Розробка автоматизованої системи тестування конденсаторів
Автор: Борейко Павло Андрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Технології та засоби телекомунікацій
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Об’єкт дослідження – автоматизована система тестування конденсаторів. Предмет дослідження – автоматизація алгоритму тестування відповідності ємнісних характеристик конденсаторів змонтованих на друкованій платі. Мета дослідження: вивчення можливості створити технічний засіб – автоматизовану систему тестування конденсаторів, яка забезпечить перевірку відповідності ємнісних характеристик змонтованих конденсаторів до референсних даних. Автоматизована система складається з механічної частини та електронної частин. Механічна частина виконує позиціювання тестувального зонда відносно конденсатора змонтованого на друкованій платі. Електронна частина – мікропроцесорна системи управляє системою позиціювання, формує сигнали тестування, виконує обробку одержаних сигналів, виводить результат тестування на екран дисплея. Конденсатори відіграють важливу роль у електричних колах електронних пристроїв. Тому часто причиною поломок електронних пристроїв є погіршення параметрів конденсаторів, включених у важливі електричні кола. Повна втрата робочою придатності найбільш характерна для керамічних та плівкових конденсаторів. Це може бути зумовлено механічними пошкодженнями або електричним пробоєм діелектрика. Для електролітичних конденсаторів більш характерною є часткова втрата робочих параметрів, яка часто зумовлена окисленням внутрішніх контактним з’єднань та частковим висиханням електроліту. Це призводить до негативних наслідків. Наприклад, при частковій втраті ємності електролітичного конденсатора в колі фізичного перезавантаження в мікропроцесорній системі, перезавантаження може не виконуватись або відбуватись по випадковому алгоритму. Відповідно погіршення параметрів конденсаторів, включених у кола живлення електронних пристроїв стає причиною появи пульсацій. Такі пульсації зумовлені неякісним згладжуванням сигналів електричної мережі в колах живлення. Також пульсації можуть виникати внаслідок імпульсних завад, які можуть викликати “зависання” мікропроцесорної системи. Будь-який конденсатор може мати приховані дефекти, які проявляються пізніше, коли він вже змонтований на друкованій платі. Тому важливим є мати методики пошуку несправностей саме таких конденсаторів. Виявлення несправності запаяного на друкованій платі конденсатора ускладняються тим, що він часто шунтується іншими електронними компонентами, які паралельно або послідовно з’єднані з ним. В даному випадку для кожного конкретного конденсатора необхідно встановлювати алгоритми тестування, які дозволять мінімізувати вплив зовнішніх кіл і максимально виявити характерні особливості конденсатора що проявляються при правильному підборі тестуючих сигналів. Для формування вимог до тестуючих сигналів і розробки відповідних алгоритмів тестування конденсаторів проводився аналіз існуючих методик вимірювання параметрів конденсаторів. Один із способів визначення ємності конденсатора є вимірювання його реактивного опору Z, або як його ще називають – еквівалентного послідовного опору (ESR). Z=1/2?fC де Z – величина реактивного опору, Ом; f – частота, Гц; С – ємність конденсатора, Ф. Іншим параметром що характеризує конденсатор є його температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ), ТКЕ = ?С/С?Т) де ?Т – зміна температури конденсатора. Реактивний опір конденсатора можна вимірювати, як у непідпаяного конденсатора, так і в конденсатора змонтованого на друкованій платі. У другому випадку реактивний опір буде іншим, оскільки на нього будуть впливати інші компоненти. Інший спосіб тестування конденсатора можна проводити шляхом вимірювання постійної часу. Постійна часу () – це тривалість заряджання конденсатора з ємністю С до рівня 63,2% прикладеної напруги при заряджанні через відомий резистор R. ?=RC Також можна вимірювати час розряджання конденсатора до рівня 36,8% від попереднього значення. Перспективним вважається метод описаний в [1], який базується на вимірюванні теплових перехідних процесів для конденсатора, в якому використовується залежність ємності конденсатора від його температури. При цьому вимірюються часові характеристики як заряджання, так і розряджання конденсатора. Цей метод можна використати для різних типів конденсаторів з різними діелектриками, наприклад. електролітичні, плівкові та різною величиною ємностей: 3,3 мкФ....47 мкф, 47 нФ та ін. Треба враховувати що для змонтованого конденсатора справляють різні впливи інших компонентів, які мають електричні зв’язки з ним. Тому тестування конденсаторів запропоноване в даній магістерській роботі базується на оцінці відхилень його ємнісних характеристик відносно початкового для аналогічного еталонного конденсатора установленого на еталонній змонтованиій друкованій платі. Це дозволяє оцінити відносну деградацію характеристик конденсатора, прийняти рішення про його подальшу експлуатацію або заміну, дозволяє спрогнозувати його надійність. При проведенні тестування проводиться оцінка часових характеристик процесу заряджання/розряджання тестованого конденсатора. Для цього використовується почергова комутація кола вимірювання згідно з функціональною схемою. В процесі вимірювання проводиться комутація конденсатора, яка складається з двох фаз 1, 2: у фазі 1 від джерела живлення напругою +Е з різною швидкістю відбувається заряджання тестованого конденсатора сумісно з іншими конденсаторами, включеними у його коло. Це викликає формування сигналу відгуку, який аналізується мікропроцесорною системою. у фазі 2 на корпус з нульовим потенціалом з різною швидкістю відбувається розряджання тестованого конденсатора сумісно з іншими конденсаторами, включеними у його коло. Це аналогічно попередньому викликає формування характерного сигналу відгуку, який аналізується мікропроцесорною системою. Мікропроцесорна система також забезпечує автоматизацію процесу тестування – позиціюванння та під’єднання вимірювального зонда до тестованого конденсатора, проведення обчислень, аналізу результатів обчислень, виведення інформації на екран дисплея. Передбачається що така система може бути корисною для користувачів, які займаються обслуговуванням та ремонтом електронних пристроїв, тому доцільним є її серійне виготовлення. Можна передбачати, що на такі автоматизовані системи тестування конденсаторів буде стабільний попит. Тому важливим є досягнення мінімальної ціни і мінімальних затрат на її виготовлення та експлуатацію. Ключові слова: конденсатор, тестування, позиціювання, процесор, комутатор.