ESR waarde Elco

Tan(δ) bij 120 Hz = 0.15.

Een condensator van 230uF heeft bij 120Hz een impedantie van
1 / (2 * pi * f * C) = 5.7 Ω

Tan(x) = Sin(x) / Cos(x) is dus de verhouding tussen reele deel en imaginaire deel. Ofwel Tan(δ) = ESR / Reactantie.

Dus ESR = 0.15 * 5.7 Ω = 0.86 Ω

Zie ook https://forum.digikey.com/t/calculating-capacitor-esr-from-tan/2633

Voor een buffer elco voor de gelijkgerichte netspanning aan de primaire zijde van de HS-trafo zou ik me niet druk maken om de ESR van de elco zolang de capaciteit maar voldoende hoog (binnen tolerantie) is.

Als het de "hoogspannings" bufferelco is dan is de ESR op die plek niet zo heel erg belangrijk. Hij buffert de ±325v DC spanning die uit de 50 Hz netspanning wordt gemaakt.

Als zo'n voeding niet werkt, komen de secundaire elcos, daar is de ESR wel van belang, als eerste verdachten in aanmerking. Ze moeten daar de "werkfrequentie" van de SMPS verwerken en dat is vaak meer dan 100 kHz.

Enige ESR is welkom bij de hoogspannings buffer elco anders vliegt de netzekering eruit.

Zoals kees aangeeft is de ESR te berekenen uit de tanδ
Decenia lang gaven LCR meters alleen D aan, ofwel de dissipatie factor, ofwel tanδ meestal op 1kHz.
Iedere ingenieur wist waar dat voor stond.
De gemiddelde reparateur niet, maar toen er nog geen smps waren was de ESR in de gemiddelde radio of TV niet van belang.
Toen er wel smps waren werd de ESR van belang. Een "echte" LCR meter gaf D, de datasheet idem (tanδ = D ) en dat was dus voldoende. Maar LCR meters waren duur, D was een complex begrip dus de gemiddelde consumenten apparatuur reparateur kon het niet meten en wist niet wat het precies inhield.

Ze wisten op de duur wel dat, met het oplopen van de werk frequentie van de smps, de "ESR" steeds belangrijk werd. Een jaar of 15 terug begonnen er DIY ESR metertjes op te duiken. Maar in de datasheet stond geen letterlijke ESR, de meeste hebben/hadden ook niet door dat de ESR sterk frequentie afhankelijk is. Dus kwamen er tabelletjes opgesteld door andere hobbyisten welke gemaakt waren op basis van hun ervaring.
Later werd 100 kHz een beetje de standaard voor ESR meten (door de hobbyist en consumenten electronica reparateur). Rond die tijd ging de datasheet ook de Z (impedantie) op 100 kHz vermelden. Veel mensen dachten foutief dat Z = ESR. Simpel omdat weinig mensen bekend zijn met complexe impedantie, reactantie etc.

Daarnaast ontstaat er verwarring doordat er 2 type ESR meters zijn. De gene die Z meten, maar zeggen ESR te meten (het merendeel) en een paar andere die echt de ESR meten.

Het voordeel van D op 100/120Hz is dat deze voor de meeste 105 graden elco's alleen spanning afhankelijk is. En als dat lijstje van diverse fabrikanten naast elkaar legt zie je dat die vrij dicht bij elkaar zitten (Ik heb alleen naar A-merk elco's gekeken want dat is het enige waar ik mee te maken heb) Dus met een echte LCR meter op 100/120 Hz kom je een heel eind met een enkele tabel.

Nu beginnen er goedkopere LCR meters te komen die meer frequenties en D, Q, ESR, Z, Rs etc aan kunnen. Duur omdat het vectoriele metingen zijn en dat was complex om te meten. Dus ik verwacht dat op de duur losse ESR meters samen met de verstokte (zinloze) in-situ en met DMM metende hobbyist, langzaam zal uitsterven.

