산화물 커패시터의 프로브. 계획, 설명

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산화물 커패시터 프로브. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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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.

ESR을 측정할 수 있는 기능을 통해 실패한 커패시터(단락 및 누출 제외)를 식별하고 아직 나타나지 않은 장치 결함을 조기에 진단할 수 있습니다. 이를 위해 커패시턴스가 허용 가능한 ESR보다 훨씬 낮은 충분히 높은 주파수에서 커패시터의 복잡한 저항을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 100kHz의 주파수에서 10uF 커패시터의 커패시턴스는 약 0,16ohm이며 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-전해 커패시터의 결함을 진단하는 관행은 용량이 10 ~ 100μF인 결함 있는 커패시터의 경우 대부분 1옴을 크게 초과하는 것으로 나타났습니다. 이 기준은 엄격하지 않으며 여러 요인에 따라 달라집니다. 일반적으로 용량이 10~100μF인 양호한 커패시터는 커패시턴스와 작동 전압에 따라 0,3~6옴 범위의 ESR을 갖는 것으로 인정됩니다[2]. 결함이 있는 커패시터를 결정하기 위한 측정 정확도는 특별한 역할을 하지 않습니다. 최대 1,5 ~ 2배의 오류는 상당히 수용 가능한 것으로 간주될 수 있습니다. 이 데이터는 아래에 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 5...10mA로 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

EPS, 옴의 제어 값 범위	0,3 - 1,8(1차 범위) 및 1,2 -7,5(2차 범위)
디스플레이	이산; 주도의; XNUMX단
측정 신호 주파수, kHz	60 ... 80
공급 전압, V	3
측정 중 소비 전류, mA	15
대략적인 EPS 값(1에서 5까지의 LED 점등 수에 따라 다름), 옴	0,3; 0,5; 0,9; 1,4; 1,8(두 번째 범위) 1,2; 2,2; 3,6; 5,4; 7,5(두 번째 범위)
하우징 치수(프로브 제외), mm	70x33x15

또한 이 프로브는 전해 커패시터의 커패시턴스를 평가하는 데 사용할 수 있습니다(작성자 버전에서는 약 15~300마이크로패럿(2개 범위)).

프로브의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 하나.

(확대하려면 클릭하십시오)

요소 DD1.1에서 직사각형 펄스 생성기(주파수 설정 요소 R2, C2)가 만들어집니다. 저항 R3은 제어 커패시터의 ESR에 비례하는 레벨의 신호가 트랜지스터 VT1의 전치 증폭기 입력에 공급되는 테스트 커패시터 Cx를 통해 전류를 설정합니다. 제너 다이오드 VD1은 장치의 프로브가 방전되지 않은 커패시터에 연결될 때 전압 펄스를 제한합니다. 25 ... 50 V 이하의 잔류 전압은 장치에 위험하지 않습니다.

DA1 칩에는 10단계 LED 레벨 표시기가 있으며 이러한 칩은 일부 비디오 플레이어에서 사용됩니다. 마이크로 회로에는 입력 신호 증폭기, 선형 검출기, 출력에 전류 안정기가 있는 비교기가 포함됩니다. 다음 비교기가 켜지는 입력 신호 레벨의 비율은 -5에 해당합니다. -0; 3; 삼; 6dB. 따라서 전체 디스플레이 범위는 16dB를 커버합니다. 모든 LED를 켜려면 약 1mV 수준의 신호가 DA8 칩(핀 170)의 입력에 적용되어야 합니다. 핀 7에 연결된 RC 회로는 검출기의 시간 상수를 결정합니다. 저항 R10은 LED가 소비하는 전류를 제한합니다. 값 선택 기준 : 한편으로는 LED의 필요한 밝기와 다른 한편으로는 전원에서 소비되는 전류.

최대 100kHz의 주파수에서 칩을 사용할 가능성은 실험적으로 결정되었습니다. 마이크로 회로의 공급 전압의 최소 여권 값은 3,5V이지만 여러 사본을 확인하면 최대 2,7V의 전압까지 성능이 나타 났으며 추가로 감소하면 LED가 더 이상 켜지지 않습니다. 이 속성은 프로브의 배터리 상태를 모니터링하는 데 사용됩니다.

