Hallo, ich habe eine einfache Schaltung, welche eine Kondensatorbank überwachen soll. Die Kondensatoren C3,C4,C5 (Kemet C3216X7R1H475K160AE) werden über den Vorwiderstand geladen und bei 20V geht die LED an und bei 10V wieder aus. Man könnte auch sagen ein U-zu-f Wandler. Das ganze tut auch so wie es soll. (Die Pulserzeugung ist in Realität etwas anders, ist aber wie gesagt nicht das Problem. Die Stromquelle ist exakt so wie verwendet.) Allerdings habe ich ein Phänomen, was ich mir nicht erklären kann. Die Schaltung driftet mit der Zeit. bei Speisung aus einem Labornetzteil hab ich zu Beginn 12,7Hz. Nach ca. 5min 12,9Hz, nach 15min 13,4Hz und nach 3 Tagen 15,6Hz. Nach einem längeren Auschalten von 2-3 Stunden bin ich wieder bei 12,8Hz. Das ist ein Drift von ca. 20% Kapazität! Was ich mir bereits angesehen habe: - X7R als frequenzbestimmender Kondensator ist ungünstig, für die vorhandenen Platinen jetzt allerding zu spät - Temperatur würde ich ausschließen, da die Gesamtleistung der Elektronik (ohne Vorwiderstand) ca. 75mW ist. - Erwärmen mit Fön und abkühlen mit Kältespray ändert etwas (3-5%), aber bei weitem nicht die 20%. - DC-Bias habe ich betrachtet, da sich aber die Spannung wärend der drei Tage nicht ändert, dürfte das ja keinen solche Drift erklären - Ersetzen der MLCC durch Folienkondensatoren hat die Drift vollständig beseitigt - Aging der Kondensatoren (2% je Dekade, also 2% nach 10h, 4% nach 100h....) reicht auch nicht aus um die 20% zu erklären. - Reset des Agings (erwärmen mit Lötkolben) ändert nichts - dielektrische Absorption erscheint mir irgendwie ähnlich, aber hier ändert sich ja die Hauptkapazität Hat jemand eine Erklärung dazu? Oder auch Application Notes, Hinweise,...? Ich muss den Drift jetzt nicht unbedingt beseitigen. Wir könnten damit leben. Ich muss es allerdings verstehen, nicht das ein ganz anderes Problem drunter liegt und die Schaltung in einem halben Jahr gar nicht mehr will. Danke, Benjamin
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Benjamin K. schrieb: > ... und nach 3 Tagen 15,6Hz. Und dabei bleibt es dann auch nach 1 Woche? > Was ich mir bereits angesehen habe: Hast du auch Oszibilder von diesen verschiedenen Frequenzen? Verändert sich die Ladezeit oder die Entladezeit oder beide? > Temperatur würde ich ausschließen Kältespray und Fön bringen Gewissheit. Auch gern mal im Bereich Q3, Q4 und R9. Denn die sind für das Entladen zuständig. Wenn sich da was ändert, dann ändert sich auch die Frequenz.
Benjamin K. schrieb: > - Ersetzen der MLCC durch Folienkondensatoren hat die Drift vollständig > beseitigt Ich würde nen 15µF Tantal nehmen, z.B. TCJB156M025R0150 https://www.digikey.de/de/products/detail/kyocera-avx/TCJB156M025R0150/5001387
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Lothar M. schrieb: > Benjamin K. schrieb: >> ... und nach 3 Tagen 15,6Hz. > Und dabei bleibt es dann auch nach 1 Woche? Ja, es läuft ein Dauerversuch seit Monaten ununterbrochen durch, dort habe ich ca. 14,8Hz. Im Anhang ein Diagramm zu ca. 4 Tagen einer anderen Messung. Das sieht aus als läuft das in eine Sättigung. >> Was ich mir bereits angesehen habe: > Hast du auch Oszibilder von diesen verschiedenen Frequenzen? Verändert > sich die Ladezeit oder die Entladezeit oder beide? Hmm, gute Frage, müsste ich messen. Vermutlich beide, da allerdings die Ladezeit ca. 75ms und die Entladezeit 1,5ms sind muss es zwingend zumindest die Ladezeit sein. Worauf willst du hinaus? >> Temperatur würde ich ausschließen > Kältespray und Fön bringen Gewissheit. Auch gern mal im Bereich Q3, Q4 > und R9. Denn die sind für das Entladen zuständig. Wenn sich da was > ändert, dann ändert sich auch die Frequenz. Das liegt räumlich ziemlich dicht beieinader (insgesamt ca. 20mm x 30mm). Das geht mit dem Fön gar nicht einzeln zu erwärmen. Das liegt auf dem Tisch und die gemessene Temparatur ändert sich um vielleicht 1°C am Tag. Driftet dabei aber um 20%. Wenn ich es erwärme und abkühle, mit mindestens 100°C Differnz, so ist die Änderung dabei nur ca. 0,5 bis 1Hz. Deshalb hab ich Temperatur ausgeschlossen. Eigenerwärmung ist bei dem Aufbau fast nicht vorhanden, bei um die 80mW Gesamtverlustleistung, wobei davon ~50mW am Vorwiderstand abfallen.
