Получихте ли голяма покупка на Ebay? Или това "супер сделка" е "супер дрън". Били ли сте дублирали едно-към-много от скритите видеоклипове от супер кондензатор от YouTube? Или, може би имате кондензаторна банка, която е била в експлоатация за известно време и просто искате да знаете как се прави. Използвайки ограничено тестово оборудване и някои прости тестове, ще ви помогна да вземете част от мистерията от този супер кондензатор.
Добре, ще го призная. Отново търгувах кравата с някои "магически боб". Тази инструкция беше създадена, защото бях евтин. Не бях играл със супер кондензатори за известно време, така че, когато се натъкнах на една голяма сделка с eBay, аз се ухапах и те ме навиха, кука, линия и грузило. Разбира се, цената беше по-малко от половината от това, за което продаваха големите, и включваше безплатна доставка от Китай. Бях сигурен, че те просто предават наистина много неща, които бяха вкарали. Какво по дяволите си мислех. Вече трябва да знам, че наистина няма такова нещо като безплатен обяд.
Имате ли някога това потъващо усещане? Аз със сигурност направих, тъй като започнах да тествам моите супер кондензатори за пупер сделки. Първият, който сграбчих, дори не би извадил никакъв ток, когато го закачих до захранването на пейката. Хммм, добре, може би това е нещастие. Следващият, който грабна, сякаш зарежда, но когато го махна от захранването, той веднага изпусна 1.2 волта. Това не изглежда добре. И тогава се зачудих, как ще ги тествам. Комерсиалните супер-кондензаторни тестери със сигурност не са под въпрос, с ценови етикети в "ако трябва да попитате, не можете да си го позволите" .Нека да видим какво можем да направим с някои общи тестови съоръжения.
Ще проучим три параметъра на супер кондензаторите. Стойност на капацитета, еквивалентна устойчивост на серията (ESR) и изтичащ ток / саморазреждане. Ще ви покажа няколко начина да тествате всеки параметър и да знаете какво работи добре за мен.
градина:
Стъпка 1: Съпротивление на еквивалентни серии
Защо ЕПО е важно?
Когато супер кондензаторите за първи път започнаха да се предлагат, ESR рейтингите бяха в ниския диапазон на ома. Това не изглежда като голяма работа, докато не започнете да разберете капки напрежение в по-високи токови вериги. Кажете, че ви е необходимо да доставите верига за 6 секунди с 12 V при 10A и вашата верига ще работи до напрежение от 6 V. Вие правите вашите изчисления и ще определите, че серия от 6, 50 кондензатора Фарад ще ви осигури мощ трябва. Това е, докато не изчислите спада на напрежението от серията съпротивление. Да кажем, че тези кондензатори от ранно поколение имат ESR от 0.5 ома, 6 в серия добиват общо ESR от 3 ома. E = IR, така че 10 x 3 = 30 V капка. Няма да работи. Ще трябва да успокоите цял куп по-малки капачки, за да получите ESR до ниво, което може да се използва. Сега, ако искаме да изпълним 100 mA натоварване за много по-дълго време, това би било изпълнимо. 0.1 x 3 = 0.3V, 12V-0.3 V = 11.7 V. Ниско ESR става изключително важно за приложения с висок ток като аудио шапките за повишаване на пиковата мощност, които са станали толкова чести, или за батерии за подмяна на стартерни батерии и енергийно събиране от регенеративни спирачни системи , Не е толкова важно за резервни копия на паметта и приложения с ниска мощност. За щастие за нас, модерните супер кондензатори имат ESR в ниския диапазон на mOhm, което прави възможно много настоящите проекти.
