Почему греется электролитический конденсатор

А. ГРИШИН, г. Москва

При «оживлении» компьютера с процессором ATHLON AMD К7-600 и системной платой GIGABYTE GA-7IXE автора статьи неприятно удивил сильный нагрев оксидных конденсаторов и дросселей фильтров питания процессора — температура явно превышала приемлемое значение. Но плата была новой, на гарантии, и с этим фактом пришлось смириться. При последующих периодических проверках явный перегрев конденсаторов и дросселей напоминал, что с этим вопросом все же следует разобраться. Но, как часто бывает в жизни, для выполнения этой работы не хватало «запускающего импульса». Им стала, как пишет автор, статья А. Сорокина «Особенности применения оксидных конденсаторов в цепях питания микропроцессоров», опубликованная в «Радио», 2003, № 1.

Известно, что алюминиевые оксидные конденсаторы обладают большой собственной индуктивностью, пропорциональной их емкости, и не могут нормально работать на высоких частотах (ВЧ). Поэтому в цепях с широкополосным сигналом параллельно им обязательно устанавливают практически безындуктивные керамические конденсаторы. Именно так выполнены фильтры в цепях питания радиоприемников и телевизоров, и для разработчиков все это давно стало азбучной истиной.

Приведем конкретные данные цепей питания процессора для платы, на которой проводилась доработка. Эти сведения не только помогут читателю лучше понять суть внесенных изменений, но и послужат ориентиром при проведении аналогичных работ на системных платах других типов.

Фильтр питания процессора напряжением 1,6 В состоит из пяти включенных параллельно оксидных конденсаторов 1200 мкФ х 6,3 В и двух соединенных также параллельно дросселей, а напряжением 5 В — из четырех таких конденсаторов и одного дросселя. На плате установлены керамические конденсаторы для поверхностного монтажа, шунтирующие оксидные, но они, похоже, оказались малоэффективными.

Целью первого этапа работы была «разгрузка» оксидных конденсаторов от ВЧ составляющей. Лучший вариант — установка керамических конденсаторов непосредственно на печатной плате, на которой смонтирован микропроцессор, но это усложняло работу и возникала опасность повреждений. Поэтому пришлось ограничиться несколько менее эффективной мерой — монтажом безвыводных конденсаторов на выводах оксидных. Всего было установлено шесть конденсаторов емкостью 2,2 мкФ с номинальным напряжением 16 В: четыре — в цепи питания 1,6 В и два — в цепи питания 5 В. Поскольку расстояние между выводами оксидного конденсатора больше длины керамического, один торец последнего припаивался непосредственно к выводу оксидного, а другой — через вставку из согнутого пополам отрезка луженого провода диаметром 0,5. 0,6 мм.

После доработки нагрев оксидных конденсаторов существенно снизился, а добавленные несколько позже еще три безвыводных конденсатора (по одному на каждый оставшийся оксидный) практически не изменили картину.

Следующая задача — уменьшение нагрева дросселей. В цепи питания 1,6 В они имели по три витка эмалированного провода диаметром 1,7 мм, намотанного на кольцевой сердечник с внешним диаметром 12,7 мм, а в цепи питания 5 В — пять витков провода диаметром 1,4 мм на таком же сердечнике. Материал сердечников неизвестен, но можно предположить, что это феррит.

Причины нагрева дросселей хорошо известны. Это — выделение мощности на активном сопротивлении провода обмотки (джоулево тепло) и так называемый поверхностный эффект, вызывающий увеличение этого сопротивления для ВЧ составляющих.

Поскольку активное сопротивление обмотки не превышает долей ома (измерить его обычными приборами невозможно), влияние первой составляющей невелико и в первом приближении ею можно пренебречь. Наибольший «вклад» вносит вторая составляющая. Кроме того, из-за насыщения сердечника большим током индуктивность дросселя оказывается недостаточной для хорошей фильтрации переменной составляющей.

Простейшая доработка дросселя — введение зазора в сердечнике. Для этого дроссель выпаивают из платы и алмазной пилой делают разрез шириной около 1 мм в том месте, где она не затрагивает провод. Индуктивность дросселя при этом несколько уменьшается, но ее нетрудно восстановить увеличением числа витков.

Снизить влияние поверхностного эффекта — более сложная задача, поскольку требует замены провода обмотки жгутом с такой же площадью сечения, свитым из более тонких проводов. Чем они тоньше, тем меньше сказывается поверхностный эффект, меньше диаметр жгута (благодаря большему коэффициенту заполнения) и, кроме того, он становится мягче и его легче наматывать. Однако большое число проводов усложняет изготовление жгута, поэтому был выбран провод ПЭВ-2 0,35. Для обмотки дросселя в цепи питания +5 В применен жгут из 16 проводов длиной 180 мм, а дросселей в цепи питания ядра — из 25 проводов длиной 160 мм.

