合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

往事已去 · 发表于 2023-5-26 08:31:24

小鬼头发表于 2023-5-24 17:26
可控硅方案曾考虑过。但觉得又复杂了一些，不可取。所以选现在这2个方案。

即使是备用方案，按我使用e ...

试试压敏电阻，个头比可恢复保险丝大，估计可以在挂掉之前保险丝起效。
气体放电管，没用过不了解。1s 10 times不懂啥意思，你英语好，正好可以翻译。

老郑小烧 · 发表于 2023-5-26 08:53:18

往事已去发表于 2023-5-26 08:31
试试压敏电阻，个头比可恢复保险丝大，估计可以在挂掉之前保险丝起效。
气体放电管，没用过不了解。1s 1 ...

1s 10 times 每秒10次，表示频率

。

小鬼头 · 发表于 2023-5-26 09:38:30

本帖最后由小鬼头于 2023-5-26 09:45 编辑

往事已去发表于 2023-5-26 08:31
试试压敏电阻，个头比可恢复保险丝大，估计可以在挂掉之前保险丝起效。
气体放电管，没用过不了解。1s 1 ...

压敏电阻也考虑过，而且买了两种规格（7mm直径和10mm的）100v的回来，还没来得及试验。

昨晚想到，似乎可以仅增加一只单向可控硅就行。于是用手头的1A400V小体积可控硅，并联在100v电解电容两端做试验。反复做了二三十次。

开始阶段，能得到所要的效果。但后面试验中，先听到电解电容爆裂的那种气体泄放声，再做到几次试验后，发现可控硅损坏。又给更换后的可控硅串电阻（先100欧、后20欧），再做试验，然后又出现一次声响更大一些的泄放声，最后发现是145mA/250V的pptc爆裂造成有这些声响发出。

因为我一直用的200mA、350v高压可调电源，打至最大输出做的试验。估计这次的试验损坏器件的原因有：

1、pptc的250v耐压是ac耐压，在350v下已处于边缘。

2、试验过程中，不断反复做试验，pptc没冷却过来，可能因此造成损坏。

3、可控硅有可能是应付不了没串电阻时的瞬时电流（1A可控硅能承受的瞬时电流是10A，不及1n400x的30A）而损坏，为此我已下单购买4A的可控硅，有时间话再做试验。

4、也有可能是pptc损坏（第一次放气时）引致可控硅损坏，现在无法复现这个过程。

总之，如果不采用正选方案，又想获得同等的保护能力，还需要做进一步试验研究。

abbey_tom · 发表于 2023-5-26 10:13:08

本帖最后由 abbey_tom 于 2023-5-26 10:35 编辑

为求稳妥，
昨天先画了一个直插元件版的模拟试验板，
板上空间比较大，
交给小鬼头老师做进一步的核实试验。
待完全确定之后再尽可能多地使用贴片画正式板。
ESR模拟板.jpg

第二块运放处加了可选的一大一小两个滤波电容，
并且增加了两处检测点TP1和TP2；
保护用的整流桥选用单列直插式的，
如果没有，直接全部用二极管连接也可以焊得下；
保护电容C109画了4个焊盘，
可以适应不同脚距体积的电容。

电路图如下：

往事已去 · 发表于 2023-5-26 10:45:29

小鬼头发表于 2023-5-26 09:38
压敏电阻也考虑过，而且买了两种规格（7mm直径和10mm的）100v的回来，还没来得及试验。

昨晚想到， ...

