Testiranje ispravnosti elektrolitskih kondenzatora s ESR metrom

 Kako ispitati ispravnost kondenzatora

Kondenzatori se ne mogu adekvatno izmjeriti s digitalnim multimetrom. Premda mnogi tehničari tvrde da se kondenzatori mogu ispitati tako da se instrument postavi za mjerenje otpora i zatim se promatra kako se otpor mijenja dok se kondenzator prazni. To ispitivanje može često obmanuti, kondenzator za koji se čini da su prošli taj test zapravo su neispravni.

Ispravan način je mjerenje kapaciteta kondenzatora. Za razliku od digitalnog multimetra, mjerač kapaciteta testira kondenzator propuštanjem izmjenične struje od 400Hz kroz kondenzator. Instrument tada mjeri pad napona na kondenzatoru. Kondenzatori manjeg kapaciteta imat će veći napon napona, nego oni s većim kapacitetom. Instrument mjeri kapacitivnu reaktanciju ili izmjenični otpor kondenzatora.

Ako mjerenjem utvrdite da je kapacitet manji od vrijednosti koja je otisnuta na njemu, kondenzator je loš. Kondenzatori obično imaju prilično veliku toleranciju vrijednosti (+/- 20%). Nemojte se iznenaditi ako je ta vrijednost znatno veća od one koje bi taj kondenzator trebao imati. To je u redu. Kad je kondenzator neispravan, tada je izmjereni kapacitete puno manji od normalnog.

Mjerač kapaciteta je izuzetno koristan kod rada na monitorima i napajanjima. Kondenzator se mora odlemiti s pločice i isprazniti kako bi se mogao ispravno izmjeriti.

 

Testiranje elektrolitskih kondenzatora

Većina elektronskih komponenti ima praktično beskonačni očekivani vijek trajanja. Na primjer srednje vrijeme između kvarova za pasivne komponente kao što je otpornik ili čak aktivne komponente kao dioda ili tranzistor može lako preći 100.000 sati.

Ali elektrolitski kondenzatori su druga priča. Oni nisu tako pouzdani. Jedan od razloga je taj što će se elektrolit koji se nalazi unutar kondenzatora neizbježno osušiti. Rezultat je smanjenje kapaciteta. Na primjer kondenzator od 3300 µF će s vremenom smanjiti se na na 2000 µF nakon toga na 1000 µf i tako dalje. U stvari nije neuobičajeno da je elektrolitski kondenzator u potpunom prekidu. Neki sklopovi kao što su linearna napajanja mogu tolerirati znatan pad kapaciteta bez pojave kvara. U drugim sklopovima, malo smanjenje kapaciteta će se odmah pokazati. Na primjer na PC monitorima, kvar na elektrolitskim kondenzatorima mogu uzrokovati izobličenu sliku,  probleme s osvjetljenjem ili potpuno isključivanje. Kod mrežnog napajanja (switching, chopper) mogu izazvati probleme sa startanjem, pojavljivane laganih crta s smetnjama i brumom na ekranu, slika može biti pomaknuta u stranu, na vrhu ili dnu. Kod televizora može izazvati preklapanje ili vertikalno presavijanje slike. U audio dijelu može izazvati brum i smetnje u zvuku. Kod videorekordera može kod syscon sklopa izazvati isprekidani rad i zbrku u radu mikrokontrolera. U video sklopu potpuno poremećenu sliku, a kod servo sklopa nestabilnu brzinu.

Neispravni elektrolitski kondenzator curenje elektrolita

 

Način na koji se može izmjeriti «zdravlje» elektrolitskih kondenzatora je taj da se izmjeri njihov ESR (Equivalent Series Resistance). ESR je dinamički čisti otpor kondenzatora prema izmjeničnom signalu. Kad je kondenzator osušen, on je tada u prekidu, ESR metar će tada pokazati beskonačnu vrijednost. Ako je lagano smanjen kapacitet, tada će ESR pokazati povećanje od nekoliko Ohma. Zbog tog razloga ako samo mjerimo kapacitet možemo pogrešno zaključiti da je loš kondenzator dobar ( na primjer kondenzator od 470 µF može pokazati da ima kapacitet od 465 µF i on je vjerojatno neispravan, ne zato što mu se smanjio kapacitet, već zbog toga što mu se ESR POVEĆAO). Kondenzatori u switching mrežnom napajanju imaju nizak ESR manji o 1/2 Ohma, ESR od preko 3 Ohma je previsok za primjenu u Horizontalnom i vertikalnom switching sklopu. Na primjer kondenzator od 47 µF/50V u mrežnom dijelu mjerenjem pokazuje da ima ESR od 25 Ohma i to je previše. Novi kondenzator ima ESR od 5 Ohma i on rješava problem. Veći kapaciteti kondenzatora imanju manji otpor, na primjer ispravan kondenzator od 1000 µF ima ESR otpor manji o ½ Ohma, dok neispravni ima 1,5 Ohma.