Изготовление жгутов несложно, хотя и весьма трудоемко. Вначале один из концов каждого провода освобождают от изоляции на длине 5. 8 мм и облуживают, затем складывают провода залуженными концами вместе и, выровняв торцы, скручивают в жгут. Поскольку его диаметр в любом случае получается больше диаметра заменяемого провода, отрезок последнего (предварительно зачищенный и облуженный) вставляют в торец жгута, место соединения обматывают тонким луженым проводом и тщательно пропаивают. Затем жгут наматывают на сердечник с предварительно сделанным разрезом. Для компенсации уменьшения индуктивности из-за введения зазора число витков увеличивают соответственно до 9 и 5. После намотки второй конец жгута укорачивают до необходимой длины и подготавливают к монтажу аналогично описанному выше.

Новые дроссели невозможно установить вплотную к плате так, как стояли непеределанные, но это даже лучше, поскольку появившийся зазор улучшает условия охлаждения платы и самих дросселей. В итоге получается двойной эффект — снижение температуры дросселей и улучшение условий их охлаждения.

Проверка доработанных фильтров питания показала следующее. После включения компьютера и загрузки операционной системы нагрев конденсаторов и дросселей едва ощутим. При большой загрузке процессора (решение сложной задачи) нагрев дросселей становится заметным, но он значительно меньше, чем до переделки.

В заключение — несколько советов тем, кто, прочитав эту статью, задумается о повышении надежности работы своего компьютера. В первую очередь, необходимо выяснить реальную необходимость описанной доработки. В современных процессорах, например, ATHLON 1700, развязывающие керамические конденсаторы смонтированы непосредственно на плате, на которой установлен микропроцессор. Кроме того, ввиду большой вычислительной мощности во многих случаях (например, при наборе текста в редакторе «Word») процессор фактически «отдыхает», поэтому он и элементы фильтров питания нагреваются мало. Нагрев может существенно возрасти при загрузке процессора сложными математическими задачами (кстати, к ним относятся и игры типа 3D-«стрелялок»). И если в таком режиме компьютер используется подолгу, есть смысл его доработать. Оксидные конденсаторы в любом случае целесообразно шунтировать керамическими. В дросселях попробовать ограничиться пропилом сердечника, а если этого окажется недостаточно, заменить одиночный провод жгутом.

А. ГРИШИН, г. Москва

При «оживлении» компьютера с процессором ATHLON AMD К7-600 и системной платой GIGABYTE GA-7IXE автора статьи неприятно удивил сильный нагрев оксидных конденсаторов и дросселей фильтров питания процессора — температура явно превышала приемлемое значение. Но плата была новой, на гарантии, и с этим фактом пришлось смириться. При последующих периодических проверках явный перегрев конденсаторов и дросселей напоминал, что с этим вопросом все же следует разобраться. Но, как часто бывает в жизни, для выполнения этой работы не хватало «запускающего импульса». Им стала, как пишет автор, статья А. Сорокина «Особенности применения оксидных конденсаторов в цепях питания микропроцессоров», опубликованная в «Радио», 2003, № 1.

Известно, что алюминиевые оксидные конденсаторы обладают большой собственной индуктивностью, пропорциональной их емкости, и не могут нормально работать на высоких частотах (ВЧ). Поэтому в цепях с широкополосным сигналом параллельно им обязательно устанавливают практически безындуктивные керамические конденсаторы. Именно так выполнены фильтры в цепях питания радиоприемников и телевизоров, и для разработчиков все это давно стало азбучной истиной.

Приведем конкретные данные цепей питания процессора для платы, на которой проводилась доработка. Эти сведения не только помогут читателю лучше понять суть внесенных изменений, но и послужат ориентиром при проведении аналогичных работ на системных платах других типов.

Фильтр питания процессора напряжением 1,6 В состоит из пяти включенных параллельно оксидных конденсаторов 1200 мкФ х 6,3 В и двух соединенных также параллельно дросселей, а напряжением 5 В — из четырех таких конденсаторов и одного дросселя. На плате установлены керамические конденсаторы для поверхностного монтажа, шунтирующие оксидные, но они, похоже, оказались малоэффективными.

Целью первого этапа работы была «разгрузка» оксидных конденсаторов от ВЧ составляющей. Лучший вариант — установка керамических конденсаторов непосредственно на печатной плате, на которой смонтирован микропроцессор, но это усложняло работу и возникала опасность повреждений. Поэтому пришлось ограничиться несколько менее эффективной мерой — монтажом безвыводных конденсаторов на выводах оксидных. Всего было установлено шесть конденсаторов емкостью 2,2 мкФ с номинальным напряжением 16 В: четыре — в цепи питания 1,6 В и два — в цепи питания 5 В. Поскольку расстояние между выводами оксидного конденсатора больше длины керамического, один торец последнего припаивался непосредственно к выводу оксидного, а другой — через вставку из согнутого пополам отрезка луженого провода диаметром 0,5. 0,6 мм.

После доработки нагрев оксидных конденсаторов существенно снизился, а добавленные несколько позже еще три безвыводных конденсатора (по одному на каждый оставшийся оксидный) практически не изменили картину.

Следующая задача — уменьшение нагрева дросселей. В цепи питания 1,6 В они имели по три витка эмалированного провода диаметром 1,7 мм, намотанного на кольцевой сердечник с внешним диаметром 12,7 мм, а в цепи питания 5 В — пять витков провода диаметром 1,4 мм на таком же сердечнике. Материал сердечников неизвестен, но можно предположить, что это феррит.

