kOhm=3,3mA begrenzt ist, teilen. Als Ergebnis bekomme
ich den Wert des ESR.
Bis jetzt habe ich alles auf dem Steckbrett aufgebaut und messe dadurch
nur Mist. Bevor ich jetzt allerdings eine Platine ätze, wollte ich mir
nochmal eure Meinung dazu anhören.
Würde das so funktionieren oder habe ich irgendwo einen Denkfehler?
Welchen Vorteil hätte es, mit einem Sinus zu arbeiten?
Danke für's Lesen und für eure Hilfe!
Viele Grüße,
Marcel
PS: Mir ist klar, dass dern Widerstand zum Strom begrenzen möglichst
geringe Toleranzen haben sollte.
Du mußt doch zuerst einmal sicher stellen, das
der Elko entladen ist. Und wie machst du das ?
So einfach wie du dir das vorstellst
geht es nicht. Lies mal im Internet was da
alles zu beachten ist.
Danke für die Antwort.
Ja, zu Beginn muss der Elko entladen sein, das hatte ich vergessen zu
schreiben.
Während er dann am PWM hängt, wird er doch alle 5us geladen und wieder
entladen. In diesen 5us ist die aufgenommene Ladung doch kaum relevant.
Habe auch schon von der Methode gelesen, den Elko nur mit einem kurzen
Spannungsimpuls zu versorgen (sprich: Duty Cycle 1%) und dann die
abfallende Spannung zu messen.
Aber wo liegt der Unterschied zwischen den beiden Methoden? Wieso würde
meine Vorgeschlagene nicht funktionieren?
Du mußt den Gesamtwiderstand des Elkos messen.
Dann den Wechselstrom Widerstand abziehen.
Dann bekommst du einen Widerstand von 20 bis 1000 mOhm
raus bei 100KHz.
Mit 3mA Ladestrom hast Du bei 1 Ohm ESR gerade 3mVpp an Rechtecksignal.
Bei 100mR entsprechend 0,3mVpp. Diese kleinen 100kHz-Rechtecksignale
müßtest Du wohl erstmal ordentlich verstärken, mit genug Bandbreite um
auch die Kurvenform zu erhalten. Alles in allem erscheint mir dieser
Ansatz wenig vielversprechend.
Geht, ja. Aber wenn er alle Bauteile so plant, hat er am Ende eine
Messungenauigkeit von 50%. Dann braucht er nichts zu messen, sondern
kann gleich einen starken AC-Generator anschließen, und die Erwärmung
der Kondensatoren messen...ist dann genauer.
Blödsinn.
Gibt genug Schaltungen im Netz die so
aufgebaut sind. Die kommen auf eine
Meßgenauigkeit von 10% für den ESR Wert
bei 100KHz.
Das sollte reichen.
Stefan schrieb:> Gibt genug Schaltungen im Netz
z.B. hier:
Beitrag "Re: Projekt ESR-Tester"
wenn man ein billiges DMM verwendet braucht man ggf. noch einen
Verstärker am Ausgang für höhere Empfindlichkeit.
Die Ausgangsspannung ist bei gewählter Dimensionierung 1uV/mOhm.
Gruß Anja
0815 schrieb:> Eine solche Spannungsänderung kommt beim TL084 nach gefühlten 20> Sekunden am Ausgang auch nur an ;-)
Jemand mit etwas Ahnung hätte statt dem TL084 so was wie ICL7650 oder
LTC1050 oder LTC2057 vorgeschlagen.
Gruß Anja
>Ich habe jetzt einfach das PWM Modul eines PICs>mit einer Frequenz von f_pwm=100kHz
100kHz ist zu schnell. Damit misst du bei manchen Kondensatoren deren
Induktivität.
Nimm eine Frequenz aus dem NF-Bereich, die hohen Frequenzen stecken da
in den Flanken, und du kannst sowohl ESR wie ESL abschätzen.