Najveća prednost ESR metra je taj da nije potrebno odlemljivati elektrolitske kondenzatore kako bi ih izmjerili, već se to može učiniti dok su zalemljeni na tiskanoj pločici. On ne reagira na komponente koje mogu biti paralelno s kondenzatorom kao na primjer otpornici, diode, tranzistori ili induktiviteti. Njegov ispitni signal je samo 5 mV i frekvencije od 100 Khz. TO je jedini pouzdani test za ispitivanje elektrolitskih kondenzatora u switching sklopovima. Kod elektrolitskih kondenzatora koji su na granici ispravnosti važi pravilo ako sumnjate u njih, zamijenite ih, da kasnije ne bi izazivali čudne probleme.

ESR metar je u osnovi AC Ohmmetar s posebnom mjernom skalom i zaštitnim sklopom. On omogućuje neprekidno očitavanje serijskog otpora u elektrolitskim kondenzatorima. Radi na frekvenciji od 100kHz kako bi zadržao faktor prividnog otpora kondenzatora blizu nule. Preostali serijski otpor je zbog elektrolita između ploča kondenzatora i ukazuje na stanje osušenosti.

 

Epidemija kod kondenzatora (loši napuhnuti elektrolitski kondenzatori)

Masovni kvarovi elektrolitskih kondenzatora od aluminija s tekućim elektrolitima, poznatih i kao “e-kondenzatori”, temelje se na milijunima neispravnih kondenzatora proizvedenih od strane tajvanskih proizvođača od 1999. do 2007. godine. Ti kondenzatori su se prekomjerno kvarili već nakon nekoliko mjeseci rada. Mnogi od njih imali su specifikaciju vijeka trajanja (vijek trajanja pod opterećenjem) od 2000 sati pri 105 °C. S prosječnom unutarnjom temperaturom od 45 °C na osobnom računalu i valovitim strujama koje odgovaraju specifikaciji lista podataka, ovi kondenzatori imaju očekivani vijek trajanja od otprilike 15 godina neprekidnog rada. S obzirom na očekivanje vijeka trajanja, kvar nakon 1,5 do 2 godine zaista je “preuranjen”.

Napuhnuti elektrolitski kondenzator s izbočenim vhom

 

Ako ga uključite ili pritisnete gumb za napajanje i čujete kontinuirano kliktanje tijekom pokretanja, mogli biste imati nekoliko napuhnutih kondenzatora na ploči napajanja.

Kako kondenzator stari, smanjuje mu se kapacitivnost, a ESR mu se povećava. Kada se to dogodi, kondenzatori više ne obavljaju svoju svrhu filtriranja istosmjernih napona na matičnoj ploči, što dovodi do nestabilnosti sustava. Neki uobičajeni simptomi su:

• Ne uključuje se uvijek; morate pritisnuti reset ili pokušati ponovno uključiti računalo
• Nestabilnosti (zastoji, plavi zasloni smrti, kernel panici itd.), pogotovo kada se simptomi postupno pojačavaju tijekom vremena
• Pogreške u memoriji, pogotovo one koje postaju češće s vremenom
• Spontano ponovno pokretanje
• U slučaju ugrađenih video kartica, nestabilna slika u nekim video načinima rada
• Neuspjeh u dovršavanju POST-a ili ponovno pokretanje prije završetka
• Nikada ne počinje POST; ventilatori se vrte, ali sustav izgleda mrtav

Kondenzatori s visokim ESR-om mogu uzrokovati kvar napajanja, ponekad uzrokujući daljnje oštećenje sklopovlja. Napon CPU jezgre ili druge napone sustava može fluktuirati ili izlaziti iz raspona, možda s porastom temperature CPU-a kako raste napon jezgre.

Kao vjerojatni uzrok neispravne proizvodnje kondenzatora smatra se industrijska špijunaža u vezi s krađom formule elektrolita. Razvijatelj elektrolita vjerojatno je ponio sa sobom, prilikom preseljenja iz Japana u Tajvan, kemijski sastav novog elektrolita s niskim otporom, jeftinog i vodenog te pokušao krivotvoriti te elektrolite na Tajvanu, kako bi ih prodao jeftinije nego što su to mogli Japanci. Međutim, očito je da je formula kopirana nepotpuno i nedostajale su važne tvari za osiguravanje dugoročne stabilnosti kondenzatora.