이 장치는 원칙에 따라 EPS의 제어 값을 나타냅니다. 저항이 낮을수록 점등되는 LED 수가 적습니다.

스위치 SA1의 접점이 닫히면 커패시터 C2도 커패시터 C1와 병렬로 연결됩니다. 이 경우 생성기 주파수는 약 1800Hz로 감소하므로 테스트된 커패시터 단자의 신호 레벨은 주로 커패시턴스에 따라 달라집니다. 커패시턴스가 높을수록 켜지는 LED 수가 적습니다. 이 모드에서는 커패시터의 ESR도 프로브 판독값에 영향을 미치므로 커패시턴스 제어 범위가 계산된 범위와 다릅니다.

프로브는 칩 저항과 커패시터를 사용하지만 다른 작은 크기를 사용할 수 있습니다. 커패시터 C3 - C6, C8 - 수입 소형 세라믹. 그들의 능력은 중요하지 않습니다. LED VD2 - VD6 - 마이크로 소비, 0,5 ... 1 mA의 전류에서도 매우 밝게 빛납니다. 지정된 요구 사항을 충족하는 다른 빨간색 LED(예: KIPD-05A)를 사용할 수 있습니다.

스위치 SA1 - 소형 슬라이딩, SB1 및 SB2 - 푸시 버튼 멤브레인, 눌린 위치에 고정하지 않음. 트랜지스터 VT1은 전류 전달 계수가 315 이상인 KT3102, KT100(모든 문자 인덱스 포함)로 대체할 수 있습니다. 프로브는 크기가 44x357mm인 두 개의 알카라인 요소 LR13(11,6, G5,4)로 전원을 공급받습니다.

발전기의 작동 주파수는 DD1.2의 출력에서 제어됩니다. 60...80kHz 이내여야 합니다. 필요한 경우 R2 또는 C2 요소를 선택하여 설치합니다. 저항 R1의 저항을 제거하거나 줄이지 마십시오. 그렇지 않으면 프로브를 조작할 때 정의되지 않은 출력 레벨로 DD1.1 요소를 스냅할 수 있습니다. 트랜지스터 VT1의 콜렉터 전압은 1 ... 2V 이내 여야하며 저항 R5를 선택하여 설정합니다.

프로브 생성기(그림 1에서 점선 프레임으로 강조 표시됨)는 그림 2에 표시된 방식에 따라 만들 수 있습니다. 1211. 이 발전기에 사용되는 KR1EU1554 마이크로 회로는 KR3TLXNUMX보다 작습니다.

산화물 커패시터의 프로브. KR1211EU1의 발전기 회로

프로브는 ESR 측정 모드에서 "1,2 - 7,5 옴"(SB1 버튼 누름) 범위의 프로브에 무유도(비와이어) 저항을 연결하고 저항 R3을 선택하여 교정됩니다. SB0,3 버튼을 누른 상태에서 저항 R1,8을 선택하면 "7 - 1ohms" 범위의 판독값이 수정됩니다. SA1 스위치 접점의 닫힌 위치에서 필요한 커패시턴스 제어 범위는 커패시터 C1을 선택하고 알려진 커패시턴스가 있는 커패시터를 프로브에 연결하여 설정합니다.
인쇄 회로 기판 도면은 장치가 충분히 단순하고 디자인을 특정 유형의 하우징에 연결하는 것이 바람직하지 않기 때문에 제공되지 않습니다. 프로브는 직경 1mm의 단단한 강철 또는 황동 와이어로 만들어지며 끝이 약간 구부러지고 뾰족합니다. 프로브 사이의 거리는 4mm이므로 인쇄 회로 기판의 접촉 패드 치수를 고려하여 리드 사이의 거리가 2,5~7,5mm인 커패시터를 확인할 수 있습니다. 커패시터의 단자에 대한 장치 위치의 방향과 관련된 외관상의 불편함은 며칠 사용 후 사라집니다.

사진은 저자 버전의 프로브 모양을 보여줍니다. "Legend P-405T" 타이플로마그네토폰의 원격 유선 스위치 본체를 케이스로 사용했습니다.

