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Electronique

Mesurer l'ESR d'un condensateur

croquis ESRMesure de la résistance série équivalente (ESR) d'un condensateur

Comme la plupart des électroniciens, je me suis un jour trouvé confronté à la difficulté d'évaluer la bonne santé d'un condensateur électrolytique, comme ceux que l'on retrouve dans toutes les alimentations à découpage, par exemple. Si je dispose bien d'un capacimètre (BECKMAN CM20A), celui-ci n'indique que la valeur de la capacité en test, point d'indication de celle de son ESR. Cette notion de résistance série n'existe idéalement pas car elle est la combinaison de plusieurs composantes du condensateur lui-même. Je ne vais pas développer le sujet ici car il y a déjà quelques sites sur le net qui en expliquent les fondements. Je vais m'en tenir à un court résumé. Je vous invite également à regarder cette vidéotrès instructive (en Anglais 15 minutes) de laquelle j'ai tiré cette manipulation.

Avec le temps les condensateurs électrolytiques ainsi que ceux au tantale se détériorent, leur résistance interne appelée ESR pouvant augmenter. Ceci peut provoquer une perte de puissance et un échauffement, accélérant leur destruction.
Dans la plupart des cas ces condensateurs fonctionnent à courant constant et à basse fréquence, ce qui fait que l'on peut ignorer la pseudo résistance parallèle "r" (de grande valeur car en abrégeant c'est celle du diélectrique du condensateur) ainsi que la pseudo inductance "ESL" car à basse fréquence ce paramètre devient négligeable. Du coup la pseudo résistance "R" représente en fait la fameuse ESR que l'on cherche à mesurer.

L'équipement nécessaire

Pour mesurer la valeur de l'ESR, il nous faut un peu de matériel :

  • un générateur de fonctions en mode signal carré
  • un oscilloscope (pas nécessairement numérique...) avec des curseurs, c'est plus confortable
  • un câble BNC/BNC type RG58C/U (50 Ω) le mien mesure 120 cm
    (par exemple : AMPHENOL - 779829-58-0.6)
  • un adaptateur BNC type T
    (par exemple : TE CONNECTIVITY / GREENPAR - 5-1634532-1)
  • un adaptateur BNC mâle - 2 Bananes Femelle
    (par exemple : MULTICOMP - SPC20527)
  • une simple calculatrice

La méthode étape par étape

Tout d'abord sachez que cette méthode de mesure n'en est pas une à proprement parler, il s'agit plutôt ici d'une évaluation de la valeur ESR d'un condensateur en test. Ceci fait qu'il peut donc y avoir une certaine divergence suivant les méthodes et/ou instruments utilisés pour cette analyse.

  1. Connectez la sortie de 50 Ω du générateur de fonctions à l'oscilloscope à l'aide d'un câble approprié (voir ci-dessus), et sélectionnez un signal carré (Figure 3 et 4)
  2. Ajuster la fréquence du générateur à environ 100 KHz (il semblerait que cette fréquence de 100 KHz soit un standard dans l'industrie pour ce type de mesure) (Figure 4)
    Cette valeur (basse fréquence) est couramment utilisée pour les mesures de condensateurs que l'on trouve dans les alimentations à découpage. Ce sont les plus critiques car ils sont soumis à de forts courants ainsi qu'à des températures élevées à proximité des dissipateurs thermiques des transistors de puissance.
  3. Ajustez la base de temps de l'oscilloscope à 2 µs / division, sélectionnez le mode DC de l'amplificateur vertical (Figure 1) et ajustez-le à 500 mV / division
  4. Ajuster la tension de sortie du générateur à 1 V crête-crête, et ajustez sa tension de décalage (DC Offset) de façon à ce que la base du signal se trouve positionnée sur l'axe central (Figure 1)
  5. Connectez le condensateur (ici c'est un 220µF/25V) directement sur l'adaptateur BNC / Banane ou par l'intermédiaire de cordons équipés de princes crocodile
  6. Sélectionnez maintenant le mode AC de l'amplificateur vertical, et ajustez son niveau d'entrée(ici CH1) de façon à bien visualiser le niveau du signal appliqué au condensateur
  7. Sélectionnez les marqueurs de l'oscilloscope afin de mesurer l'amplitude du signal carré résultant. Si votre appareil ne possède pas de marqueurs vous devrez alors compter les divisions...
  8. Dans le cas présent le niveau mesuré est de 5,80 mVc/c et nous allons pouvoir calculer la valeur de l'ESR.

En nous aidant du croquis (Figure 6) il est possible de calculer la valeur de R avec la simple formule du pont diviseur de tension :

formule calcul ESR

Si l'on compare notre résultat avec celui fourni par le testeur de composants TC1 (Figure 5), nous pouvons constater une différence car celui-ci a trouvé 340 mΩ pour une valeur de 205.9 µF, le capacimètre affichant lui 213 µF ( le condensateur en test est un modèle électrolytique de 220µF/25V neuf ayant une tolérance de ±20% )

 

 

 

 

Les photos prises en cours de manipulation

préréglage des instruments...
Figure 1
manip. en cours...
Figure 2
recalibration de l'oscillo et mesure d'amplitude...
Figure 3
réglage du générateur de signaux carrés sur 100 KHz / 1Vc/c
Figure 4
comparaison avec un petit testeur de composants...
Figure 5
croquis pour calculer l'ESR...
Figure 6
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Quelques liens vers les sites de mes amis...

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