Vidljivi simptomi

Krupni plan pokvarenog otvora elektrolitskog kondenzatora i osušenog ostatka elektrolita
Prilikom ispitivanja pokvarenog elektroničkog uređaja, pokvareni kondenzatori mogu se lako prepoznati po jasno vidljivim simptomima koji uključuju sljedeće:

Izbočenje ventilacijskog otvora na vrhu kondenzatora. (“Otvor za ventilaciju” je utisnut u gornji dio kućišta kondenzatora u obliku limenke, tvoreći šav koji se treba rascijepiti kako bi se smanjio nakupljanje pritiska iznutra, sprječavajući eksploziju.)

Razbijen ili napuknut otvor, često popraćen vidljivim smeđim ili crvenim osušenim naslagama elektrolita poput hrđe.
Kućište kondenzatora nakrivljeno stoji na tiskanoj ploči, uzrokovano guranjem donjeg gumenog čepa, ponekad s elektrolitom koji je iscurio na matičnu ploču iz baze kondenzatora, vidljivo kao tamnosmeđe ili crne površinske naslage na PCB.

Elektrolit koji je iscurio može se zamijeniti s gustim elastičnim ljepilom koje se ponekad koristi za osiguranje kondenzatora od udara. Tamno smeđa ili crna kora na bočnoj strani kondenzatora uvijek je ljepilo, a ne elektrolit. Samo ljepilo je bezopasno.

 

Testiranje elektrolitskih kondenzatora ESR metar   

Upute za upotrebu ESR metra

Provjerite svaki elektrolitski kondenzator koji vidite. Tako ćete s iskustvom lakše prosuđivati o njihovoj ispravnosti. Zapazit ćete da su kondenzatori obično vrlo dobri ili vrlo loši.

Promjenljivi ESR : kondenzator je nepouzdan. Zamijenite ga. (Provjerite da li su ispitne štipaljke ili sonde dobro pričvršćene i direktno spojene na izvode kondenzatora, nemojte koristiti uzemljenje šasije).

ESR preko 50 Ohma: Treba ga zamijeniti. Čak i ako sada trenutno ispravno radi, vjerojatno će postati neispravan tokom godine. Činite uslugu vlasniku uređaja  i možda ćete se poštedjeti ponovne reklamacije na popravak.

 

50 – 20 Ohma: To je u redu za kondenzatore od 1 – 50 mF u sklopovima sa srednjom i visokom impedancijom kao što je povezivanje signala i vremenskim sklopovima.

Za kondenzatore preko 50 mF, mi smo ustanovili glavnu granicu koja se bazira na podacima proizvođača, teoriji sklopa i iskustvu.

C x R = 1000

(mF) ( Ohma) (maximum)

Primjer: 100 mF: 10 Ohma Max.

            1000 mF : 1 Ohm Max.

            10.000 mF : 0,1 Ohm max

Kondenzatori vrijednosti manje od 1.0 mF mogu se provjeriti usporedbom izvan sklopa s jednakim tipom i kapacitetom. To će pokazati približni kapacitet, prekid, kratki spoj (obično 0 Ohma) i povremeni prekid.

S kondenzatorima koji su pri rubnim vrijednostima, pokušajte ga usporediti s ispravnim kondenzatorom.

ESR metar može mjeriti ESR u sklopu koji je pod naponom do 600 V, omogućujući da valovitost napona ne mijenja izmjerenu vrijednost od one koja se izmjeri kad je sklop isključen. ESR metar će ignorirati oko 10V p-p na 120 Hz, manje na višim frekvencijama.

Ne preporučujemo mjerenje na sklopu koji je pod naponom jer to nije neophodno i postoji opasnost od strujnog udara.

Promijenite baterije kad se podešavanje na nulu (Zero adjust) drastično promijeni.

Dodatne instrukcije

1. Kratko spojeni elektrolit će pokazati da je dobar na ESR metru, ali to je rijetko. Manje od 1% elektrolita su kratko spojeni.
2. Nepolarizirani elektrolitski kondenzatori se provjeravaju isto kao i  polarizirani.
3. Elektrolitski kondenzatori koji su direktno paralelno spojeni moraju se odvojiti za ispitivanje.

1. 

   Tablica vrijednosti ESR kod elektrolitskih kondenzatora