SERWIS ELEKTRONIKI

Przyrz¹d do pomiaru wspó³czynnika ESR
Przyrz¹d do pomiaru wspó³czynnika ESR – “ESR 1”
Opracowano na podstawie materia³ów producenta
Ten ma³y, kieszonkowy i bardzo przydatny przyrz¹d
u³atwia wyszukiwanie b³êdów w nowoczesnych urz¹dzeniach
elektronicznych takich, jak na przyk³ad
odbiorniki telewizyjne, monitory, magnetowidy itd.
Pozwala on na zmierzenie zastêpczej rezystancji
szeregowej (ESR) kondensatorów elektrolitycznych
bez potrzeby ich wylutowywania z uk³adu (z p³ytki
drukowanej). Pozwala to na ocenê stopnia „zestarzenia
siê” kondensatora elektrolitycznego, jego jakoœci
oraz ewentualnego wp³ywu na nieprawid³owe dzia³anie
uk³adu.
W szczególnoœci w zasilaczach impulsowych na
skutek wysokich czêstotliwoœci kluczowania oraz
wysokich temperatur pracy i otoczenia proces starzenia
siê kondensatorów elektrolitycznych zachodzi
szybciej ni¿ normalnie ma to miejsce w innych uk³adach.
O ile wzrost wspó³czynnika ESR kondensatora
elektrolitycznego w zasilaczu konwencjonalnym na
przyk³ad w filtrze wyg³adzaj¹cym napiêcie nie powoduje
wyraŸnego pogorszenia funkcjonowania, o tyle w
zasilaczu impulsowym mo¿e to spowodowaæ nieprawid³ow¹
pracê uk³adu a¿ do braku mo¿liwoœci jego
w³¹czenia. Oczywiœcie miernik “ESR 1” mo¿e byæ
stosowany równie¿ do pomiarów rezystancji oporników
w podanym zakresie pomiarowym z pewnymi
ograniczeniami, o których mowa bêdzie w dalszej
czêœci artyku³u.
Proces przyspieszonego starzenia
Wiêkszoœæ podzespo³ów elektronicznych takich, jak na
przyk³ad: pó³przewodniki czy rezystory ma na ogó³ prawie nieograniczony
okres u¿ytkowania (trwa³oœæ, „czas ¿ycia”), pod
warunkiem, ¿e nie pracuj¹ one w warunkach przeci¹¿enia lub
nieprzewidzianych dla nich warunkach œrodowiskowych.
Wœród elementów elektronicznych jest jednak¿e jeden wyj¹tek
– jest nim kondensator elektrolityczny. Jeœli taki kondensator
zostanie zamontowany w uk³adzie, w którym bêdzie pracowa³
w warunkach zgodnych z jego maksymalnie dopuszczalnym
napiêciem, przeciêtny okres „¿ycia” tego elementu
wyniesie od 1000 do 3000 godzin. Pod pojêciem maksymalnego
napiêcia pracy lub inaczej napiêcia nominalnego rozumie
siê sumê napiêæ sta³ych i zmiennych doprowadzonych do
zacisków kondensatora, która w ¿adnym momencie nie powinna
przekroczyæ tej wartoœci. Zale¿y ona od wielu czynników,
miêdzy innymi od wytrzyma³oœci elektrycznej dielektryka,
jego gruboœci, odleg³oœci miedzy elektrodami i wyprowadzeniami,
rodzaju obudowy.
Nawet samo przechowywanie kondensatora elektrolitycznego
powoduje, ¿e po oko³o 10 latach magazynowania taki element
nie powinien byæ ju¿ w wiêkszoœci zastosowañ u¿ywany.
Jednym z istotniejszych powodów takiego stanu rzeczy jest
fakt, ¿e p³ynny elektrolit wewn¹trz kondensatora elektrolitycznego
z biegiem czasu wysycha i tym samym zmniejsza siê pojemnoœæ
kondensatora. Decyduj¹c¹ dla procesu wysychania jest
temperatura pracy, która jest okreœlona przez temperaturê otoczenia
i ciep³o wytwarzane przez sam kondensator w trakcie jego
pracy. Formu³a Fausta mówi, ¿e podwy¿szenie temperatury o 10
stopni zmniejsza czas ¿ywotnoœci kondensatora o po³owê.