En toch is die "D" een idioot begrip. Kan best dat je daarmee leert werken, maar het is niet de juiste waarde.

Wat je aan TS z'n meting kan zien is dat de ESR van 100 tot 10kHz ongeveer constant blijft. Dat is dus een "getal" waarmee je de impedantie bij andere frequenties kan uitrekenen.

Vergelijk het met "dit onderdeel heeft bij 100Hz een impedantie van 5.5 Ohm". Dan kan je HOPEN dat het een condensator is en dat die bij 100Hz 0.55 Ohm is en bij 10kHz 0.055Ohm.

Als die dissipatiefactor bij 100 Hz en bij 10kHz ongeveer hetzelfde zou zijn, dan is het een interessante waarde. Dan kan je dingen inschatten bij 1kHz of 1Mhz.

Maar goed. Ik heb nog steeds niet zelf aan dit soort dingen kunnen meten op een manier dat ik er inzicht van krijg.

[Bericht gewijzigd door rew op zondag 24 november 2024 10:51:01 (23%)]

Voor reparatie is D een perfecte parameter. Het staat in de datasheet. De elco uit die datasheet is immers geschikt voor de toepassing (als het apparaat goed ontworpen en getest is ) Dus als jij de D opzoekt voor de elco die in het te repareren apparaat zit en de elco voldoed qua D, C en lekstroom dan is het goed.

Maar voor jou als ontwerper is het een vrij zinloze parameter omdat jij moet weten hoe de elco voldoet op de frequentie van jou schakeling. Dat doen de meeste dmv trail and error evt en de data uit de datasheet (Z op 100 kHz) Maar tegenwoordig kan iedere serieuze LCR meter ook frequentie sweeps maken en kan zelfs Rs+jX weergeven (de mijn gaat maar tot 300kHz maar zijn duurdere broertje gaat volgens mij over een MHz) Of je gebruikt een VNA of impedantie meter. Of je probeert gewoon wat elco's, je scoop meting laat je heel snel zien of je keuze goed is. Maar de moderne digitale ontwerper heeft vaak last van een scoop-fobie (zowiezo hebben ze, in tegenstelling tot de analoge en RF ontwerper, vaak een hekel aan meten)

In de totale C impedantie (Zc) die een LCR meter meet zitten ook nog de ESL en Rleak die meedoen in het imaginaire deel en reeele deel van Zc en effect hebben op de door de LCR meter gemeten C-waarde en ESR-waarde en dus op D.
Voor lage frequenties is ESL meestal te verwaarlozen voor hogere (of hoge) frequenties niet meer.

Op zondag 24 november 2024 11:08:13 schreef fred101:
Maar voor jou als ontwerper is het een vrij zinloze parameter omdat jij moet weten hoe de elco voldoet op de frequentie van jou schakeling. Dat doen de meeste dmv trail and error evt en de data uit de datasheet (Z op 100 kHz)

Voor trial and error moet ik dus tientallen onderdelen gaan bestellen en hopen dat er een werkende bij zit. Ik vind dat geen manier van werken.

Als ik een smps ontwerp kies ik een 105 graden elco van Panasonic met datasheet specs die passen bij de toepassing en dat is nog niet mis gegaan. Een test schakeling bouwen moet altijd. Alle onderdelen incl PCB moeten geschikt zijn voor de toepassing. Als ik zou twijfelen dan meet ik de elco op de werkfrequentie door. Meten en testen zijn een belangrijk onderdeel van het ontwerpen en bouwen. En ik ontwerp niet eens veel. Als ik regelmatig smps zou ontwerpen dan heb ik al vrij snel een lijst met bekende en geschikte onderdelen. Je hoeft niet iedere keer opnieuw een geschikte elco te vinden. Zo kritisch is het nu ook weer niet. Als ze de stroom aan kunnen, een lage D op 100Hz hebben, en een lage Z op 100kHz is het meestal gewoon goed. Tenminste voor elco's van A-merken.