Hier erwartet wieder jemand Stabilitätswunder von ferroelektrischen Keramiken.
Lothar M. schrieb: > Kältespray und Fön bringen Gewissheit. Auch gern mal im Bereich Q3, Q4 > und R9 Warum sollten die bei Einsatz eines Folienkondensatoren plötzlich ihr Verhalten ändern?
Benjamin K. schrieb: > Ersetzen der MLCC durch Folienkondensatoren hat die Drift vollständig > beseitigt > Ich muss es allerdings verstehen, nicht das ein ganz anderes > Problem drunter liegt und die Schaltung in einem halben Jahr gar nicht > mehr will. Was soll denn nach diesem Test für eine andere Ursache als die X7R MLCC denkbar sein?
Benjamin K. schrieb: > Hat jemand eine Erklärung dazu? Es dauert offenbar eine Weile, bis sich die ferroelektrischen Domänen im elektrischen Feld ausgerichtet haben, was aber bei der Zielverwendung des Materials niemanden juckt.
> es läuft ein Dauerversuch seit Monaten ununterbrochen durch Verschwende deine Zeit besser mit TXCOs, OCXOs und Konsorten. Oder Spannungsrefenzen mit 10 ppm/K. > was aber bei der Zielverwendung > des Materials niemanden juckt. +++
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Bernd G. schrieb: > Hier erwartet wieder jemand Stabilitätswunder von ferroelektrischen > Keramiken. Motopick schrieb: > Verschwende deine Zeit besser mit TXCOs, OCXOs und Konsorten. > Oder Spannungsrefenzen mit 10 ppm/K. Ich fasse mal die Antwort auf die zwei Beiträge zusammen. Die Anforderung war nicht hohe Genauigkeit. Ursprünglich sogar nur "das soll irgendwie Pulsen wenn Spannung da ist" Dann ist jemanden Aufgefallen, das dass ja U-zu-f macht und sogar ziemlich linear. Ich habe auch versucht in meiner Frage deutlich zu machen, das die Genauigkeit erstmal nicht mein Problem ist. Ich suche die unterliegende Physikalische Ursache. Dieses Verhalten war mir neu, und ich habe dazu bei Kemet und TDK und ... keinerlei Infos gefunden.
Bernd G. schrieb: > Es dauert offenbar eine Weile, bis sich die ferroelektrischen Domänen im > elektrischen Feld ausgerichtet haben, was aber bei der Zielverwendung > des Materials niemanden juckt. Ja, so in etwa hätte ich das jetzt auch geraten. Das klingt bisher sehr nach Vermutungen und Spekulation. Das Ausrichten der Domänen ist aber doch zumeist als Alterungseffekt beschrieben. Hast du dazu nähere Infos? Oder ist das nur so dahergeraten?
Benjamin K. schrieb: > Worauf willst du hinaus? War ein Irrweg. Ich hatte verdrängt, dass andere Kondensatoren den Effekt nicht zeigen... > Das sieht aus als läuft das in eine Sättigung. Ja, eindeutig die in der Natur übliche e-Funktion. Benjamin K. schrieb: > Dieses Verhalten war mir neu Scheint mir auch interessant. > und ich habe dazu bei Kemet und TDK und ... keinerlei Infos gefunden. Womöglich wird diese Abweichung einfach in der allseits bekannten Kapazitätsreduzierung bei angelegter Gleichspannung "versteckt". In deren Kennlinien ist ja nur angegeben, dass sich die Kapazität bis zu xx% reduzieren kann, aber nicht, wie lange dieser Effekt braucht, oder gar, dass bei einer bestimmten angelegten Spannung immer die selbe Abweichung herauskommen muss. Ich würde jetzt interessehalber mal eine passende Messreihe ohne deine Schaltung aufsetzen und mit den Ergebnissen einen FAE kontaktieren. Denn wenn der Effekt ein paar Stunden bis zur "Erholung" auf die ursprüngliche Kapazität braucht, dann kannst du da ja eine Messreihe ohne deinen FU-Wandler mit einem üblichen Kapazitätsmessgerät machen: konstante Spannung anlegen, einige Zeit warten, abklemmen, entladen, kurz messen und dann wieder die Spannung anlegen. Mit diesen Ergebnissen können die den Effekt bei Interesse ggfs. auch nachvollziehen, ohne erst deine Schaltung hinterfragen zu müssen. Und weil auch der FAE keine Abhilfe zu diesem Langzeiteffekt finden wird, musst du sowieso andere Kondensatortypen ausprobieren und verwenden. Benjamin K. schrieb: > Aufgefallen, das dass ja U-zu-f macht und sogar ziemlich linear. Irgendwie klar, weil ja der Anfang der e-Funktion von 0..200V oder gar von 0..800V in den ersten 10V ja auch "ziemlich linear" ist... BTW: Wenn es vorrangig um Langzeitkonstanz geht, dann könntest du deine Schaltung mit einem DIAC deutlich vereinfachen:
1 | 200V..800V -----1M---o---------. |
2 | | | LED |
3 | | V => |
4 | | - |
5 | 15µ === | |
6 | | 1k |
7 | | | |
8 | | --- |
9 | | ^ v DIAC |
10 | | --- |
11 | | | |
12 | 0V ----------o---------' |
Der Niederspannungs-DIAC BSD08T112 hat laut Datenblatt eine "Excellent Switching Voltage Temperature Characteristic" mit (0.01%/°C).