Причины нагрева дросселей хорошо известны. Это — выделение мощности на активном сопротивлении провода обмотки (джоулево тепло) и так называемый поверхностный эффект, вызывающий увеличение этого сопротивления для ВЧ составляющих.

Поскольку активное сопротивление обмотки не превышает долей ома (измерить его обычными приборами невозможно), влияние первой составляющей невелико и в первом приближении ею можно пренебречь. Наибольший «вклад» вносит вторая составляющая. Кроме того, из-за насыщения сердечника большим током индуктивность дросселя оказывается недостаточной для хорошей фильтрации переменной составляющей.

Простейшая доработка дросселя — введение зазора в сердечнике. Для этого дроссель выпаивают из платы и алмазной пилой делают разрез шириной около 1 мм в том месте, где она не затрагивает провод. Индуктивность дросселя при этом несколько уменьшается, но ее нетрудно восстановить увеличением числа витков.

Снизить влияние поверхностного эффекта — более сложная задача, поскольку требует замены провода обмотки жгутом с такой же площадью сечения, свитым из более тонких проводов. Чем они тоньше, тем меньше сказывается поверхностный эффект, меньше диаметр жгута (благодаря большему коэффициенту заполнения) и, кроме того, он становится мягче и его легче наматывать. Однако большое число проводов усложняет изготовление жгута, поэтому был выбран провод ПЭВ-2 0,35. Для обмотки дросселя в цепи питания +5 В применен жгут из 16 проводов длиной 180 мм, а дросселей в цепи питания ядра — из 25 проводов длиной 160 мм.

Изготовление жгутов несложно, хотя и весьма трудоемко. Вначале один из концов каждого провода освобождают от изоляции на длине 5. 8 мм и облуживают, затем складывают провода залуженными концами вместе и, выровняв торцы, скручивают в жгут. Поскольку его диаметр в любом случае получается больше диаметра заменяемого провода, отрезок последнего (предварительно зачищенный и облуженный) вставляют в торец жгута, место соединения обматывают тонким луженым проводом и тщательно пропаивают. Затем жгут наматывают на сердечник с предварительно сделанным разрезом. Для компенсации уменьшения индуктивности из-за введения зазора число витков увеличивают соответственно до 9 и 5. После намотки второй конец жгута укорачивают до необходимой длины и подготавливают к монтажу аналогично описанному выше.

Новые дроссели невозможно установить вплотную к плате так, как стояли непеределанные, но это даже лучше, поскольку появившийся зазор улучшает условия охлаждения платы и самих дросселей. В итоге получается двойной эффект — снижение температуры дросселей и улучшение условий их охлаждения.

Проверка доработанных фильтров питания показала следующее. После включения компьютера и загрузки операционной системы нагрев конденсаторов и дросселей едва ощутим. При большой загрузке процессора (решение сложной задачи) нагрев дросселей становится заметным, но он значительно меньше, чем до переделки.

В заключение — несколько советов тем, кто, прочитав эту статью, задумается о повышении надежности работы своего компьютера. В первую очередь, необходимо выяснить реальную необходимость описанной доработки. В современных процессорах, например, ATHLON 1700, развязывающие керамические конденсаторы смонтированы непосредственно на плате, на которой установлен микропроцессор. Кроме того, ввиду большой вычислительной мощности во многих случаях (например, при наборе текста в редакторе «Word») процессор фактически «отдыхает», поэтому он и элементы фильтров питания нагреваются мало. Нагрев может существенно возрасти при загрузке процессора сложными математическими задачами (кстати, к ним относятся и игры типа 3D-«стрелялок»). И если в таком режиме компьютер используется подолгу, есть смысл его доработать. Оксидные конденсаторы в любом случае целесообразно шунтировать керамическими. В дросселях попробовать ограничиться пропилом сердечника, а если этого окажется недостаточно, заменить одиночный провод жгутом.

Почему взрываются конденсаторы, пути решения проблемы.

Частый вопрос – почему взрываются электролитические конденсаторы на материнской плате, видеокарте, блоке питания? Какие причины взрывов и пути решения проблемы, чтобы это не повторялось. Этому посвящена статья.

Теория

Очень часто при ремонте компьютеров и  компьютерной техники – в блоках питания, материнской плате компьютера, видеокарте, мониторах, принтерах и других устройствах – можно обнаружить испорченные вздутые конденсаторы, в которых вытек электролит, а  их корпус разрушен.

Конденсаторы – это рулоны (или стопки) фольги, разделенные диэлектриком. В электролитических конденсаторах одним электродом (анодом) является фольга, а другим (катодом)- электролит. В качестве диэлектрика выступает тонкая оксидная пленка, нанесенная на анод. Чтобы разобраться с причиной, по которой конденсаторы выходят из строя, составим примерную эквивалентную схему конденсатора.

Таким образом, у конденсатора есть и активное сопротивление r (эквивалентное последовательное сопротивление или по-научному ESR), и сопротивление утечки R, и индуктивность L из-за свернутого спиралью сэндвича. Условность схемы в том, что на самом деле схема представляет собой “длинную линию”, расчет которой чрезвычайно сложен.