Jou voorkeur voor low budget Chinese elco's maakt het moeilijker. Onbetrouwbare datasheets, als die er al zijn, en meestal onbetrouwbare kwaliteit. Dat betekent iedere keer opnieuw veel meer testen. Dat is de keerzijde van low budget ontwerpen maken.

Ik denk dat men het eerste prototype met A-merk onderdelen moet bouwen en daarna kun je gaan kijken welke B, C of Z grade onderdelen je in plaats van die A-merken kunt gebruiken en dat betekent zo wie zo testen. Niet met 1 elco maar met een redelijk aantal om te voorkomen dat die ene toevallig de beste uit een zending bleek.

Wat wil jij dan ipv D en Z? Een frequentie sweep in de datasheet?. Eigenlijk vreemd dat je dat niet meestal ziet. Halfgeleider fabrikanten doen dat wel. Grote fabrikanten vragen waarschijnlijk hun elco leverancier voor een passend advies. Als dat bij testen toch slecht advies blijkt dan zul je een ander type of merk moeten gebruiken.

Ok, bedankt voor de antwoorden, hier leer ik altijd bij. Voor een herstelling is de ESR waarde dus minder van belang aangezien ik ze niet kan vergelijken met een 'correcte' waarde.
Hoe vaak komt het voor dat de lekstroom de boosdoener is? Ik kan kan de C en D meten maar kan de lekstroom niet testen.

Voor een herstelling is de ESR waarde dus minder van belang

JE moet de ESR ook zien naar gelang waar de condensator in de schakeling zit en wat het qua ontwerp van de schakeling daar op die plaats maximaal mag zijn.

Als Buffer elco van de gelijkgerichte 230V is er geen lage ESR nodig zelfs ietwat ongewenst ivm hoge inschakelstroom dus zit er soms nog een NTC weerstand voor.
Als uitgang van een SMPS voeding moet die wel voldoende laag zijn omdat de elco daar deels de rimpelspanning op de uitgang veroorzaakt maar ook omdat er vanwege de hoge schakelfrequentie er door de ESR ook extra verliezen zijn.

Inderdaad voor het correct functioneren is die waarde belangrijk. Maar als je de gemeten waarde niet kan checken in een datasheet zegt ze niets over de toestand van de elco, toch?

Dus als jij de D opzoekt voor de elco die in het te repareren apparaat zit en de elco voldoed qua D, C en lekstroom dan is het goed.

Op zaterdag 30 november 2024 20:48:24 schreef Bartoli:
Ok, bedankt voor de antwoorden, hier leer ik altijd bij. Voor een herstelling is de ESR waarde dus minder van belang aangezien ik ze niet kan vergelijken met een 'correcte' waarde.
Hoe vaak komt het voor dat de lekstroom de boosdoener is? Ik kan kan de C en D meten maar kan de lekstroom niet testen.

Voor herstelling is het van belang dat je er achter komt of de elco's nog goed zijn. Dat kan met een scoop of je desoldeert ze en meet of C, D en de lekstroom nog binnen de specs zit. Datasheets van A-merken zijn goed te vinden maar op een bepaald moment weet je wel wat goed en slecht is. Ik heb ooit een tabel gemaakt op basis van datasheets en meting aan de nieuwe elco's. Daarnaast meet ik alle nieuwe elcos voor ik ze in soldeer.

Lekstroom komt niet veel voor, ik doe het voornamelijk bij grote HV elco's of als de klachten er aanleiding tot geven. Ik had een keer een stel grote elco's in een calibrator welke goed waren maar het circuit waar ze bij hoorden had problemen met een constante waarde. Die viel af en toe omlaag. De elco's toen in de lek-tester gezet en dat ding heeft bewust een analoge meter. Deze meter stond stil maar viel om de zoveel tijd even omhoog en steeg dan weer langzaam omhoog. Elco's vervangen (ook al was D en C prima) probleem opgelost.