>An den Pin habe ich dann einen Widerstand, R=1kOhm
Viel zu hochohmig. So bekommst du kaum ein Meßsignal.
Interessante Werte des ESR liegen weit unter 1 Ohm bis allenfalls 50
Ohm.
>Bis jetzt habe ich alles auf dem Steckbrett aufgebaut>und messe dadurch nur Mist.
Das glaube ich gerne. Schuld sind hauptsächlich die hohen Induktivitäten
solcher Aufbauten.
Auch wenn du den Prüfling mit losen Drähten anschliesst, hast du schon
verloren. Vewrwende SMD-Bauteile und nimm ein Koaxkabel zum Anschliessen
des Prüflings.
Das Koaxkabel hat einen Wellenwiderstand von 50 Ohm und wenn man, statt
des lahmen ADC des µC, ein Oszilloskop verwendet, kann man sogar die
Laufzeit in dem Kabel sehen. Das ergibt einen kurzen (einge ns)
Überschwinger (50 Ohm...) und danach erst sieht man den Widerstand
(Kurzschluß) am Kabelende.
ALex schrieb im Beitrag #3940866:
> foo schrieb:>> 50>> ESR von 50 Ohm ?> alter fuchs bist du betrunken??
Durchaus nicht.
Anbei ein paar Messungen, die ich vor langer, langer Zeit mal mit einem
sehr einfachen Aufbau gemacht hatte.
Die 10 Ohm sind an einem nagelneuen Elko gemessen, und wenn solch ein
Teil in die Jahre kommt, können es auch ein paar mehr werden.
Da war ich mal wieder blind. Seit 3 Tagen durchstöberte ich das Netz und
fand hauptsächlich nur ESR Meter mit einem Sinus-Generator (Analog oder
DDS) - beim Sprut habe ich natürlich nach "Messung der Kapazität C"
nicht weitergescrollt. Ich denke, die werde ich so mal nachbauen.
Eine letzte Frage hätte ich allerdings noch, interessehalber. Im
englischsprachigen Wikipedia steht zur ESR Messung folgendes:
"Most ESR meters work by discharging a real electrolytic capacitor
(essentially equivalent to a perfect capacitor in series with an
unwanted resistance, the ESR) and passing an electric current through it
for a short time, too short for it to charge appreciably. This will
produce a voltage across the device equal to the product of the current
and the ESR plus a negligible contribution from a small charge in the
capacitor; this voltage is measured and its value divided by the current
(i.e., the ESR) shown in ohms or milliohms on a digital display or by
the position of a pointer on a scale. The process is repeated tens or
hundreds of thousands of times a second."
Ich verstehe das so, dass mit einer Frequenz von 10-100kHz ein Elko
entladen und für eine sehr sehr kurze Zeit geladen wird. Die Spannung,
die in dieser sehr kurzen Zeit am Elko anliegt, wird anschließend
einfach durch den Strom dividert. Dadurch erhält man den ESR. Das
unterscheidet sich ja von Spruts Variante insofern, dass das berechnen
des Gesamtinnenwiderstandes entfällt.
Habe das ganze mal in LTspice IV nachgespielt, 10us Periodendauer, Duty
Cycle 10%. Bild siehe Anhang.
Solange der Spannungsimpuls anliegt, kriege ich Spannungswerte
geliefert, über die sich der ESR (zumindest in der Simulation) ziemlich
gut berechnen lässt. Je kürzer der Impuls, desto besser das Messergebnis
natürlich. Nimmt man einen kleineren Widerstand, z. B. 10 Ohm, bekommt
man schon Spannungen im Millivolt-Bereich (27...28mV). Den Elko muss man
dann natürlich über einen (schnellen) MOSFET treiben. Die Spannung muss
natürlich noch um den Faktor 100 erhöht werden, damit man sie z. B. am
ADC einlesen kann.
Messungenauigkeiten sind dann abhängig von der Widerstandstoleranz,
OpAmp und ADC.
Irgendwelche Einwände?