Почему возникает взрыв конденсатора

Дело в том, что эти конденсаторы стоят в цепи импульсной схемы питания и служат для сглаживания пульсаций частотой в десятки килогерц. В принципе, уже из-за пульсаций через конденсаторы течет переменный ток, который немного нагревает внутреннее сопротивление. На малой частоте этот нагрев мал и конденсатор холодный. Закипание возникает тогда, когда выделяемая мощность больше мощности рассеивания. Так почему же происходит нагрев из-за которого электролит закипает и происходит взрыв и какую роль в нагревании играет индуктивность?

В импульсных схемах, если посмотреть осциллографом, то можно увидеть, что в момент переключения транзисторов возникает затухающий колебательный процесс, причем амплитуда перерегулирования очень значительная, а частота колебательного процесса высокая. Высокочастотная составляющая хорошо пропускается емкостью, она же и является основной причиной нагрева конденсатора. Причем же здесь индуктивность? А индуктивность и является причиной колебаний, т.к. она является частью колебательного контура LC. Поэтому, чем больше паразитная индуктивность конденсатора, тем больше энергия высокочастотной колебательной составляющей выделяется внутри конденсатора. Во избежание взрыва на корпусе конденсатора наносятся насечки, позволяющие выпустить пар кипящего электролита.

Как выбирать конденсаторы для замены

Что же делать? Чем заменить неисправный?

1. Нужно брать качественные изделия с малым ESR и индуктивностью. Они дороже, но греются меньше и взрываются значительно реже. К тому же, есть понятие “реактивная мощность конденсатора” – мощность, которую конденсатор способен выдержать, пропустив через себя, и которая зависит тангенса потерь диэлектрика и размеров конденсатора. Т.е., чем больше размер конденсатора, тем больше рассеивание и выше реактивная мощность.

2. Можно параллельно электролитическим конденсаторам поставить керамические небольшой емкости.

3. Если выбросы напряжения заходят в отрицательную область, то поможет обратный диод, который не даст обратному току “спалить” полярный конденсатор при приложении обратного напряжения.

Срок жизни электролитических конденсаторов ограничен из-за химических изменений в диэлектрике и зависит от того, как близко выбрано рабочее напряжение к максимальному. Другими словами, чем выше мы выберем максимальное напряжение конденсатора, тем дольше он будет служить.

Перепайка конденсаторов на материнской плате в нашем компьютерном центре обычно стоит 1000 руб вместе с работой по разборке и сборке компьютера.

 Правда о конденсаторах

Однако самой правдоподобной версией массового выхода из строя электролитических конденсаторов является другая – технологическая. В пользу этой версии говорит тот факт, что взрываются в основном конденсаторы, произведенные конкретными китайскими фирмами.

История вопроса. Некоторые китайские фирмы не захотели покупать патенты на производство электролитических конденсаторов и разработали свою технологию, в частности, формулу электролита. Однако, формула оказалась нестабильной. Через несколько лет их электролит под воздействием рабочих факторов (одни из важнейших – повышенная рабочая температура и напряжение) изменяет свои электрические параметры, в частности, сопротивление. В результате через несколько лет конденсаторы вспучивались из-за вскипания электролита.

Поэтому самое главное при замене конденсаторов – это заменять их на качественные конденсаторы, произведенные надежной фирмой.

Электролитические конденсаторы производства Yageo Corporation Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Компоненты и технологии, № 9’2003 Компоненты

Электролитические конденсаторы

производства Yageo Corporation

В одном из предыдущих номеров журнала мы познакомили читателя с индуктивными компонентами, производимыми компанией Уадео. Статья очень заинтересовала читателей, мы получили много откликов и по многочисленным просьбам продолжаем знакомство с продукцией компании Уадео.

Юрий Левашов

[email protected]

История конденсатора насчитывает более 250 лет. Он был изобретен немецким физиком Эвальдом Юргеном фон Клейстом и голландским физиком Питером Ван Мушенбру-ком в 1745 году в университете немецкого города Лейдена. Устройство, носившее название «Лейденская банка», имело простейшую конструкцию и позволяло накапливать электрическую энергию в небольших объемах. К сожалению, большого применения конденсатор тогда не нашел и использовался в основном для розыгрышей. Конденсатор заряжали от электрофорной машины, до него дотрагивались люди и получали кратковременный удар электрическим током.

С тех пор конденсаторы очень сильно изменились, появилось множество форм и конструкций, но принципы накопления энергии остались неизменными. Совершенствование технологий и применение новых материалов позволили значительно улучшить конструкцию конденсаторов. Суммарный

заряд, который мог накапливаться в лейденской банке объемом 1 литр, теперь можно «уместить» в устройстве размером не больше булавочной головки.

За последние 30 лет размеры конденсаторов уменьшались столь же быстро, сколь быстро происходила миниатюризация в электронике.

Компоненты Yageo Corporation

Yageo Corporation — молодая агрессивная компания, занимающая лидирующие позиции в разработке и внедрении диэлектрических, ферро- и пьезокерамических технологий. Дата основания компании 1977 год. Центры разработки, находящиеся по всему миру, разрабатывают электронные компоненты, которые удовлетворяют самым строгим требованиям производителей электронного оборудования в сфере цифровой обработки сигналов и телекоммуникаций, где новые технологии наиболее востребованы.

