ESR Messen

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gafu

04.01.10 16:46

Hi,

ich habe vorgestern festgestellt dass ich ein ESR-Meter brauche.

Ein Computer hat seinen Dienst versagt nachdem ein Elko auf der Hauptplatine den Hut hochgemacht hat. Der elko ist ein 1500µF /10V in der baugröße 8x10mm DxH RAD. :-(

Der Rechner ist ein Dell Minidesktop mit P4, der Elko ist bei den RAM-Sockeln mitten auf der Platine. Die 1500µF hab ich erstmal probehalber durch eine parallelschaltung auf zwei elkos mit insgesamt 600µF ersetzt, der Rechner lief wieder.

Für 10 Minuten :-(, dann fuhr der Rechner automatisch herunter.

Jetzt blinkt wieder die Netzteillampe. Offensichtlich überwacht das Netzteil irgendwas und rettet damit die restliche Hardware vor der Zerstörung wenn irgendwo ein Elko den Geist aufgibt.

Jetzt beginnt mein Problem: es gibt etwa 30 Elkos auf dem Board. Das Löten auf durchkontaktieren 4layer-platinen mit großen planes für +5V und GND macht überhaupt keinen spaß. Die anderen Elkos stehen so dicht, dass ich sie nicht durch gleichwertige kapazitäten ersetzen kann mit dem was ich hier habe. Die sind einfach vom durchmesser arg klein, die da verbaut sind, und stehen teilweise dicht an dicht.

Ich hab keinen Schimmer weilcher Cap nun noch kaputt ist, die anderen sehen optisch alle noch ok aus. An der Unterseite des Mainbords sind auch nur 3mm platz, wegen dem minigehäuse. Board tauschen kommt auch nicht in Frage, weils kein ATX-standart ist sondern eine spezielle Bauform von Dell.

Seit längerer Zeit hab ich das ESR-1 von ELV im auge, ein kleines Schätzmeter welches 60 kHz auf den prüfling gibt bei 250mVssund dann den Widerstand des Elkos misst. Durch die geringe Spannung wird noch kein Halbleiter leitend und man kann im Prinzip auch in der Schaltung ohne Auslöten die dinger Testen.

Das ganze Problem ist, dass es hier um einen Widerstand von 0,01 bis 0,2 Ohm geht dei den Elkos die ich damit messen muss. Parasitäre Widerstände aus der Schaltung spielen damit quasi keine Rolle.

Parallele Elkos sind ein problem wenn man in der Schaltung messen will, aber damit kann ich leben.

So, nun wisst ihr um was es geht, jetzt werde ich mal konkret.
ELV kann den bausatz frühestens in einer woche versenden, da momentan nicht lieferbar.
Das dauert mir zu lang, und fertigbausatz frickeln ist langweilig.

Das heisst es gibt was angepasstes. Mangels eigener Erfahrungen wird es wohl ein angepasster Nachbau. Konkrete messerwerte sind nicht nötig, es reicht wenn ich vergleichen kann.
Die idee war, die signalerzeugung und den meßverstärker abzukupfern, und dann nen OPV zu verwenden um eine Nullpunktkorrektur zu erzielen, und das signal in eine mit dem Multimeter verwertbare Gleichspannung zu verwursten.

Was mir aber kopfzerbrechen bereitet ist die Schutzbeschaltung. ELV schickt das Messignal über zwei in Reihe im Signalweg befindliche 4700nF Folienkondis. Zwischen den beiden wird das zu messende Signal abgegriffen, was im Grunde die Spannung über dem zu Messenden Elko sein soll.
Da es aber um Widerstände von 0,01 bis 0.2 Ohm geht, müssten diese Folienkondis ja ebenfalls einen sehr niedrigen Wechselstromwiderstand aufweisen, ideal 0 Ohm.

Welche Typen sind denn für sowas überhaupt geeignet?



Henning

04.01.10 16:59

Minidesktop von Dell...

