산화물 커패시터의 프로브. 계획, 설명

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현대 가전제품을 수리할 때 가장 어려운 결함 프로세스 중 하나는 커패시터의 서비스 가능성을 결정하는 것입니다. 그리고 그들은 다른 무선원소보다 훨씬 빨리 "노화"됩니다. 이 기사에서는 수리 중에 결함이 있는 요소를 빠르고 안정적으로 식별하는 문제에 대해 다룹니다.

최신 장비에서 반도체 장치의 신뢰성이 크게 향상되어 산화물 전해 커패시터가 결함 수 측면에서 1위를 차지했습니다[XNUMX]. 이것은 전해질이 존재하기 때문입니다. 고온에 노출, 커패시터의 전력 손실 손실, 하우징 씰의 감압으로 인해 전해질이 건조됩니다. 교류 회로에서 작동할 때 이상적인 커패시터는 반응성(용량성) 저항만 갖습니다. 아래에서 고려되는 경우 실제 커패시터는 이상적인 커패시터와 직렬로 연결된 저항으로 나타낼 수 있습니다. 이 저항을 커패시터의 등가 직렬 저항(이하 ESR이라고 함, 영어 문헌에서는 약어 ESR - Equivalent Series Resistance와 유사한 용어를 찾을 수 있음)이라고 합니다.

산화물 커패시터의 결함 발생 초기 단계에서 커패시터의 ESR이 과대 평가됩니다. 이로 인해 전력 손실이 증가하여 내부에서 커패시터가 가열됩니다. 이 전력은 커패시터의 ESR과 재충전 전류의 제곱에 정비례합니다. 앞으로는 커패시터에 의한 커패시턴스의 완전한 손실까지 프로세스가 빠르게 진행됩니다.

산화물 커패시터가 사용되는 제품의 결함은 이 공정의 여러 단계에서 나타날 수 있습니다. 그것은 모두 전기 모드 및 장치 자체의 기능을 포함하여 커패시터의 작동 조건에 따라 다릅니다. 이러한 결함 진단의 어려움은 커패시턴스가 정상 범위 내에 있거나 약간만 과소 평가되기 때문에 대부분의 경우 기존 계측기로 커패시턴스 측정이 결과를 제공하지 않는다는 것입니다. 특히 산화물 커패시터의 품질에 대한 요구 사항은 이러한 커패시터가 필터로 사용되는 고주파 변환기가 있는 전원 공급 장치와 최대 100kHz의 주파수에서 전원 요소의 스위칭 회로에 사용됩니다.

ESR 측정 기능을 사용하면 고장난 커패시터(단락 및 누출 제외)를 식별하고 아직 나타나지 않은 장치 결함을 조기 진단할 수 있습니다. 이를 위해 커패시턴스가 허용되는 ESR보다 훨씬 낮은 충분히 높은 주파수에서 복잡한 저항을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 100kHz의 주파수에서 10μF 용량의 커패시터는 약 0,16Ω의 커패시턴스 저항을 가지며 이는 이미 상당히 작은 값입니다.

이러한 주파수의 신호가 전류 설정 저항을 통해 제어 커패시터에 적용되면 후자의 전압은 복합 저항의 계수에 비례합니다. 신호 소스는 적절한 생성기일 수 있으며 신호의 모양은 특별한 역할을 하지 않으며 생성기의 출력 임피던스는 저항 역할을 할 수 있습니다. 오실로스코프 또는 AC 밀리볼트미터를 사용하여 커패시터 양단의 전압을 측정할 수 있습니다. 따라서 생성기 출력 신호 레벨이 0,6V이고 ESR이 600옴인 커패시터의 1옴 저항에서 측정된 전압은 약 1mV이고 저항 저항이 50옴인 경우 12mV입니다.

ESR을 측정하여 산화물 커패시터의 결함을 진단하는 관행에 따르면 10~100μF 용량의 결함 있는 커패시터의 대부분의 경우 1Ω을 눈에 띄게 초과하는 것으로 나타났습니다. 이 기준은 엄격하지 않으며 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 좋은 커패시터의 ESR은 커패시턴스와 작동 전압에 따라 0,3~6Ω 범위인 것으로 알려져 있습니다[2]. 측정의 정확성은 결함이 있는 커패시터를 결정하는 데 특별한 역할을 하지 않습니다. 최대 1,5...2배의 오류는 상당히 수용 가능한 것으로 간주됩니다. 이 데이터는 아래 설명된 장치 개발에 사용되었습니다.