Область применения компонентов Yageo не поддается охвату — это компьютерное, телекоммуникационное оборудование, бытовая и автомобильная техника, промышленное оборудование, средства мобильной связи, медицинская техника, автомобильная электроника и многое другое.

На рис. 1 представлена диаграмма, позволяющая оценить спектр компонентов, выпускаемых компанией Yageo.

Конденсаторы другие

Индуктивности

3% ~

Рис. 1

Резисторы

64%

Компоненты и технологии, № 9’2003

Как видно, основную долю по производству занимают резисторы, как поверхностного монтажа, так и выводные, их доля от общего объема выпускаемой продукции составляет около 64%. Компанией также в больших количествах выпускаются многослойные керамические конденсаторы. Доля электролитических конденсаторов в объеме выпускаемой продукции составляет порядка 3%. Сюда входят конденсаторы общего назначения, с малым током утечки, низкоимпедансные, с расширенным диапазоном температур и т. д.

Что же представляет собой электролитический конденсатор, каковы его основные особенности и отличия?

Компоненты

и~п Monitor

і Video

30%

YAGEO

КОНДЕНСАТОРЫ

30%

Power Supply

Особенности электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы представляют собой особый тип конденсаторов, существенно отличающихся по своей конструкции, технологии производства и электрическим параметрам от конденсаторов других типов.

В электролитическом конденсаторе диэлектриком служит тонкая оксидная пленка, образованная в результате электрохимической реакции на алюминиевом аноде, служащем первой обкладкой конденсатора.

Второй обкладкой служит электролит, соприкасающийся с оксидной пленкой.

Электролитические конденсаторы по своей природе полярные и могут работать только в цепях постоянного тока. В случае, если полярность подключения конденсатора будет нарушена, внутри него почти мгновенно нарушится слой окиси, и через конденсатор потечет большой ток, конденсатор начнет греться, что приведет к его выходу из строя.

Несмотря на то что электролитические конденсаторы имеют наибольшую удельную емкость по сравнению с другими типами конденсаторов, область их применения ограничена. Во-первых, использование только в цепях постоянного или пульсирующего тока, что объясняется тем, что подводимое к нему напряжение должно иметь определенную полярность, которую нельзя менять./10]

где Т — рабочая температура, 1 — срок службы при температуре Т, Ттах — предельная гарантированная температура, 1тах — срок службы при температуре Ттах.

Рис. 2. Степень применения электролитических конденсаторов Yаgeo в различных областях техники

Уравнение для расчета времени жизни конденсатора, учитывающее внешнюю температуру и пульсирующий ток, выглядит следующим образом:

1 — 1пост * л * к

где 1пост — время жизни при работе с постоянным током, к — коэффициент усиления импульсов (к = 2, если импульсы не выходят за пределы нормы, к = 4, если выходят), Ттах — предельная гарантированная температура, Т — рабочая температура, ДТ — повышение температуры внутри конденсатора.

Гарантируемый срок службы электролитического конденсатора означает, что его номинальная емкость в течение указанного срока не превысит номинального отклонения, обычно это значение равно ±20%. Превышение срока службы электролитического конденсатора не означает, что он прекратит работать в цепи. Конденсатор будет работать, но значение его емкости уже выйдет за пределы, указанные в технической документации.

Срок службы электролитического конденсатора можно существенно повысить, снизив рабочую температуру относительно максимальной. Так, время жизни конденсатора будет увеличиваться вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °С. К сожалению, это правило действует только до 40 °С. Дальнейшее снижение температуры не приводит к столь ощутимым результатам.

Для повышения надежности и сроков службы РЭА рекомендуется использовать электролитические конденсаторы с расширенным температурным диапазоном.

Одним из важных параметров электролитических конденсаторов, привлекающим все большее внимание разработчика, является эквивалентное последовательное сопротивление (ЕБЯ).

Четкого определения конденсаторов с низким Е8И не существует, имеется ряд критериев, установленных разработчиками: срок службы должен быть больше, чем у стандартных конденсаторов; максимальное сопротивление (импеданс) задается на частоте 100 кГц и остается неизменным в диапазоне температур от -10 до +20 °С; ток пульсаций определяется на частоте 100 кГц.

Алюминиевые электролитические конденсаторы с низким значением ESR широко используются в импульсных преобразователях напряжения. Так, в сравнении со стандартными, алюминиевые электролитические конденсаторы с низким ESR характеризуются большими значениями емкости, большим сроком службы (более 5 тыс. часов) и долговечностью при полной нагрузке, способностью выдерживать более высокие токи пульсации, большим разнообразием размеров корпусов. Самые большие различия получены для таких параметров, как долговечность при полной нагрузке, импеданс (Z) и ESR на частоте 100 кГц. Конденсаторы с малыми значениями ESR и импеданса широко используются в импульсных источниках питания для обеспечения стабильности их характеристик. Конденсаторы с высокими значениями ESR будут слишком нагреваться и не позволят стабилизировать ток.

Электролитические конденсаторы Yageo Corporation

Электролитические конденсаторы являются довольно востребованным звеном электронной техники. Без них не обходится практически ни одно радиоэлектронное устройство.

