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关于自制电容多参数检测电路问题【DIY】

前几天发帖讨教关于ESR检测的问题,朋友说用交流电桥,于是上网淘,发现价格都几千,自己的小工作室目前还不能承受。

于是想到小米加步枪——DIY,画个电路,向大家讨教:

 

 

 该电路想实现:

1、检测电容的实际击穿电压

2、检测纹波电流与电容温升的关系

3、检测电容的ESR

4、检测电容内部引线及铆焊点等刚好不能承受的最大损坏电流。

主要是对买来电容入库之前,进行检验或核实,不追求高精度,但求心里有数。

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2013-12-01 06:52

电路图符说明:

1、 Uc是充电电压,测无极电容可以是交流

2、Rcd是充放电限流电阻,最大破坏电流试验是Rcd>100Rd

3、Rcs是电容充放电取样电阻,电流波形用示波器观测

4、Rd是放电限流电阻

5、LM35是检温IC,加个5V就可以用万用表直接读出温度

6、Y1、Y2接示波器

7、Q是放电开关管

8、Vctr是驱动,可用一片555或3842实现。

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2013-12-01 07:01

所需器材:

1、示波器

2、万用表

3、整流二极管

4、>20W自耦调压器220V/0~300V

5、>20W升降压及隔离用——控制变压器220V/380V/12V/6.3V

※ 如果只在低压范围测电解,4/5用可调直流电源代替。

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2013-12-01 07:02

请问有没有这样或类似的现成产品在卖?

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2013-12-01 07:29

请教:

1、该电路能否实现上述1~4功能?

2、有什么地方需要简化或者改进?

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358858518
LV.7
6
2013-12-01 13:30
@问问达达
请教:1、该电路能否实现上述1~4功能?2、有什么地方需要简化或者改进?
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2013-12-01 14:20
@358858518
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谢谢!

我是这样想的,最大损坏电流是瞬间电流,可以在平均电流和外壳温升很小的状态下进行,所以想长时充电-瞬间大电流放电,只在放电过程中实现这个检测。电流由Rd调整,开关管的Ron与r、Rd、Rcs共组放电电阻,电流由Rcs通过示波器Y1通道检测。

 

测ESR时用Y2,Rcs不用,也是长时充电-瞬时大电流放电,但电流应远小于上述最大损坏电流。开始放电瞬间,纯电容还没来得及放电,保持原来电压,但由于r上通有较大电流而产生压降,Y2波形上会出现瞬时下降的电压ΔV,同时在Y1通道检测出起始放电电流Istart,那么就可评估出r=ΔV/Istart。

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358858518
LV.7
8
2013-12-01 14:52
@问问达达
谢谢!我是这样想的,最大损坏电流是瞬间电流,可以在平均电流和外壳温升很小的状态下进行,所以想长时充电-瞬间大电流放电,只在放电过程中实现这个检测。电流由Rd调整,开关管的Ron与r、Rd、Rcs共组放电电阻,电流由Rcs通过示波器Y1通道检测。 测ESR时用Y2,Rcs不用,也是长时充电-瞬时大电流放电,但电流应远小于上述最大损坏电流。开始放电瞬间,纯电容还没来得及放电,保持原来电压,但由于r上通有较大电流而产生压降,Y2波形上会出现瞬时下降的电压ΔV,同时在Y1通道检测出起始放电电流Istart,那么就可评估出r=ΔV/Istart。
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2013-12-01 16:17
@358858518
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刚转过这个弯,放电电流可以用VY2÷(Rd+Ron)检测到,所以Y1和Rcs可以不要了,谢谢!

不知我说的这个瞬间大电流,规范名称应该叫做什么?

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358858518
LV.7
10
2013-12-01 21:20
@问问达达
刚转过这个弯,放电电流可以用VY2÷(Rd+Ron)检测到,所以Y1和Rcs可以不要了,谢谢!不知我说的这个瞬间大电流,规范名称应该叫做什么?
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2013-12-02 22:01
@358858518
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学习了。

记得以前从哪个厂家规格书里见过这个dV/dt的参数,是薄膜电容类的,大容量的电解电容好像没有,可能是一般情况下用不到吧。

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2013-12-03 09:24
@问问达达
学习了。记得以前从哪个厂家规格书里见过这个dV/dt的参数,是薄膜电容类的,大容量的电解电容好像没有,可能是一般情况下用不到吧。

找到一份关于dV/dt的资料:

是金属化聚酯薄膜电容

 

脉冲处理能力

dV/dt——表示单位时间内电容允许的非正弦电压最大变化,单位为V/mS。

K0——表示加到电容上波形的最大允许脉冲,表示在V2/ms。

注意:

电路工作时,相关参数不得超过dV/dt和K0值,以免导致电容损坏。

 

(以下是原文)

Pulse handling capability

"dV/dt" represents the maximum permissible voltage change per unit of time for non-sinusoidal voltages, expressed in V/ms.

"k0" represents the maximum permissible pulse characteristic of the waveform applied to the capacitor, expressed in V2/ms.