또한 장치에서 커패시터를 제거하지 않고 측정할 수 있는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해서는 대부분의 경우에 수행되는 측정된 ESR 값에 가까운 저항을 가진 요소에 의해 제어된 커패시터가 션트되지 않아야 합니다. 커패시터의 측정 전압은 단위 및 수십 밀리볼트이므로 반도체 장치는 측정 결과에 영향을 미치지 않습니다. 장치의 다른 요소를 비활성화하지 않도록 장치 프로브의 최대 전압을 1...2V로 제한하고 프로브를 통과하는 전류를 3...5mA로 제한하는 것이 바람직합니다.

장치의 디자인에 관해서는 분명히 자체 전원이 공급되고 크기가 작아야 합니다. 테스트된 커패시터에 연결하기 위한 연결 도체 및 클램프는 바람직하지 않습니다. 그들과 함께 작업 할 때 양손이 바쁘고 장치 자체를 놓을 장소가 필요하며 측정 지점에서 장치 표시기까지 지속적으로 살펴야합니다.

이러한 요구 사항은 뾰족한 프로브가 있는 소형 프로브로 충족됩니다.

주요 기술 특성

제어된 저항의 범위. 옴.....1,5...10
표시 ..... 개별 LED XNUMX단계
신호 주파수 측정, kHz.....60...80
공급 전압, V.....3
측정 중 소비 전류, mA ..... 10
대략적인 저항 값(점등된 LED 수에 따라 1~5), Ohm.....1,5; 2,7; 4,8; 7; 10
하우징 치수(프로브 제외), mm.....70x33x15

또한 이 프로브를 사용하면 원래 버전에서 15~90μF의 전해 커패시터의 커패시턴스를 평가할 수 있습니다.

프로브의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

(확대하려면 클릭하십시오)

디지털 마이크로 회로의 DD1.1 요소에는 직사각형 펄스 발생기(주파수 설정 요소 R2, C2)가 포함되어 있습니다. 나머지 요소의 출력을 결합하여 부하 용량을 늘립니다. 저항 R3, R4 및 요소의 내부 저항은 테스트된 커패시터 Cx를 통해 전류를 설정하며, 이로부터 제어된 커패시터의 ESR에 비례하는 레벨의 신호가 트랜지스터 VT1의 사전 증폭기 입력에 공급됩니다. 제너 다이오드 VD1은 장치 프로브를 방전되지 않은 커패시터에 연결할 때 전압 펄스를 제한합니다. 25~50V 이하의 잔류 전압은 장치에 위험하지 않습니다.

DA1 칩에는 10단계 LED 레벨 표시기가 포함되어 있으며 이 칩은 일부 VCR에 사용됩니다. 마이크로 회로에는 입력 신호 증폭기, 선형 검출기, 출력에 전류 안정기가 있는 비교기가 포함되어 있습니다. 다음 비교기가 켜지는 입력 신호 레벨의 비율은 -5에 해당합니다. -0; 3; 삼; 6dB. 따라서 전체 표시 범위는 16dB입니다. 모든 LED를 켜려면 약 1mV 레벨의 신호를 DA8 마이크로 회로(핀 170)의 입력에 공급해야 합니다. 핀 7에 연결된 RC 회로는 감지기의 시상수를 결정합니다. 저항 R12는 LED가 소비하는 전류를 제한합니다. 값을 선택하는 기준은 한편으로는 LED에 필요한 밝기이고 다른 한편으로는 전원에서 소비되는 전류입니다.

요소 R6, C6 및 R11, C7은 해당 노드의 전원 회로에 있는 필터입니다.

최대 100kHz의 주파수에서 마이크로회로를 사용할 가능성이 실험적으로 결정되었습니다. 마이크로 회로 공급 전압의 최소 인증 값은 3,5V이지만 여러 복사본을 테스트하면 최대 2,7V 전압까지 성능이 나타났으며 전압이 추가로 감소하면 LED가 더 이상 켜지지 않습니다.