4、也有可能是pptc损坏（第一次放气时）引致可控硅损坏，现在无法复现这个过程。
PPTC损坏后啥表现？短路？较小阻值不能变得很大？
压敏电阻有更大个儿的，比PPTC大很大。

小鬼头 · 发表于 2023-5-26 11:16:20

往事已去发表于 2023-5-26 10:45
4、也有可能是pptc损坏（第一次放气时）引致可控硅损坏，现在无法复现这个过程。
PPTC损坏后啥表现？短 ...

pptc损坏后，有一条裂缝，里面的物质喷射了出来（好像pptc是聚合物的），呈黑色粉末状（不像是液体）。

我测不了升温后他的阻值。但看到可调电源的电流表长时间打至满幅，觉得有异（正常时是秒级时间后，电流表指针会返回），才重点查看pptc发现他坏了/爆裂了。

至于压敏电阻，之前分析过，好像不适合这里使用，所以没急着做试验。这是因为：

1、没动作之前，他的电阻很大，接近开路。

2、动作后，电阻迅速下降。但糟糕的是，残留的阻值很高，远高于pptc的冷态电阻，因此，pptc发不了热，这样pptc就不动作。形成的结果是，在外接持续dc高压时，是由压敏电阻单独面对高压，又没有限流措施，压敏电阻必然会出问题。

往事已去 · 发表于 2023-5-26 12:04:14

小鬼头发表于 2023-5-26 11:16
pptc损坏后，有一条裂缝，里面的物质喷射了出来（好像pptc是聚合物的），呈黑色粉末状（不像是液体）。
...

电流不够PPTC温度降低电阻变小电流就上来了，会停留在某个平衡点，此时压敏电阻上的功耗是多少？

小鬼头 · 发表于 2023-5-26 12:23:02

本帖最后由小鬼头于 2023-5-26 12:29 编辑

往事已去发表于 2023-5-26 12:04
电流不够PPTC温度降低电阻变小电流就上来了，会停留在某个平衡点，此时压敏电阻上的功耗是多少？

压敏电阻的残留阻值最少是100欧姆级，pptc冷态电阻是10欧及以下。

假设是外接的是300V持续dc高压，超过90%的功耗是压敏电阻承担。而电流大小与回路内阻有关，扣除二极管压降，也至少有290v的电压。又假定压敏电阻残留阻值属于最好状况，即稍大于100欧，这样，回路上大致产生的功耗是300的平方除以100，等于900W！

pptc在1A时的动作有5秒的延时，100多欧的回路电阻得到的电流比1A大不了多少，所以，压敏电阻在pptc电阻动作前需要吸收的能量不会小。

因此估计压敏电阻必会损坏，此路不通。

往事已去 · 发表于 2023-5-26 12:59:07

小鬼头发表于 2023-5-26 12:23
压敏电阻的残留阻值最少是100欧姆级，pptc冷态电阻是10欧及以下。

假设是外接的是300V持续dc高压， ...

假定选100V的压敏电阻，超过这个电压会有很大电流通过PPTC，压敏电阻能承受这个瞬间就可以使pptc动作。倒是刚好在100V附近会麻烦，例如电流100mA，pptc不动作，此时压敏电阻约10W，这个太大了。把PPTC和压敏电阻紧贴在一起不知道怎么样，压敏电阻倒是有大个头的，但是太离谱了好像也太合适。不过对于电容来说100mA放电它很快就电压下降了，这样下来可行。以实际试验结果为准。

往事已去 · 发表于 2023-5-27 15:38:04

往事已去发表于 2023-5-26 08:31
试试压敏电阻，个头比可恢复保险丝大，估计可以在挂掉之前保险丝起效。
气体放电管，没用过不了解。1s 1 ...

气体放电管也许有负阻效应，击穿需要较高电压，击穿后电弧放电电压较低，电容会对气体放电管放电，估计在适合条件下会形成振荡。

小鬼头 · 发表于 2023-5-27 17:25:45

本帖最后由小鬼头于 2023-5-27 17:31 编辑

小鬼头发表于 2023-5-26 09:38
压敏电阻也考虑过，而且买了两种规格（7mm直径和10mm的）100v的回来，还没来得及试验。

昨晚想到， ...