Измерване на постоянно напрежение, напрежение
Обърнете внимание на опростените супер кондензатор схематично по-горе. Всички кондензатори опростяват до трите показани елемента. ESR е просто серия резистивен елемент на нашия кондензатор и като такъв, се поддава на анализ, използвайки закона на Ом. За този тест ни е необходим източник на постоянен ток. Ще работи текущо ограничено захранване или постоянен токов товар. Това, което ще направим, е да приложим източник на ток от 1 ампер или мивка и да измерим моментната промяна на напрежението. Помислете за кондензатор част от нашата верига като идеален източник на ток / мивка. Номерът тук е да се измерва в средата на напрежението (0.0 V - 2.7 V за единична капачка), така че със сигурност ще имате истински 1 A ток. Класическият инструмент за това измерване е цифровият осцилоскоп (DSO). Използвайки измервателните курсори, можете да разрешите до 10 mV в типичния за хобито обхват. Не се притеснявайте, ако нямате обхват, все още можете да получите относителна представа за вашите кондензатори ESR, използвайки качествен цифров мултиметър (DMM). И ако имате достатъчно късмет да имате Mooshimeter, той ще работи почти както и DSO.
Аз ще предполагам, че имате променлив ток ограничаване на пейката доставка. Ако не го направите, силно ви препоръчвам да бъде следващият в списъка ви за покупка. С прилични 0-30V 0-5A доставки са на разположение за 50 до 60 USD там наистина няма причина да не разполага с един.Това се каза, ако имате захранване, което не разполага с регулируемо ограничаване на ток, можете да изградите супер лесно постоянен товар, който съм включил за по-малко от 10 USD. Можете също да използвате един от най-ниските разходи DC към DC тласък / долар захранващи модули на разположение на eBay за около 5 до 10 USD.
Подгответе кондензатора, като го изпразните през съответния резистор за ограничаване на тока и след това направете кратко за около 15 минути. Това би трябвало да ви доближи до 0,00 V, ако не е вероятно да имате висок ESR проблем. Добра идея е да проверите калибрирането на токомера на захранването. На по-евтините единици те са малко отклонени. Прекратете захранващите кабели на захранването и настройте текущия си лимит на 1.0 A. Задайте вашия DMM за измерване на 2 A или повече и проверете калибрирането на захранването. Задайте напрежението на захранването по-малко или равно на рейтинга на кондензатора и докато сте на него, измервайте, че показваното напрежение е същото като това, което ви показва на метъра (не забравяйте да преместите водачите си, всички ние го направихме)!
Свържете своя DMM или обхвата до кондензатора, който се тества. Свържете захранващия кабел към кондензатора, който се тества, но все още не се свързвайте към захранването. Настройте обхватите за измерване на вашите устройства за наблюдение. С 1A тест ток ESR в ома ще бъде равен на моментната разлика в напрежението, която възниква при подаване или премахване на 1 Amp тест ток. (I.Е. 50 mVolt = 50 mOhm) На нова капачка трябва да видите под 10 mV промяна. (вероятно няма да можете да измервате по-малко от 10 или 20 mV) На по-стара или лоша капачка, може да видите по-висока от 1 V. Измервайте напрежението на капачката и запишете. Свържете захранването и незабавно натиснете бутона за задържане на вашия DMM. Запаметената стойност минус напрежението на кондензатора ще бъде вашият ESR. Използването на DMM за това е по-скоро изкуство, отколкото наука. В зависимост от измервателния уред, най-добрата резолюция, която може да постигнете, е pass / fail. Надяваме се, че имате известна добра горна граница за измерване, която ще ви даде изходно измерване за сравнение. Ако провеждате тестове на DSO или Mooshimeter, в зависимост от вашите настройки, можете да спрете сега или да я оставите да зареди до точката на завършване. Увеличете и измерете стартовия скок на напрежението, преди кондензаторът да започне да се зарежда. Тази стойност за промяна на напрежението ще бъде вашата ESR.