Machen anscheinend nur Probleme die Dinger. Gerade auf der Arbeit so ein Ding, will auch nicht mehr, scheint aber das Netzteil zu sein. Hoffe dass die Kiste durch was modernes ersetzt wird, dann könnte ich dir eventuell das Board überlassen.

gafu

04.01.10 17:17

also wenn die LED im "Einschalter" vom computer blinkt und es sich nicht mehr einschalten lässt, dann heisst das: Netzteil meldet fehler im angeschlossenen board. Irgendwas wird da vom netzteil ziemlich gründlich überwacht. Das netzteil sorgt auch von selbst für das geregelte herunterfahren wenn irgendwo grenzwerte überschritten werden. In dem Netzteil bei meinem sieht aber alles noch aus wie neu.

Also board verrottet, beschädigt oder elko durch. soweit ich ergoogelt hatte gab das wohl an anfang einge probleme mit den boards, bei mir sind es eben die "normalen" alterungserschneinungen, schlechte elkos haben auch andere schon verbaut, asus z.b...

Ich mag die dinger eigentlich, die nehmen wenig platz weg, haben sehr effiziente Netzteil, alles passt gut zusammen, das ist alles sehr durchdacht, man braucht nicht mal nen schraubendreher um dort irgendwas auszutauschen und trotzdem wirkt alles solide, nichts klappert und vibriert, alle lüfter temperaturgeregelt, festplatte mit gummibuchsen gelagert u.s.w. u.s.w.

Die graphik ist halt für büro gemacht, nicht zum zocken :-)
Aber sonst ziemlich gute kisten. Aufrüsten ist halt nicht wirklich möglich, die kisten sind wählerich bei den ram-modulen, das bios ist wieder was dell-eigenes, und wenn was kaputt ist passt eben nur original dell kram.. und in jedem modell wieder andere teile :-(

irgendwas ist halt immer.
dafür sind sie kisten ziemlich sparsam mit energie.




Zuletzt bearbeitet: 04.01.10 17:22 von gafu

TDI

04.01.10 17:18

Moin Gartenfunker,

Tante Reichelt hat inzwischen auch low ESR und Super low ESR-Elkos im Angebot. Nur so als Tip, falls Du es noch nicht gesehen hast.
Die bedrahteten low ESR fangen mit RAD FC an, die SMD low ESR mit VF und die Super low ESR mit PXA. Laut Katalog ist das Markenware von Panasonic bzw Europe ChemiCON (super low ESR).

Interessant finde ich in dem Zusammenhang auch die MURATA High Caps. Das sind SMD Vielschichkondensatoren mit Kapazitäten bis zu 100µF.
Vielleicht ist es eine Idee, sowas den Elkos parallel zu schalten, um die Rippelstrombelastung etwas zu senken und somit die Lebensdauer zu erhöhen.

Grüße

TDI-Gurker

gafu

04.01.10 17:52

das ist interessant, war mir noch garnicht aufgefallen, vielleicht sollte ich gleich mal paar auf vorrat bestellen.

nur was nimmt man für folien-kondensator-typ wenn der möglichst gute ripple-ströme abkönnen soll ?

Gary

04.01.10 17:56

Hi

ich habe einen Shuttle XPC

Da war der kleine Lüfter vom Netzteil hörbar. Ich hab jetzt ein Siemens Netzteil über ein längeres Kabel rangetüddelt. Leiser und noch weniger Temperatur im Gehäuse.
Vielleicht kannst du das auch machen, zumindest solltest du ein anderes Netzteil testen.

Mein Bruder hat mal ein Abit Board aus ebay gebracht. Da waren zwei Kondis in Caprio Ausführung. Ich hab mangels geeignetem Material zwei Drähte eingelötet. An die zwei ca 5cm langen Drähte hab ich meine besten Kondis rangelötet.

Zum ELV Gerät - nicht schlecht um defektes auszusortieren. Für dicke Low ESR Typen reicht es nicht, zumindest nicht bei den hohen Kapazitäten wie sie auf MB's zu finden sind.