На рис. 2 представлена диаграмма, позволяющая оценить степень использования электролитических конденсаторов Yageo в различных областях техники.

Устройство выводного электролитического конденсатора радиального типа представлено на рис. 3.

выводы

резиновым уплотнитель анодная фольга конденсаторная бумага катодная фольга виниловый изолятор алюминевый стакан

6>мм)

Рис. 3. Устройство выводного электролитического конденсатора

Компоненты и технологии, № 9’2003

Компоненты

Миниатюрные алюминиевые электролитические конденсаторы

SM

105 °С 3000 ч Низко-импедансные

SC

105 °С 3000 ч Повышенный срок службы

SX

105 °С 2000-5000 4 ■ Низко-импедансные, миниатюрные

SH

105 °С 2000 ч Миниатюрный

SE-K

105 °С 1000 ч Общего назначения

SN SR

105 °С 1000 ч Неполярный 85 °С 1000 ч Неполярный

SK SS

85 °С 2000 ч 105 °С 1000 ч 7 мм высота

Общего назначения

SG

105 °С 5000 ч

SB

105 °С 1000 ч С низким током утечки

S5

105 °С 1000 ч 5 мм высота

С самофиксирующимися выводами

Рис. 4. Классификация электролитических конденсаторов Yageo Corporation

Таблица. Краткие характеристики некоторых серий электролитических конденсаторов Yageo

Серия конден- сатора Рабочее напряжение, В Диапазон температур, °С Диапазон емкостей, мкФ Точность, % Время жизни, ч Ток утечки, мкА* Примечания

S5 6,3 ~50 -40-+105 0,1-330 +/-20 1000 0,01CV суперминиатюрный

SS 6,3 ~63 -40 -+105 0,1-220 +/-20 1000 0,01CV суперминиатюрный

SK 6,3 ~450 -40 -+85 0,1-22000 +/-20 2000 0,01CV общего назначения

SB 0 О T ,3 6, -40 -+105 0,1-4700 +/-20 1000 0,002CV с низким током утечки

SX 6,3 -100 -40 -+105 22-15000 +/-20 2000-5000 0,01CV низкоимпедансный

SG 160 -400 -40 -+105 3,3-330 +/-20 5000 0,06СТ+10мкА

SN 0 10 T ,3 6, -40 -+105 0,47-2200 +/-20 1000 0,03CV+3 мкА неполярный

LXK 16 -450 -25 -+85 470-22000 +/-20 2000 3VCV с самофиксирующимися выводами

LG 6,3 -450 -25 -+105 47-82000 +/-20 2000 0,02CV с самофиксирующимися выводами

* значение тока утечки измеряется спустя 2 минуты после включения конденсатора в цепь

Компания Yageo занимает ведущее место в мире по производству электролитических конденсаторов, составляя конкуренцию таким мировыми производителям, как Chemicon, Nichicon, Samsung, Philips/BCC.

На рис. 4 представлена классификация электролитических конденсаторов Yageo Corporation.

В линейку выпускаемой продукции входят следующие конденсаторы: общего на-

значения, с низким Е8И, с низким током утечки, неполярные, а также электролитические конденсаторы поверхностного монтажа.

Основные характеристики некоторых серий электролитических конденсаторов Yageo представлены в таблице.

Остановимся более подробно на некоторых сериях электролитических конденсаторов производства Yageo.

0,3 Мах.

©

©

-W

D > 0 8 = L ± 0,3

Рис. 5. Электролитический конденсатор Yageo для поверхностного монтажа

Серия 8Н

Миниатюрные электролитические конденсаторы с верхней температурной границей 105 °С. Срок службы — 2000 часов при температуре 105 °С. Рабочее напряжение 6,3-450 В, диапазон рабочих температур -40…+105 °С, точность ±20%.

Конденсаторы этой серии применяются в устройствах, где требуется высокое качество и надежность.

Серия 8В

Электролитические конденсаторы этой серии имеют низкий ток утечки, равный 0,002СУ спустя две минуты после начала измерения. Рабочее напряжение 6,3-100 В, диапазон рабочих температур -40…+ 105 °С, точность ±20%.

Серия 8Х

Низкоимпедансные конденсаторы с малым значением Е8И. Применяются в импульсных источниках питания. Рабочее напряжение 6,3-100 В. Диапазон рабочих температур -40… + 105 °С. Диапазон емкостей от 22 до 1500 мкФ. Точность ±20%. Ток утечки 0,01СУ или 3 мкА спустя 2 минуты после начала измерения. Срок службы конденсаторов при температуре 105 °С составляет 2000-5000 часов.

Серия 80

Серия предназначена для использования в электронных балластах. Срок службы — 5000 часов при температуре 105 °С. Рабочее напряжение от 160 до 450 В, диапазон емкостей от 3,3 до 330 мкФ. Точность ±20%.

Серия SN

Миниатюрные неполярные конденсаторы, предназначенные для использования в схемах с реверсивной полярностью постоянного напряжения. Диапазон рабочих температур -40…+105 °С, рабочее напряжение 6,3-100 В. Диапазон емкостей от 0,47 до 2200 мкФ. Ток утечки равен 0,03СУ или 3 мкА.).