Ако искате да измерите ESR, използвайки постоянен токов товар, настройте товара на 1A. Заредете кондензатора до номиналното напрежение и го извадете от захранването. Измерете напрежението на кондензатора. Приложете товара и незабавно натиснете бутона за задържане на вашия DMM. Падането на напрежението ще бъде равно на ESR (Volts = Ohms при 1A ток на зареждане / разреждане)
Кондензатор ESR метър
Да, можете да използвате кондензатор ESR метър за измерване на вашите супер капачки ESR. Едно нещо, което вие трябва да преди измерване е да се изпълни кондензатор до най-близо до нула волта, както можете да го получите. Всяко значимо DC напрежение, съхранено във вашия кондензатор, ще повреди уреда. Тези измервателни уреди използват DC затягащи вериги, за да се уверите, че изпитваното устройство е разредено. Те не са предназначени за обработка на големи количества енергия, съхранявани в супер капачки. Друг фактор, който трябва да се има предвид е, че измервателният уред вероятно използва 100 kHz синусоида вместо 1 kHz, които повечето производители на кондензатори определят за тестване. Това може да доведе до малко по-различно отчитане от 1 kHz ESR мост и двете ще бъдат различни от DC стойността.
Батерия ESR метър
Това е ръцете на най-лесния и точен начин за измерване на супер кондензаторите. В 50 USD единица, която имам е в състояние да се измери до 0,001 ома и може да се използва на напълно зареден кондензатор. В евтина единица никога не съм нули напълно, така че моите измервания имат плюс 2 mOhm грешка. Дори и така, лесното и последователно измерване, което прави това е голяма инвестиция.
Стъпка 2: Стойност на капацитета
Това е Голямата Кахуна на нашия измервателен трифект. Става въпрос само за силата на бебето! Е, това и парите, но това е различен инструктаж. Не знам за теб, но ако поръчам бира, а чашата е само малко повече от 3/4, имаме проблем. Но това е точно това, което някои производители на кондензатори могат да направят за вас. Преди да се отпуснете трудно спечелените пари в супер капачка, отидете на уеб сайта на производителя и проверете информационния лист. Разберете какво е допустимото отклонение за стойността на капацитета и използвайте най-ниската стойност за вашите проектни изчисления. Може да е по-разумно да похарчите няколко допълнителни долара, за да купите капачка с рейтинг -5%, + 10% от един оценен + -20%. А + -20% 500 Фарадова шапка може всъщност да е 400 Фарадова капачка дори преди да започне да се разгражда от възрастта и употребата.
Така че ние знаем обхвата на приемливите стойности за нашия кондензатор. В моя случай имам шест 100 кондензатори Фарад, оценени на + -20%. Това ми дава приемлива стойност от 80 до 120 Фарад. Но как да го измерим. Вашият кондензаторен метър ще избухне в смях, ако се опитате да измерите всичко, което е близо до това голямо. Предполагам, че сме заседнали с индиректна стойност на капацитета, базирана на енергията, която можем да избутаме или извлечем от нашия кондензатор.
Добре, мразя да правя това, но трябва да извадя малко математика. Знаеш, че аз съм човек, който се е ударил с камъка, това е нещо, което ме боли, така че това ме боли повече от теб.
Среден ток в кондензатор i = C (dV / dt) с C = Farads, V = Volts, t = секунди
Решение за C = i (dt / dV)
Тъй като ние ще използваме 1А на ток и измерваме времето, когато напрежението се промени 1 волта, това прави нашето окончателно уравнение
C = dt
С други думи, за да се определи капацитета стойност на моя кондензатор аз просто трябва да се измери интервала от време в секунди, докато зареждане или разреждане на 1А между 1 волта и 2 волта. Или 1,5 волта и 2,5 волта, всеки 1 волта диференциал трябва да даде същия резултат. (Докато ми такса ток е постоянна) Така че ми 100 Фарад + -20% кондензатор трябва да отнеме между 80 до 120 секунди, за да отиде от 1 волта до 2 волта. Тук отново DSO е предпочитаният тестов инструмент, но обикновен стар DMM и стоп часовник ще работят почти също. Парче торта!