산화물 커패시터의 프로브. 프로브 사진

측정 중에는 테스트 대상 제품의 전원을 차단하고 위험한 전압을 저장할 수 있는 커패시터를 방전해야 합니다. 테스트 된 커패시터가 납땜 된 보드의 접촉 패드에 대해 프로브 프로브를 누르고 전원 버튼을 눌러야합니다. 과도 상태로 인해 모든 LED가 짧은 시간 동안 깜박인 후 점등된 LED 수에 따라 커패시터의 상태를 평가할 수 있습니다. 따라서 하나의 커패시터를 테스트하기 위한 프로브의 켜짐 시간은 1초를 초과하지 않습니다. 대략적으로 두 번째 범위에서 최대 22V의 작동 전압에 대해 용량이 100uF 이상인 우수한 커패시터의 경우 모든 LED가 꺼집니다. 더 작은 용량과 더 높은 작동 전압을 위한 커패시터는 더 높은 ESR을 가지므로 2~1개의 LED가 켜질 수 있습니다.

1단계 전원 버튼은 전원 버튼 옆에 있습니다. 전원 버튼만 누르면 EPS가 1,2~7,5옴(대부분의 경우 충분함), 두 버튼을 모두 누르면 0,3~1,8옴(중요 노드의 커패시터 및 상대적으로 큰 정전 용량)으로 제어됩니다. 경험에 따르면 고정 리미트 스위치를 사용하는 것보다 훨씬 편리합니다.

산화물 커패시터의 프로브. 프로브 작업

산화물 커패시터의 적합성을 평가하는 기준은 장치 단위, 전기 모드 및 작동 조건에서 수행하는 기능에 따라 다릅니다. 가장 중요한 노드는 다음과 같습니다. 고주파 변환이 있는 전원 공급 장치의 주요 트랜지스터 제어 회로, TV 및 모니터의 수평 스캔 변압기로 구동되는 소스를 포함하여 이러한 소스의 필터, 수평 스캔 트랜지스터의 전원 공급 회로의 필터 등. 작동 주파수와 재충전 전류가 높을수록 사용되는 커패시터가 더 좋아야 합니다.

위의 회로에서 온도 범위가 최대 105°C인 커패시터를 사용해야 하며, 이는 ESR이 상당히 낮고 고온에서 더 높은 신뢰성을 갖습니다. 이러한 요소가 없으면 용량이 0,33 - 1μF 인 세라믹 커패시터로 산화물 커패시터를 션트하는 것이 바람직합니다. 때때로 이러한 커패시터는 장치 제조업체에서 설치합니다. ESR 측정 모드에서 프로브 판독값을 왜곡할 수 있습니다(커패시터의 커패시턴스는 1kHz - 약 80옴의 주파수에서 2μF입니다).

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 주름이 없으며 적합-부적합의 원칙에 따라 결정하는 것만 큼 측정을위한 것이 아닌 "일꾼"으로 만들어졌습니다. 따라서 의심스럽고 특히 중요한 경우에는 사용 가능한 방법을 사용하여 커패시터를 추가로 확인하거나 알려진 양호한 것으로 교체해야 합니다.

2년 동안 TV 수리점에서 프로브의 2가지 변종 작동은 도량형 매개변수의 최적성과 선택된 표시 유형을 보여주었습니다. 특히 5-7년 이상 작동한 장치에서 진단 성능이 급격히 향상되어 산화물 커패시터 상태의 점진적인 열화와 관련된 결함을 조기에 진단할 수 있게 되었습니다. 프로브의 배터리 수명은 6~10개월 정도 집중적으로 사용할 수 있습니다.

커패시턴스 제어 모드에서 오디오 주파수 신호는 장치의 프로브에 존재합니다. 음향 방출기를 테스트하거나 AF 증폭기의 신호 흐름을 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

문학

전해 콘덴서 용 Omelyanenko A. ESR 미터. - 전자 장비 수리, 2002, No. 2, p.37.
Chulkov V. 전해 커패시터의 ESR을 확인하는 장치. - 전자 장비 수리, 2002, No. 6, p.32.
Flippers.com/esrktmtr.html
radioland.mrezha.ru/dopolnenia/capasit_02/capasit_02.htm
Khafizov R. 산화물 커패시터 프로브. - 라디오, 2003, No. 10, p. 21.

저자: R. Khafizov, elec@udm.net; 간행물: cxem.net

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