Jeœli kondensator elektrolityczny zostanie zastosowany na
przyk³ad w uk³adzie do stabilizacji napiêcia w konwencjonalnym
zasilaczu, zmniejszenie jego pojemnoœci na przyk³ad z
4700µF do 3300µF jest jeszcze do zaakceptowania i mo¿e nie
powodowaæ ¿adnych nieprawid³owoœci w funkcjonowaniu
urz¹dzenia.
Inaczej sprawa wygl¹da we wspó³czesnych zasilaczach –
przetwornicach impulsowych. Tutaj zastosowane kondensatory
elektrolityczne podlegaj¹ ekstremalnie du¿ym obci¹¿eniom.
W wyniku relatywnie wysokiej czêstotliwoœci prze³¹czania i
stromych zboczy impulsów o kszta³cie zbli¿onym do prostok¹tnych,
kondensator elektrolityczny nagrzewa siê, przez co
jego okres ¿ywotnoœci gwa³townie zmniejsza siê. Nic zatem
dziwnego, ¿e jedn¹ z czêstszych przyczyn usterki komputera,
telewizora czy innego wspó³czesnego sprzêtu RTV jest uszkodzenie
zasilacza. Takie zasilacze impulsowe znajduj¹ jednak-
¿e zastosowanie nie tylko w sprzêcie komputerowym ale w
wiêkszoœci wspó³czeœnie produkowanego sprzêtu powszechnego
u¿ytku.
Obecnie mo¿na zauwa¿yæ trend ulegania uszkodzeniom
takiego sprzêtu, jak telewizory, magnetowidy, monitory itd.,
ju¿ nawet po stosunkowo krótkim czasie eksploatacji. Przyczyn¹
uszkodzenia a¿ nazbyt czêsto okazuje siê uszkodzony
kondensator elektrolityczny w przetwornicy impulsowej. W
takiej sytuacji wymontowuje siê podejrzany kondensator elektrolityczny,
mierzy jego pojemnoœæ miernikiem pojemnoœci i
stwierdza, ¿e wartoœæ pojemnoœci w zasadzie tylko nieznacznie
zmieni³a siê. Dlaczego wiêc urz¹dzenie albo zasilacz przesta³o
dzia³aæ?
W takiej sytuacji mamy do czynienia z wewnêtrzn¹ rezystancj¹
kondensatora, nazywan¹ zastêpcz¹ rezystancj¹ szeregow¹
ESR (Equivalent Series Resistance). Ta rezystancja stanowi
nie tyle zastêpcz¹ rezystancjê kondensatora a raczej sumê
wszystkich szeregowych strat kondensatora. Rezystancja wewnêtrzna
ma równie¿ bezpoœredni zwi¹zek z efektem starzenia
siê kondensatora, roœnie ona wraz z wiekiem kondensatora.
Przy wysokich czêstotliwoœciach zastêpcza rezystancja szeregowa
razem z pojemnoœci¹ kondensatora dzia³a jak filtr dolnoprzepustowy
i wyraŸnie redukuje „dzia³anie” rzeczywistej
pojemnoœci. O tym co nastêpuje potem, ju¿ wy¿ej wspomniano
– zasilacz przestaje pracowaæ prawid³owo. Ten efekt mo¿e
wyst¹piæ nagle, wtedy po prostu urz¹dzenie nie chce daæ siê
w³¹czyæ albo rozci¹ga siê w czasie. Wówczas okazuje siê, ¿e
na przyk³ad urz¹dzenie w sposób zupe³nie przypadkowy samoczynnie
wy³¹cza siê, nie daje siê w³¹czyæ „za pierwszym
razem”, a potem dopiero za którymœ razem z kolei itd.
SERWIS ELEKTRONIKI 12/2007 37