Конденсаторы серии СА имеют срок службы 2000 ч при максимальной температуре 85 °С. У конденсаторов серий СВ и СЕ срок службы, соответственно, 1000 и 2000 часов при температуре 105 °С.

Заключение

Качество электролитических конденсаторов производства Yageo подтверждается международными сертификатами качества и стандартов 180-9002 и QS-9000, что допускает их использование, в частности, в автомобильной электронике.

К сожалению, объем журнальной статьи не позволяет подробно рассмотреть всю линейку электролитических конденсаторов, выпускаемых корпорацией Yageo, а также их особенности и сферы применения, поэтому заинтересовавшемуся читателю мы предлагаем посетить сайт корпорации Yageo в России — yageo.alkon.net.

Russian HamRadio — Предварительная формовка “электролитов” или лечим конденсаторы.

Как показывает радиолюбительская практика, многие электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы, пролежавшие без употребления несколько лет, теряют свою емкость, имеют повышенный ток утечки и большие потери. Однако радиолюбителям чаще всего попадаются именно такие древние — конденсаторы, пролежавшие по 10 и более лет, так как цена их минимальна. Импортные электролитические конденсаторы, как правило, очень дороги, хотя, бесспорно, они более качественные, чем абовянские имеют меньшие габариты, небольшие отклонения от паспортной емкости и минимальные диэлектрические потери, и токи утечки. Включать старые конденсаторы ранних выпусков типа К50, К52 и т.п. в сглаживающие фильтры блоков питания без специальной обработки крайне нежелательно. Некоторые из них из-за повышенного тока утечки при непосредственном включении под постоянное напряжение начинают греться. При сильном нагреве электролит может вскипеть и повредить конденсатор (который попросту взорвется) Сильный хлопок и перегорание предохранителя при повреждении конденсатора — не самое страшное. Разбрызгавшийся горячий электролит измажет внутри весь аппарат, а при неблагоприятном стечении обстоятельств может вызвать ожог частей тела. Простейший способ проверить наличие утечки конденсатора — это зарядить его пониженным постоянным напряжением и по истечении некоторого времени проверить на наличие или отсутствие заряда. Конденсатор, имеющий утечку, быстро саморазрядится, а качественный электролитический конденсатор будет держать заряд долго. Теперь немного теории. Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы при своей значительной емкости имеют малые размеры (сказывается тонкий слой диэлектрика). В радиоэлектронных схемах они находят самое широкое применение: в фильтрах выпрямителей, в качестве блокирующих и развязывающих в цепях звуковых частот, в качестве переходных в полупроводниковой технике и др. Диэлектриком в таких конденсаторах является тончайший слой окиси на металле. Одной обкладкой является металл, на котором образован оксидный слой, другой служит электролит (в электролитических конденсаторах), либо слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых). Оксидная пленка обладает односторонней проводимостью, поэтому при монтаже необходимо соблюдать полярность подключения электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов . Если этого не учитывать, оксидный слой теряет свои диэлектрические свойства и конденсатор выходит из строя. Аналогичная картина происходит и с конденсаторами, длительное время не используемыми. У них со временем оксидный слой -рассасывается, что служит причиной повышенного тока утечки, избыточных потерь и в конечном итоге может привести к повреждению. Если такому на первый взгляд неисправному конденсатору вовремя провести формовку, то оксидный слой у него восстановится. Физический процесс формовки конденсаторов представляет собой обычный электрохимический электролиз. После формовки параметры конденсатора восстанавливаются . В дальнейшем, как правило, аппаратура периодически включается в сеть, и конденсаторы периодически подформовываются тренируются, сохраняя тем самым свои свойства. Формовку электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов больших емкостей (100 мкФ и более) удобно производить простейшим устройством, схема которого показана на рис.1. Здесь резистор R1 выполняет роль ограничительно — предохранительного (ограничивает ток и не позволяет разогреваться электролиту), его сопротивление не критично и зависит от тока утечки конденсатора, но желательно применять резистор с запасом по мощности (остеклованный), так как маломощные сопротивления при больших токах утечки могут перегореть. Переменное напряжение — U (с частотой сети 50 Гц) должно быть меньше номинального рабочего напряжения конденсатора на выходе однополупериодного выпрямителя примерно в 2 раза. Формовать можно несколько параллельно включенных конденсаторов. Время формовки конденсаторов должно составлять около двух суток. Автор применил такую схему формовки для электролитических конденсатора, пролежавших без дела . Около 15 лет и смонтированных в бестрансформаторном блоке питания (с удвоением напряжения) усилителя мощности на 4-х лампах 6П45С для коротковолнового трансивера. При первоначальной попытке подключить конденсаторы в блок питания без выполнения предварительной формовки из 6 конденсаторов К50 два вышли из строя, что и навело на размышления. После отключения блока питания от сети на отформованном конденсаторе электрический заряд сохраняется от нескольких часов до суток. Поэтому, если возникла необходимость после отключения блока питания от сети сделать в нем какие-либо работы, то, естественно, конденсаторы по технике безопасности следует разрядить. Однако хочу сразу предостеречь радиолюбителей (и не только) от практики разряда отключенных электролитических конденсаторов путем закорачивания их выводов металлическими предметами или проводниками (например, через отвертку), так как в таких случаях в моей практике имели случаи повреждения конденсаторов. Вскрытие повредившихся конденсаторов показало, что причиной выхода из строя становилось перегорание внутренних тонких проводников — выводов, идущих с обкладок конденсатора на внешние выводы. Учитывая большую емкость конденсатора и очень малое сопротивление внешней закорочки (сотые доли ома), при разряде конденсатора возникает огромный импульс тока в десятки ампер, который быстро разогревает внутренний вывод и в результате он перегорает (как предохранитель). Если этого не случится в первый разряд, так может произойти в последующие. Поэтому рекомендую производить разряд конденсаторов высоковольтных блоков питания аппаратуры с помощью изолированных щупов, между которыми последовательно включен резистор сопротивлением 50-100 Ом. Естественно, держать такое сопротивление на выводах конденсатора приходится дольше, чем отвертку. В. Башкатов Литература : I. Ю . Н. Рожин — Полупроводниковая радиоэлектроника. Киев, Радянська школа: 1982г. 2. В помощь радиолюбителю, вып. №109 Радио хобби №3/2001 материал подготовил А. Кищин (UA9XJK)