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Lothar M. schrieb: > Wenn der Effekt ein paar Stunden bis zur "Erholung" auf die > ursprüngliche Kapazität braucht, dann kannst du da ja mal eine Messreihe > ohne deine Schaltung mit einem üblichen Kapazitätsmessgerät machen. Dann > können die das bei Interesse ggfs. auch nachvollziehen, ohne deine > Schaltung hinterfragen zu müssen. > > Ich würde jetzt interessehalber mal diese DC-freie Messreihe aufsetzen > und mit den Ergebnissen einen FAE kontaktieren. Das verstehe ich jatzt nicht ganz. Meinst du die Kondensatoren mit reinem AC (Sinus) beaufschlagen und dann die Kapazität beobachten? Hmm, ich vermute ja ganz stark eine Abhängigkeit mit dem DC-Bias. Wieso sollte sich das sonst erholen? Ich werde die Kondensatoren mal mit reinem DC beaufschlagen (die Pulse unterdrücken) und dann schauen ob es trotzdem driftet. Das geht deutlich schneller und einfacher für mich. Da melde ich mich wieder dazu. > BTW: > Wenn es vorrangig um Langzeitkonstanz geht, dann könntest du deine > Schaltung mit einem DIAC deutlich vereinfachen: > Der Niederspannungs-DIAC BSD08T112 hat laut Datenblatt eine "Excellent > Switching Voltage Temperature Characteristic" mit (0.01%/°C). Das ist ein sehr schöner Vorschlag , vielen Dank! Mit Diacs hab ich bisher wenig zu tun gehabt, die habe ich wegen "veraltet" und Beschaffbarkeit/2nd-Source bisher vermieden. Aber den genannten Typ "BSD08T112" hab ich nicht finden können, auch mit geratenen Tippfehlern nicht.
Benjamin K. schrieb: > den genannten Typ "BSD08T112" hab ich nicht finden können Stimmt, Typo: - https://www.digikey.de/de/products/detail/powerex-inc/BS08D-T112/1996010 Benjamin K. schrieb: > Meinst du die Kondensatoren mit reinem AC (Sinus) beaufschlagen und dann > die Kapazität beobachten? Nein, ich meine das so: 1. DC-Spannung anlegen (die führt ja offenbar zum Kern des Problems) 2. warten 3. Kondensator abklemmen und entladen 4. Kapazität messen mit "üblichem" Kapazitätsmessgerät 5. weiter bei 1 Wenn es da einen Effekt gibt, bist du fertig und kannst den FAE löchern. Wenn es da keinen Effekt gibt, dann musst du die Kapazität "unter Spannung" messen. Ich würde dann etwa so einen Aufbau ausprobieren:
1 | DC-Blocker |
2 | Folie 100µ |
3 | ---------o-------||---- |
4 | | |
5 | 20V === C-Messgerät |
6 | | |
7 | ---------o------------- |
8 | Prüfling |
9 | 4µ7 |
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Benjamin K. schrieb: > Da melde ich mich wieder dazu. Hab einen Schalter angebaut um die Pulse zu unterdrücken. Die MLCC laden sich damit auf ca. 27V auf, werden dann von einer Z-Diode geklemmt. Ich aktiviere die Pulse kurz für eine Messung und lasse das ansonsten einfach mal stehen. Esrte Messwerte:
1 | Zeit | Frequenz |
2 | ------+--------- |
3 | 0 min| 12,02 Hz |
4 | 1 min| 12,6 Hz |
5 | 5 min| 13,7 Hz |
6 | 20 min| 14,2 Hz |
Also liegt es am DC-Bias. Ich werde jetzt mir doch einen FAE suchen müssen, mal schaun ob ich da eine brauchbaren Kontakt finde. Vieln Dank an alle, ich versuche Infos hier wieder reinzukippen, möge es dem einen oder anderen helfen. ---- Benjamin
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