장치는 원리에 따라 제어된 ESR 값을 표시합니다. 즉, 저항이 낮을수록 켜지는 LED 수가 줄어듭니다. 스위치 SA1의 접점이 닫히면 커패시터 C2도 커패시터 C1와 병렬로 연결됩니다. 이 경우 발생기 주파수는 약 1200Hz로 감소하므로 테스트할 커패시터 단자의 신호 레벨은 주로 커패시턴스에 따라 달라집니다. 커패시턴스가 높을수록 켜지는 LED 수가 줄어듭니다.

이 장치는 칩 저항기와 커패시터를 사용하지만 다른 소형 장치도 사용할 수 있습니다. 커패시터 C3-C5, C8, C10은 수입 소형 세라믹입니다. 그들의 능력은 중요하지 않습니다. LED VD2-VD6은 마이크로 소모적이며 0,5...1 mA의 전류에서도 매우 밝게 빛납니다. 지정된 요구 사항을 충족하는 다른 빨간색 LED(예: KIPD-05A)를 사용할 수 있습니다.

스위치 SA1은 소형 슬라이드 스위치이고, SB1은 누름 버튼 스위치로, 누른 위치에서 잠기지 않습니다. 트랜지스터 VT1은 전류 전달 계수가 315보다 큰 KT3102, KT100(문자 인덱스 포함)로 교체할 수 있습니다. 프로브의 전원은 표준 크기 44x357의 13개의 LR11,6(5,4, GXNUMX) 알카라인 요소입니다. mm.

발전기의 작동 주파수는 저항 R3에 의해 제어됩니다. 60~80kHz 이내여야 합니다. 필요한 경우 R2 또는 C2 요소를 선택하여 설치됩니다. 트랜지스터 VT1의 콜렉터 전압은 1,0...1,7V 이내여야 하며 저항 R8을 선택하여 설정됩니다.

ESR 측정 모드에서 비유도(비와이어) 저항을 프로브에 연결하고 저항 R3을 선택하여 프로브를 교정합니다. SA1 스위치 접점의 닫힌 위치에서 필요한 커패시턴스 제어 범위는 커패시터 C1을 선택하고 알려진 커패시턴스를 가진 커패시터를 프로브에 연결하여 설정됩니다.
장치의 설계가 상당히 단순하고 설계를 특정 유형의 하우징에 연결하는 것이 바람직하지 않기 때문에 인쇄 회로 기판의 그림은 제공되지 않습니다.

프로브의 모양은 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.

산화물 커패시터 프로브

프로브는 직경 1mm의 단단한 강철 와이어로 만들어졌으며 끝은 약간 구부러지고 뾰족합니다. 프로브 사이의 거리는 4mm이므로 인쇄 회로 기판의 접촉 패드 크기를 고려하여 리드 사이의 거리가 2,5~7,5mm인 커패시터를 테스트할 수 있습니다. 커패시터 단자에 대한 장치의 방향과 관련된 명백한 불편함은 며칠 사용 후 사라집니다.

측정 중에는 테스트 중인 제품의 전원을 차단해야 하며, 위험한 전압을 포함할 수 있는 커패시터를 방전해야 합니다. 프로브 프로브는 테스트 중인 커패시터가 납땜된 보드의 접촉 패드에 대해 누르고 전원 버튼을 눌러야 합니다. 일시적인 프로세스로 인해 모든 LED가 잠시 깜박이고 그 후에는 켜진 LED 수를 통해 커패시터 상태를 평가할 수 있습니다. 따라서 하나의 커패시터를 테스트하기 위한 프로브의 턴온 시간은 1초를 초과하지 않습니다. 최대 10V의 작동 전압에 대해 100μF 이상의 용량을 갖춘 우수한 커패시터의 경우 모든 LED가 꺼져야 합니다. 용량이 작고 작동 전압이 높은 커패시터는 ESR이 높으므로 1~2개의 LED가 켜질 수 있습니다.