Gruß Gary

Bastelbruder

04.01.10 18:38

Hallo gafu,

1. Gute Kondensatoren gibts hier.

2. In der ELV-Schaltung werden keine besonderen Kondensatoren benötigt, zu C11 sind 100 Ohm in Reihe, das ist die fast- Konstantstromquelle, C12 soll natürlich ein ESR unter 0.1 Ohm haben aber das können eigentlich alle modernen, quaderförmigen Folienkondensatoren. Und wenn der C etwas mehr Serienverlust hat, muß dieser Widerstand lediglich vom angezeigten Wert abgezogen werden.

3. Die ELV-Schaltung mißt den effektiven Widerstand, das ist der ESR, der natürlich abhängig ist von Kapazitätswert und der Frequenz.

4. Von Elektor gibts auch eine Schaltung, die nur den unerwünschten Widerstand anzeigt und das unabhängig von der Kapazität. Schaltung liefere ich nach

shaun

04.01.10 18:41

Warum reicht es nicht? Ich habe die Schaltung auch so in etwa nachgebaut - ok, die Auflösung ist 10mOhm, ein guter low-ESR-Elko liegt u.U. darunter - aber ein definitiv kaputter, so kaputt, dass er an einer halbwegs korrekt designten Schaltung zu Fehlfunktion führt - hat deutlich mehr. Viele Elkos, die einfach nur dicke Backen machen oder noch gar keine äusserlichen Erscheinungen aufweisen, beim Messen aber auffallen, ohne dass das schon Ausfälle des Gerätes zur Folge gehabt hätte, hatten ESRs im Bereich von 0,2 Ohm aufwärts (1000-3300u-Typen).

Die beiden Kondensatoren sind übrigens nicht so kritisch, eben weil sie NICHT in Reihe zum Messobjekt liegen! Die Signalquelle speist einen Strom, da stört der Reihenwiderstand des Kondensators nicht, und die Messschaltung rechts vom UEO ist hochohmig genug.

gafu

04.01.10 19:51

also bestell ich einfach irgendsoeinen folienquader mit der passenden kapazität und gut ist.

mussnur gucken welchen footprint die haben, dann kann ich derweil ne leiterplatte machen.

Bastelbruder

04.01.10 21:16

Jetzt hab ich auch den Elektor-Artikel gefunden, er ist im Septemberheft 2002. Die Schaltung ist ein wenig Overkill, weil überall normiert wird und abgeglichen werden muß,
inclusive der Meßfrequenz.
Ich hatte noch ein ICL7106-Meter rumliegen und dazu die notwendigsten Teile drumrumgebaut
Nachtrag: Habe zum besseren Verständnis (das Teil will doch hoffentlich keiner nachbauen:-) noch ein paar virtuelle Drähte nachgezogen und nummeriert. Es sind außer den
gezeichneten Bauteilen keine weiteren Teile drin, auch keine negative Versorgung. Und wozu die beiden Widerstände in der Mitte oben (?) taugen, kann ich nicht mehr
nachvollziehen. Sie sind jedenfalls drin und stören die Funktion nicht.

Das Ganze geht mit Einknopfbedienung: Einschalten, nach einer Minute geht das Teil wieder aus wenn nicht zwischendurch ein sinnvoller Wert OHNE die führende
Überlauf-Eins angezeigt wird, dann wird der Timer-C nachgeladen. Der Synchrongleichrichter geht direkt auf den A/D-Wandler, eine ähnliche Schaltung erzeugt
die Referenzspannung. Wenn während der Messung die Taste gedrückt wird, stoppt der Taktgenerator und es wird der DC-Widerstand angezeigt.

Zur Verdeutlichung habe ich mal zu den 22µF einen 4,7Ohm-Widerstand in Reihe gehängt

und dann das Gleiche mit 220nF und 4,7Ohm. 220nF haben bei 100kHz schon 7 Ohm, das mit 60kHz Sinusspannung messende ELV-Meter dürfte dann etwa 15 Ohm anzeigen. 'Kiloohm korrigiert
Die Elektor-Erfindung läßt sich davon fast nicht beeindrucken!