今天还没收到所买的高灵敏4A600v单向可控硅，就拿手头的元件做实验：

1、重做之前的1A400v可控硅不串电阻试验。只试验一次，就对元件做检查，发现可控硅已损坏。

2、换上手头的crt电视机用的低灵敏5A400v可控硅，反复试验超10次。所有元件都不坏，但启动电压为125V，离预定的100v较远。

证明此可控硅方案可行，但要调整设计参数。

另外还简单分析了这里的状况，用保险管常用的一个参数来计算分析，即I^2*t（电流的平方乘以时间）。

1、145mA的pptc典型值为2A^2*S。

2、1A可控硅只有0.4，所以会损坏。

3、所购买的4A可控硅是4，是pptc的2倍，是1A可控硅的10倍，预计不会坏。

4、所用的5A没查到资料，估计比4A的还大，所以更不容易坏。

ps：前面说错了，电路正常时，秒级时间后指针返回的应该是电压表（即高压电源进入cc状态），而不是电流表指针返回。cc状态下，高压电源输出约5.6V200mA，即是pptc进入平衡状态时的功耗约不到1W。

小鬼头 · 发表于 2023-5-27 22:58:54

刚收到所买的x0405mf可控硅，4A600v的。重复了之前的试验，证实跟5A可控硅一样，能做到不损器件。区别在于，启动电压有数V的下降，这跟触发灵敏度提高所带来的预期效果相符。

翻查了一下tvs规格书，原来是我用的贴片tvs管，虽然标称100v，但“击穿“电压却是111～123v，跟插件tvs管不同。插件100v的，“击穿”电压为95～105v。

因此，这电路如果用贴片的tvs管，则应选85v规格的（“击穿”电压为94.4～104），如果用p6ke系列插件tvs管，则用100v的。

小鬼头 · 发表于 2023-5-29 09:23:00

小鬼头发表于 2023-5-27 22:58
刚收到所买的x0405mf可控硅，4A600v的。重复了之前的试验，证实跟5A可控硅一样，能做到不损器件。区别在于 ...

根据前面的试验结果，现在画出改进后的草图13备选方案完整电路图。

数字式ESR表模拟电路草图13（备选方案）.jpg

下面是细节图。与原草图13的区别在于：

1、改动1只元件参数，即C9由47u400V改为47u100V。

2、增加3只元件，包括R101（1k）、双向TVS管和单向可控硅。

数字式ESR表模拟电路草图13（备选方案）（改动细节图）.jpg

abbey_tom · 发表于 2023-5-29 20:23:21

小鬼头发表于 2023-5-29 09:23
根据前面的试验结果，现在画出改进后的草图13备选方案完整电路图。

不错，那个47uF400V的电容体积巨大，
都顶得上整个AIR32芯片所占的体积了。

那个位置我留了四个焊盘，
再增加两个元件应该也焊起来不难，
暂时不用改PCB了，
等试验完再说。

xjw01 · 发表于 2023-5-29 21:24:23

本帖最后由 xjw01 于 2023-5-29 21:35 编辑

abbey_tom 发表于 2023-5-29 20:23
不错，那个47uF400V的电容体积巨大，
都顶得上整个AIR32芯片所占的体积了。

1.用300Hz~500Hz测电容，也可以测准的，那么那个电容就不须要47uF，用更小的值。
2.尽量设计为恒阻模式。限流电阻自然变成了保护电阻，不需要用那么多的保护电路。
3.DFT算法你也调试了，后面那个二极管检波完全是多余的。DFT可以直接检波的，而且可以虚实分离。
两路ADC，测量Cx的限流电阻上的电压，自然就算出后Cx的容量和ESR
3.单片机抗过压的能力很强的。抗瞬间高压（抗静电），可达数千伏。短时间的低压，我测试过s t c，端口电压不小心加到20V，也没烧，比许多运放更耐压。所以，主要是防止大电流就可以了。
如果为了保护，ADC口串联一个RC滤波，电阻用2k欧的电阻，那么300V电压搞进来，也只有短时的150mA，单片机不会烧的。

蒒老师，可能是想把ESR表设计成瞬时放电器。我怀疑，这中高频冲击，单片机会死机。

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