산화물 커패시터의 적합성을 평가하는 기준은 장치 구성 요소, 전기 모드 및 작동 조건에서 수행하는 기능에 따라 다릅니다. 가장 중요한 구성 요소: 고주파 변환이 가능한 전원 공급 장치의 주요 트랜지스터 제어 회로, TV 및 모니터용 수평 스캔 변압기로 구동되는 소스를 포함한 이러한 소스의 필터, "부스트"를 위한 전원 공급 장치 회로의 필터 "수평 스캔 트랜지스터 등의 동작 주파수와 재충전 전류가 높을수록 사용되는 커패시터의 품질이 좋아집니다.

위 회로에서는 최대 105°C의 온도 범위를 갖는 커패시터를 사용해야 하며, 이는 ESR이 상당히 낮고 높은 온도에서 신뢰성이 더 높습니다. 이러한 요소를 사용할 수 없는 경우 0,33-1μF 용량의 세라믹 커패시터로 산화물 커패시터를 바이패스하는 것이 좋습니다. 때때로 이러한 커패시터는 장치 제조업체에서 설치합니다. ESR 측정 모드에서 프로브 판독값을 왜곡할 수 있습니다(1kHz 주파수에서 80μF 커패시터의 커패시턴스는 약 2Ω입니다).

결함이있는 커패시터는 보드에서 납땜 한 후 전화를 걸 때 장치에서 서비스 가능한 것으로 식별 될 수 있습니다. 분명히 이것은 해체 중 고온의 영향 때문입니다. 이러한 커패시터를 장치에 다시 설치할 필요가 없습니다. 조만간 결함이 다시 나타납니다. 이것은 커패시터를 분해하지 않고 테스트하는 것에 찬성하는 또 다른 주장입니다.

이 장치는 거의 모든 조건에서 사용하기 편리하고 장식이 없으며 측정용이 아니라 "합격 또는 실패" 원칙에 따라 결정하는 "작업용 말"로 만들어졌습니다. 따라서 의심스럽고 특히 중요한 경우에는 사용 가능한 방법을 사용하여 커패시터를 추가로 확인하거나 알려진 양호한 것으로 교체해야 합니다.

6개월 동안 TV 수리점에서 프로브를 작동한 결과 도량형 매개변수와 선택된 표시 유형의 최적성이 나타났습니다. 특히 5~7년 이상 사용한 기기의 경우 진단 성능이 비약적으로 향상되어 산화물 커패시터의 점진적인 열화에 따른 불량의 조기 진단이 가능해졌습니다. 이 기간 동안에는 프로브의 배터리를 교체할 필요가 없었습니다.

프로브의 모니터링되는 ESR 값 범위는 테스트 중인 커패시터를 통과하는 전류를 증가시켜 더 낮은 저항 쪽으로 확장될 수 있습니다. 이렇게 하려면 DD1 칩을 KR1554TLZ로 교체해야 합니다. 그러면 저항 R3의 저항이 감소하여 발전기의 출력 전류가 증가합니다. 다이어그램에 따르면 저항 R3의 출력에 따라 출력을 왼쪽에 연결하여 발전기에서 마이크로 회로의 한 요소만 사용하는 것으로 충분합니다. 사용하지 않는 요소(핀 4, 5, 9, 10, 12, 13)의 입력을 공통 와이어에 연결합니다. 장치에서 소비하는 전류가 증가합니다. 이러한 방식으로 ESR 제어의 하한을 0,5...1Ω으로 줄일 수 있습니다. 권장되는 ESR 값 범위를 포괄하려면 하나의 저항 R3 대신 두 개의 전환 가능한 저항을 사용하는 리미트 스위치를 도입해야 합니다.

스위치 SA1을 세 위치에 사용하고 C1과 유사한 다른 커패시터를 추가하면 또 다른 커패시턴스 측정 범위를 추가할 수 있습니다. 권장 범위: 7~40 및 40~220μF(오실레이터 주파수 - 약 2400~550Hz).

커패시턴스 측정 모드에서는 오디오 주파수 신호가 장치의 프로브에 존재합니다. 음향 방출기를 테스트하거나 3H 증폭기의 신호 전송을 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

문학

Omelyanenko A. 전해 커패시터용 ESR 미터. - 전자 장비 수리, 2002, No. 2, p. 37.
Chulkov V. 전해 커패시터의 ESR 확인 장치. - 전자 장비 수리, 2002, No. 6, p. 32.

저자: R. Khafizov, Sarapul, Udmurtia

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