Note:

The values of dV/dt and k0 provided below must not be exceeded in order to avoid damaging the capacitor.

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2013-12-03 09:44
@问问达达
找到一份关于dV/dt的资料:是金属化聚酯薄膜电容[图片] 脉冲处理能力dV/dt——表示单位时间内电容允许的非正弦电压最大变化,单位为V/mS。K0——表示加到电容上波形的最大允许脉冲,表示在V2/ms。注意:电路工作时,相关参数不得超过dV/dt和K0值,以免导致电容损坏。 (以下是原文)Pulsehandlingcapability"dV/dt"representsthemaximumpermissiblevoltagechangeperunitoftimefornon-sinusoidalvoltages,expressedinV/ms."k0"representsthemaximumpermissiblepulsecharacteristicofthewaveformappliedtothecapacitor,expressedinV2/ms.Note:ThevaluesofdV/dtandk0providedbelowmustnotbeexceededinordertoavoiddamagingthecapacitor.
这些电容虽然电压有的较高,但容值uF级都比较小,电流可以大一些能量相对较小。而对于高压大容量的电解电容,情况可能要严重一些了。对于做普通开关电源的朋友来说,讨论这个电流意义不大,毕竟这么多年没关注也没出现什么问题,但对于特殊电源来说,这个参数可能关系到产品的体质或寿命。
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358858518
LV.7
14
2013-12-04 01:23
@问问达达
这些电容虽然电压有的较高,但容值uF级都比较小,电流可以大一些能量相对较小。而对于高压大容量的电解电容,情况可能要严重一些了。对于做普通开关电源的朋友来说,讨论这个电流意义不大,毕竟这么多年没关注也没出现什么问题,但对于特殊电源来说,这个参数可能关系到产品的体质或寿命。
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2013-12-04 15:22
@358858518
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这样说来,电解电容是介于电容和电池之间的元器件了,这样理解对吗?

我喜欢别人和我唱反调,呵呵

 

前面说到Ipk = C(dV/dt),是说对于确定容量的电容来说,dv/dt实际代表电流大小

而K0,从注释和单位上看,对于确定容量电容,K0好像代表瞬时功率,

  因为储能Ec=1/2·C·(V^2),K0=(V^2)/t,

  所以瞬时功率P=Ec/t=1/2·C·K0 =0.5 · C · K0

觉得过流损坏电容的根本还是在能量或功率,而不是只有电流一个指标。

在想,厂家为什么要给这个K0参数?是否像我上面不严谨的理解那样呢?

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358858518
LV.7
16
2013-12-04 15:49
@问问达达
这样说来,电解电容是介于电容和电池之间的元器件了,这样理解对吗?我喜欢别人和我唱反调,呵呵 前面说到Ipk=C(dV/dt),是说对于确定容量的电容来说,dv/dt实际代表电流大小而K0,从注释和单位上看,对于确定容量电容,K0好像代表瞬时功率,  因为储能Ec=1/2·C·(V^2),K0=(V^2)/t,  所以瞬时功率P=Ec/t=1/2·C·K0=0.5·C·K0觉得过流损坏电容的根本还是在能量或功率,而不是只有电流一个指标。在想,厂家为什么要给这个K0参数?是否像我上面不严谨的理解那样呢?
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2013-12-04 21:26
@358858518
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以前真没注意这样的问题,电容和电池的工作都无外乎充电和放电,有相同的充放电物理参数,如充放电电流、时间、外端电压、内阻ESR等,电池容量用Q=It表示,电容容量用Q/U表示,如果V都一样或确定,这两种容量又是同一物理意义,或者说有可比性,比如600mAh3V的电池,其"电容量"为C=Q/U=0.6Ah×3600(S/h)÷3V=720F= 720000000 uF。

请问这样理解和推算对不对?

电容和电池的最本质的区别是什么?

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2013-12-04 21:56
@问问达达
以前真没注意这样的问题,电容和电池的工作都无外乎充电和放电,有相同的充放电物理参数,如充放电电流、时间、外端电压、内阻ESR等,电池容量用Q=It表示,电容容量用Q/U表示,如果V都一样或确定,这两种容量又是同一物理意义,或者说有可比性,比如600mAh3V的电池,其"电容量"为C=Q/U=0.6Ah×3600(S/h)÷3V=720F=720000000uF。请问这样理解和推算对不对?电容和电池的最本质的区别是什么?
好像又有点跑题了,呵呵
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358858518
LV.7
19
2013-12-04 22:47
@问问达达
以前真没注意这样的问题,电容和电池的工作都无外乎充电和放电,有相同的充放电物理参数,如充放电电流、时间、外端电压、内阻ESR等,电池容量用Q=It表示,电容容量用Q/U表示,如果V都一样或确定,这两种容量又是同一物理意义,或者说有可比性,比如600mAh3V的电池,其"电容量"为C=Q/U=0.6Ah×3600(S/h)÷3V=720F=720000000uF。请问这样理解和推算对不对?电容和电池的最本质的区别是什么?
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358858518
LV.7
20
2013-12-04 22:59
@问问达达
好像又有点跑题了,呵呵
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2013-12-04 23:04
@358858518
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明白,电容两极的电荷真实、时刻存在,而电池两极没有现存的电荷,只在放电过程中随时产生。严格讲,这里说的电荷是指具有电势能的电荷,因为电荷守恒。