Was ich zwischendurch noch einbauen wollte, war ein Meßbereich mit 10mOhm Auflösung, verbunden mit 10 oder nur 1kHz Meßfrequenz, das hat sich aber als
nicht notwendig herausgestellt. Badcaps waren bisher immer viel schlechter als ich vorher vermutet hatte.
Die abgeschirmten Doppelleitungen dürften sich, speziell in diesem niederohmigen Meßbereich, auch einsparen lassen.
Ein noch ein etwas andererer Einsatzzweck ist das Messen des Innenwiderstandes von Aldi-9V-Akkus vor dem Kauf. Die haben Streuungen von 0,5 bis 10 Ohm,
und den Kondensator in Reihe nicht vergessen!
Fast hätte ich Euch die Innenansicht vorenthalten..



Zuletzt bearbeitet: 07.02.11 07:15 von Bastelbruder

shaun

04.01.10 21:24

Dafür ist die Schaltung technisch natürlich besser, weil durch die Synchrongleichrichtung des Realteils der Spannung über dem Kondensator WIRKLICH der ESR und nicht sqrt(Uesr^2+Uxc^2) gemessen wird. Bei den einfachen Schaltungen setzt man halt eine untere Kapazitätsgrenze, bei der die Messfrequenz das Xc ausreichend klein macht.
Da spielt die Praxis einem natürlich zu: kleine Cs haben einen größeren ESR, da macht das Xc nix

Tschens

05.01.10 16:31

Die Elektorschaltung ist ja mal echt genial. Also jetzt nicht das ganze Abstimmgedöns, sondern die Grundidee mit der Synchrongleichrichtung. Einfach der Hammer. Da wäre ich ja in sieben kalten Wintern nicht drauf gekommen...

(OT: Jaja, das waren noch Zeiten, als die Elektor nicht nur aus irgendwelchen Mikrocontrollerboards sondern auch noch aus "richtiger" Elektronik bestand. Hmmmm...)

ogge

05.01.10 16:39

Hallo,

ohne großes Gelaber, ich kann diese simple Schaltung sehr empfehlen:

simples ESR-Meter

Natürlich kein Präzisionsgerät, aber flutscht gut, ist bei mir direkt nach Multimeter und Scope das am meisten verwendete Prüfgerät und hat mir schon viele faule Eier/Elkos aufgedeckt.

Viele Grüße,
Alexander

Thomas

05.01.10 16:53

Hallo gafu,
Ich hab auch noch eins,
http://www.ludens.cl/Electron/esr/esr.html

Grüße,
Thomas

gafu

05.01.10 18:52

ohne großes Gelaber, ich kann diese simple Schaltung sehr empfehlen


Sehr interessant, und ausnahmsweise mal nur totale standartbauteile.
Schön finde ich auch den bestückungspapierdruck auf dem protoboard :-)

das ist ja deutlich einfacher als das teil von elv, um das mal als maßstab zu nehmen. da hinten irgendeine anzeige angefrickelt, (50µA hab sich ganz sicher nicht da).

das ganze bequem mit einem billigsten mc34063 als step-up aus einer einzelnen li-zelle versorgt und ein max1811 zum laden via 5V 500ma..

das klingt gut. war schon am überlegen ob ich mal nen layout für das elv-teil zusammenfrickel heut am abend.

das muss ich glatt mal mit frequenzgenerator ausprobieren.
ich glaub für die schaltung hab nicht mal ich lust ne leiterplatte zu machen, da reicht lochraster :-D
An übersichtlichkeit kaum zu übertreffen. dann hätte doch das kleine handgehäuse ausgereicht. hmm.

irgendwie muss die ausgabe auf ein digital-einbauvoltmeter, da hab ich noch eins liegen.

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