Ами ако наистина сте мързеливи като мен или просто не вярвате на математиката и искате да видите общата енергия, съхранена в кондензатора. Тогава вие, моят приятел, се нуждаете от Re: load Pro от Arachnid Labs. Този отворен източник, постоянен ток натоварва само 125 USD и има огромен брой функции. Една от тях е възможността за изчисляване на общата разсейвана мощност.
Знаем, че потенциалната енергия, съхранявана в кондензатор, е
Wh = 0.5 (C x V ^ 2) / 3600
Така че за нашата 100 Фарадова шапка,
Wh = 0.5 (100 х 2.7 ^ 2) / 3600
Wh = 0.101
За да се определи стойността на капацитета от измерената разсеяна мощност, просто пренаредете за разрешаване за C
C = 2 (3600 x Wh / 2,7 ^ 2)
Не забравяйте, че вашият кондензатор трябва да се зарежда до 2.7 V и да се разрежда до 0.0 V за точно измерване. Какво може да бъде по-лесно? Удобното нещо, което трябва да запомните е, че за 2.7 V кондензатор 1 Фарад е приблизително равен на 0.001 Wh или 1 mWh за съхранение на енергия.
Стъпка 3: Изтичащ ток
Мислех, че това ще бъде най-лесната тема за покриване. Токове на утечка са посочени на всички информационни листове на производителя. Единственият трик е стойността, която обикновено се определя след 72 часа на зареждане. Но както повечето неща в живота, нищо не е толкова лесно, колкото изглежда. Имам няколко кондензатора, които отговарят на техните 72 часа изтичане спецификация, но когато се отстраняват от зареждане започна да се изпълни със скорост далеч над това, което измерените изтичане ток ще оправдае. Сега се оказва, че нашата опростена схема на кондензатор всъщност не може да се справи с изтичането на ток в реалния свят. Той става много сложен с действителния модел изглежда като няколко кондензатори паралелно с напрежение променливи резистори в серия и паралелно. Нарича се модел на предавателна линия и ние не отиваме там. (Не, няма начин, няма как, по-голям шанс за преподаване на маймуни да летят с космическата совалка, отколкото аз да разбера.) Диелектричната абсорбция и преразпределението на заряда са два фактора, които могат да повлияят на саморазряд и могат да имат значителен ефект върху напрежението, ако използва се кратък цикъл на зареждане, но доколкото мога да кажа, трябва да е минимален след около 4 часа зареждане. Защо тогава някои от шапките ми действаха така? Не е улика.
Саморазреждането може да не е проблем в зависимост от приложението ви. Ако вашата верига е постоянно захранва UPS или само трябва да доставят тласък ток, вероятно не е проблем. Ако изграждате батерия със заредена слънчева батерия, която трябва да държи такса за няколко облачни дни, голям проблем. Нека опитаме по-реален подход към справянето със саморазреждане или ток на изтичане. Това са моите тестове за "ballpark", вашият милион може да се различава.
Ако вашата кандидатура е толерантна към саморазряд и вашият кондензатор преминава тестове за ESR и стойност; зареждане при номинално напрежение за 8 часа. ток на утечка трябва да бъде 2 mA или по-малко (до около 600 Farads или така, по-високите стойности могат да имат повече течове)
Ако кандидатурата ви има кратък цикъл на зареждане и / или може да имате дълги периоди без такса. Определете коя е най-кратката продължителност на таксуването. Заредете кондензатора за този период от време. Изключете захранването и измерете напрежението на кондензатора. Стартирайте 1 час таймер и измерете напрежението на кондензатора в тази точка.
i изтичане = C (dV / dt)
Това ще ви даде по-близо до изтичане в реалния свят от 72-часовия тест.