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358858518
LV.7
22
2013-12-04 23:30
@问问达达
明白,电容两极的电荷真实、时刻存在,而电池两极没有现存的电荷,只在放电过程中随时产生。严格讲,这里说的电荷是指具有电势能的电荷,因为电荷守恒。
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2013-12-04 23:52
@358858518
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嗯呢,刚才看了你的帖字,想了好多,瞬间大电流对电容的破坏,可能与其它力学光学等常见的破坏有相似之处,比如:

1、能量的空间密度——放大镜聚光能点燃东西,平均功率并不大,但在空间上的光斑很小,局部功率较大

2、能量的时间密度——脉冲激光器,平均功率也不大,但时间很短,瞬时功率很大

3、力的空间密度:压强P=F/S———图钉两端,一端安全另一端伤手,是否遭到破坏取决于单位空间(面积)的力

能量和力,是产生破坏的两种物理量。

能量致损的原因,大部分是发热以及发热产生的连带作用,或是转化为机械能的破坏力。

力致损的原因,应该是使物体屈服于破坏力,进而导致分子和原子结合上的结构变化。

这样理解不知对不对?

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2013-12-04 23:52
@358858518
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现在都认为电学和力学是并列的两个学科分支,好像不是。电学中最初的、关于电的定义是力,电场的场说的也是力场,电压、电势实质是单位电荷的电势能,这些都是基于力的道理。所以说电学是力学的分支。不知这种理解对不对?

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2013-12-04 23:53
@358858518
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回到主题,超过电容耐压的过压击穿,电子的“力”超过了绝缘体所能承受的强度?

 

而过流烧损,主要是电能转化为热能,即发热,同时散热跟不上导致温升,温升高到一定程度,器件变性或工作参数改变,最后导致异常。这是平均电流的致损。

另外平均电流不大,但在“空间上的局部”和“在时间上的瞬间”电流密度较大,我想到的还是发热能量,因为空间小时间短,尽管几乎没有通常考虑的散热余地,但局部和瞬间的热传导性能,以及材质及结构是抵抗这种破坏的主要因素。

 

在论坛中看到多次“电压应力”和“电流应力”这两个词,现在还是不理解,但觉得和器件安全有关。

这两种“应力”是否和以上说的有关联呢?

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2013-12-05 00:11
@358858518
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或许是图少话多,违背了论坛浏览7秒半定律

没关系,来日方长,坐在摇倚上,慢慢地聊,呵呵!

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358858518
LV.7
27
2013-12-05 01:04
@问问达达
回到主题,超过电容耐压的过压击穿,电子的“力”超过了绝缘体所能承受的强度? 而过流烧损,主要是电能转化为热能,即发热,同时散热跟不上导致温升,温升高到一定程度,器件变性或工作参数改变,最后导致异常。这是平均电流的致损。另外平均电流不大,但在“空间上的局部”和“在时间上的瞬间”电流密度较大,我想到的还是发热能量,因为空间小时间短,尽管几乎没有通常考虑的散热余地,但局部和瞬间的热传导性能,以及材质及结构是抵抗这种破坏的主要因素。 在论坛中看到多次“电压应力”和“电流应力”这两个词,现在还是不理解,但觉得和器件安全有关。这两种“应力”是否和以上说的有关联呢?
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2013-12-05 08:14
@358858518
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简单生动,讲得好,我想我明白了电X应力,谢谢!

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2013-12-05 08:21
@问问达达
简单生动,讲得好,我想我明白了电X应力,谢谢!

(略)

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2013-12-06 02:07

主帖的图晒了几天,闲时也回来看看想想,觉得原理很简单。

但是,因为涉及几个功能的组合及切换,还要尽可能包罗常用的不同参数的电容,所以Rcd、Rd、Rcs,以及Vctr的ton和toff等参数,需要在测试不同电容时改变。

这样一来,简单的问题又变得复杂化了。

现在想的问题是,如何做成一个在手边方便使用的小仪器?

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2013-12-06 02:13
@问问达达
主帖的图晒了几天,闲时也回来看看想想,觉得原理很简单。但是,因为涉及几个功能的组合及切换,还要尽可能包罗常用的不同参数的电容,所以Rcd、Rd、Rcs,以及Vctr的ton和toff等参数,需要在测试不同电容时改变。这样一来,简单的问题又变得复杂化了。现在想的问题是,如何做成一个在手边方便使用的小仪器?

因为是DIY,自己使用,没必要考虑做成傻瓜式的仪器,所以不打算用切换开关,而采用简单的积木方式。

就是将Rcd、Rd、Rcs,以及被测电容,都做成外插式,根据需要随时换件调整。

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