Meestal is lekstroom geen probleem. Als er bv 5A door de elco's loopt dan maakt zelfs 1mA lek niet uit voor de schakeling. Maar de elco zelf wordt er niet beter van. Testen is niet moeilijk. Gewoon DC spanning via een weerstand erop zetten en de multimeter in de mA/uA range ermee in serie zetten. Kan met iedere lab-voeding. De meeste elco's zijn minder dan 50V maar een test op een paar volt boven de spanningsrail van de patient werkt ook.
Als je veel repareert staan hier op mijn site wat ontwerpen: https://www.pa4tim.nl/?p=1385

Op zaterdag 30 november 2024 20:48:24 schreef Bartoli:
maar kan de lekstroom niet testen.

Neem een spanningsbron onder de max spanning van de elco.
Sluit nu een multimeter in volt-stand in serie met de elco op de voeding aan. Nu zal het met de 10M multimeter-impedantie HEEL lang duren voordat de boel stabiliseert. Sluit *in circuit* de multimeter een paar seconden kort.

Als je nu 1V meet, dan is de lekstroom 1V / 10MΩ = 0.1 µA.

De computer start enkel als ik de voeding een tijdlang spanningsloos laat. Ik had hem een nachtje aan de kant gelegd. Wanneer ik hem volgende ochtend opnieuw probeerde, bootte de computer op. Na rebooten, ging de computer niet meer in POST. Dit suggereerde bij mij dat het een condensator betrof, een online post wees ook in die richting. Daarom dat ik de condensatoren aan het testen ben.

Op zaterdag 30 november 2024 20:48:24 schreef Bartoli:
Ok, bedankt voor de antwoorden, hier leer ik altijd bij. Voor een herstelling is de ESR waarde dus minder van belang aangezien ik ze niet kan vergelijken met een 'correcte' waarde.
Hoe vaak komt het voor dat de lekstroom de boosdoener is? Ik kan kan de C en D meten maar kan de lekstroom niet testen.

ESR is in de mode gekomen toen er switchende voedingen kwamen en afvlakelco's warm werden door de veel hogere frequenties, 'ripple current'
ESR meten doe ik niet en zet een nieuwe elco erin als die zwak is. Vaak is de ouwe elco al uitgesoldeerd en dan is het makkelijker om er gelijk een nieuwe in te zetten. Ik heb niet alles in voorraad (SMD ect) maar met een tijdelijke oplossing is al vaak duidelijk waar het venijn zat.

Op zaterdag 30 november 2024 20:48:24 schreef Bartoli:
Voor een herstelling is de ESR waarde dus minder van belang aangezien ik ze niet kan vergelijken met een 'correcte' waarde.

Net bij herstelingen is de ESR een handige indicator over de toestand van de elco, vooral omdat je die (bijna altijd) kan meten zonder ook maar een poot los te solderen.

De fabrikant van de condensator heeft de luxe te kunnen meten voor het onderdeel gemonteerd wordt..

Zoals Benleetje al aangaf is het beoordelen van "goed of niet goed?" op basis van de ESR sterk circuit afhankelijk. Beetje ervaring is dus wenselijk, er zijn wel tabellen die je een idee geven.

Een computer SMPS zou ik ongezien vervangen. Ze gaan in mijn wereld vrijwel nooit kapot binnen de afschrijvingen, en vervolgschade kan vervelend zijn.

Maar als u toch wilt repareren; Een mogelijk probleem is het kleine elco'tje van de primaire hulpvoeding. Bij een moderne voeding in de buurt van de PFC converter.
Die gaan naar mijn ervaring en zoals al in eerdere topics genoemd, graag als eerste stuk en geeft dit soort klachten.

Bij in situ ESR meting meet je ook alles wat parallel aan die elco staat. Dus bv ook alle 100nF condensators en bij professionele ontwerpen stikt het van de ontkoppel Ctjes op een rail. bv een bij ieder IC. Dus een slechte ESR is meestal ook echt een slechte ESR maar mijn probleem daarbij is dat een goede ESR dus niet altijd ook echt een goede ESR is. Kortom het is niet uitsluitend.