Така че нека преминем през това. Да предположим, че имаме 100 mV промяна за 1 час със 100 Farad капачка.
i = 100 x (0,1 / 3600)
i = 0.003 A (не е голямо)
За еквивалентно съпротивление при шунтиране
R = 2.65 / 0.003
R = 883 ома
Да речем, че работите с товар, който се включва и изключва ръчно, така че да не консумира никакво захранване, докато не се включи. Неговата паднала, няма работно напрежение 1 V.
t = -C x R x ln (V1 / V2) където V1 е напрежението на разряд и V2 е зареденото напрежение
t = -100 x 883 x ln (1 / 2.7)
t = 87,704 секунди или около 24 часа.
Добрата новина е, че повечето от супер кондензаторите, които се произвеждат днес, имат оценки за утечки в обхвата на микроампер.
Стъпка 4: Изграждане на постоянно текущо натоварване
Това е бърз и забавен проект, който може да бъде изграден върху парче от перфокарта. Уверете се, че използвате радиатор. Топлинният радиатор, който показвам на снимката, е добър само за около 5 вата непрекъснато, но ще се справи с 10 до 15 вата за кратко време. Има един милион дизайна, но аз харесвам този. Той използва LM10C оп-усилвател, който съдържа своя собствена 200 mV референция. Това му позволява да работи с различни захранващи напрежения и да поддържа отлично текущо регулиране. IRF510 MOSFET е оценен за 43 вата разсейване на мощност, но дори и с много добър радиатор, не бих го прокарал около 25 вата. Ако имате нужда от повече мощност, IRFP150 може да бъде заменен.
Стъпка 5: Всичко останало
Резултати от тестване
Обърнете внимание на резултатите от теста на кондензатора. От седемте единици, получени на eBay (Drum roll, моля), нито един не отговаря на спецификациите на производителя. Те бяха толкова зле (Колко лошо бяха те?), Че трябва да пиша сирене. Не мога да си представя, че това всъщност са нови единици, когато продавачът рекламира. Фалшиви, производителят отхвърля спасени от скрап купчина, или може би OEM отхвърля? Кой знае. Знам, че е прекалено много от времето ми и оттук нататък това е продукт, който ще купувам от известни доставчици. Кондензаторите на марката Eaton, които закупих от DigiKey, преминаха всички тестове с летящи цветове. Купих още 8 такива, които тестват като клонинги на първите две. Еднородността е много успокояваща.
Самуха или Шаму?
Не е много любов в мрежата за корейската компания, която може или не може да бъде част от Samsung. Още от така наречената кондензаторна чума от началото на 2000-те, когато тайванските електролитни кондензатори с ниска ESR се проваляха с тревожна скорост. Samwha получи доста негативна преса. Вероятно голяма част от това не заслужаваше. Имам добри резултати с продуктите на Samwha и можете да сте сигурни, че с глобалната пазарна конкуренция лошите производители на продукти не издържат. Бих искал да сравня някои супер кашпи от Samwha от истински доставчик. Предполагам, че това е чудесен продукт и това, с което се заклех, не беше нищо повече от тъмна сделка.
иБей и еднократният код за достъп
eBay е страхотна компания. Те осигуряват услуга, която прави възможно да се купи почти всичко, а обслужването на клиентите е първостепенно. Дори и парите ми бяха върнати от вратата на кураторите. Но започвам да се тревожа. Сега те ви издават еднократен код за достъп до човек. Колко пъти получавам преди душата-по-малко електронна вратар, превключваща моя достъп до безкрайната лента на Mobius с гласови подкани и консервирани записи без край. Надявам се да получа имейл, когато се приближа.
Кибер-преследван от китайски търговец?
"Здравейте голям клиент, аз съм толкова тъжен, не ви правят много щастлив
Промяна на обратната връзка
Приятен ден"
И още четири. Много е просто. Спрете да продавате дефектни продукти и принуждавате клиентите си да отварят случаи с eBay, за да получат възстановяване.
Направете!
Брет