Ik gebruik in situ bij Secutest reparaties omdat ik daar de metingen na reparatie aan een goede heb vast gelegd, dus ook al klopt er tov uit gesoldeerd geen hout van. Het is bruikbaar als een snel eerste vergelijk, maar dan is een scoop gebruiken sneller als er veel elco's inzitten. Ik heb apparaten gehad waar ik zo'n 80 elco's heb vervangen, daar zaten echt geen 80 verschillende voeding rails in. Daar stond bij ieder IC een 10 uF elcotje. In situ allemaal een realistische best lage ESR, uitgesoldeerd bijna allemaal rot. En dan nog de rest wat parallel staat zoals trafo's, schottkey's etc

Ik heb veel testen gedaan toen ik met ESR bezig was en het gemeten op elke denkbare manier. Zo ook veel in situ metingen vergeleken met uitgesoldeerd en mijn conclusie was dat het redelijk zinloos is, hoogstens als eerste stap bij apparatuur die je vaak op de bench hebt en dus weet wat je waar moet meten. Uitgesoldeerd is het een indicatie mbv een tabelletje.Heel slecht pik je ze er wel uit maar hoog volgens die tabellen bleek ook vaak niet te kloppen. Daarnaast moet je zeker weten of het ding ESR of Z meet.

Ik heb iets van 5 ESR meters en als het echt bruikbaar was zou ik ze wel gebruiken.

Op zondag 1 december 2024 08:08:33 schreef Aart:
Een computer SMPS zou ik ongezien vervangen. Ze gaan in mijn wereld vrijwel nooit kapot binnen de afschrijvingen, en vervolgschade kan vervelend zijn.

Ze gaan wel eens stuk, en als er dan wat sneuvelt gaat (bij een goede voeding) het ding in beveiliging en wordt het slopen van andere hardware voorkomen.
Maar ik heb wel eens minder goede voedingen gezien die werkelijk een deel van een pc wisten te slopen doordat er verkeerde spanningen werden aangeboden.

Dat gezegd, als er wat sneuvelt in zo'n voeding dan zijn het meestal de secundaire elco's. En niet zelden zie je dat ook doordat ze bol staan en/of gelekt hebben.

Maar inderdaad, mijn idee is hetzelfde. Als je er niet hele erge hobby aan hebt zou ik zo'n ding gewoon vervangen.

Sommige geteste elco's (1000µF 10V, 2200µF 16V) tonen een 0L bij testen op 10kHz terwijl de test op 120Hz waarden toont die binnen de toleranties vallen voor C en D. Mag ik ervan uitgaan dat deze elco's stuk zijn of mis ik iets? Ik test met een DE-5000.

10 kHz is te hoog voor 1000 uF elco's. Hou er rekening mee dat D varieert met frequentie. Een D van 0,05 op 100Hz is gelijk aan en D van 0,5 op 1 kHz en 5 op 10 kHz.

Een elco heeft capaciteit en zelfinductie (ESL) . Naarmate de frequentie stijgt veranderen de verhoudingen. Er komt een frequentie waar de ESL even hoog is als de capaciteit waardoor de reactantie 0 wordt en de elco een resonant circuit vormt (SRF) wat puur ohms is. Mogelijk ziet de DE5000 een spoel op 10 kHz ipv een capaciteit.

10 kHz gebruik je voor pF waarden. Als D heel hoog wordt en C klein gebruik je eventueel Cp, normaal Cs voor elco's op 100Hz
Kleine spoelen (uH) meet je meestal ook op 10 kHz nH op 100 kHz.

@fred101 bedankt voor je antwoord. De meeste reacties hier wijzen in de richting van de secundaire elco's. Als ik het goed begrijp gaan deze stuk door de hoge schakelfrequenties waar ze aan worden blootgesteld. Alle condensatoren die op het bord zitten bevinden zich in het µF-bereik.
Moet ik me gewoon beperken tot de 120Hz testen en veronderstellen als het daar goed zit dat de condensator ok is?