Copyright © Russian HamRadio

Как заменить конденсатор

Конденсаторы есть внутри телевизора, блоке питания компьютера, зарядном устройстве мобильного телефона. Можно найти также внутри принтера, DVD-привода, мыши. Замену конденсатора в схеме лучше доверить профессионалам. Иногда ремонт сводящийся к замене поврежденного, пробитого конденсатора, может быть произведен самостоятельно. Прежде всего к ним относятся случаи, когда был пробит электролитический конденсатор размерами 5 мм и больше.

Свойства конденсаторов

Принципиальное свойство любого конденсатора – проводить переменный ток, причем чем выше частота и чем больше электрическая ёмкость устройства – и не проводить постоянный. С целью получения необходимой для функционирования электронных схем емкости в малом объёме широкое распространение получили электролитические конденсаторы – в них обкладки сделаны из специальным образом обработанной алюминиевой фольги, погруженной в электролит, заполняющий его корпус.

При перегреве или превышении напряжения на обкладках, из электролита выделяются газы, под действием которых корпус сначала деформируется, а затем взрывается. При этом происходит контакт положительной и отрицательной обкладок, в результате которого основное его свойство – не проводить постоянный ток – оказывается нарушенным.

Для чего нужна замена

При взрыве большого конденсатора прежних систем (К50-6, К50-12, К-50-35) разлет осколков алюминиевого корпуса происходит в случайном направлении и при открытой плате может быть опасен для человека, поэтому на торце их корпуса делается треугольная или крестообразная насечка, по которой при взрыве рвется корпус, не создавая осколков.

Если такой вскрытый конденсатор есть на плате, значит его определенно надо заменить. Вопрос – на что именно. Прежде всего, предпочтительнее новый, который можно взять на ближайшем радио рынке в киоске электронных компонентов. Основной параметр – ёмкость, не разбираясь в схеме, желательно оставить неизменным. Если такой возможности нет, лучше ставить большей емкости. То же касается и рабочего напряжения.

Процесс замены конденсатора

Берется паяльник на 15 – 20 ватт с плоским жалом, окунается в канифоль, греется им сначала одна ножка испорченного конденсатора, затем он наклоняется и греется другая. После этого припой счищают очень аккуратно с обоих отверстий, если попал внутрь, высверливают тонким надфилем с острым концом, и, соблюдая полярность, вставляют в отверстия новый конденсатор. Смачивают ножки канифолью, затем аккуратно припаивают. После этого можно приступать к проверке схемы.

Массив электролитических конденсаторов | MyElectrons.ru

Вместе нам веселей,
Вместе мы вдвое сильней!

Насколько массив электролитических конденсаторов целесообразней, чем один большой конденсатор?

Первым толчком к изучению вопроса, как водится, послужила извечная лень:

• Во-первых, мне было никак не подобрать желаемые номиналы за разумные деньги;
• Во-вторых, конструктивные изыски по монтажу разнокалиберных банок совершенно не радовали.

На тот момент я всё-же раскошелился на огромные банки от Kemet, и лишь чуть позже мне попался сюжет от Дэйва, где он разъясняет популярно (на Английском), почему несколько электролитов в параллель может оказаться лучшим решением. Ниже перечислю основные моменты в моей собственной интерпретации.

Паразитное сопротивление в разы ниже (Low ESR)

В простейшем случае эквивалентную схему конденсатора представляют из последовательно включённых идеальных конденсатора, индуктивности и активного сопротивления. Эту аппроксимацию можно усложнять добавляя сопротивление утечки, потери в диэлектрике, эффекты памяти и т.д. Но для наших целей упрощённой модели достаточно. Очевидно, что соединяя параллельно сопротивления и индуктивности мы в результате получаем суммарные значения во столько раз меньше, сколько конденсаторов мы соединили в параллель.

ESR большого элктролитического конденсатора высокого качества будет в районе одного-двух десятков миллиОм. ESR конденсаторов поменьше, но тоже приличного качества, обычно находится в пределах двух-трёх десятков миллиОм. Итого массив из десятка таких небольших конденсаторов по идее мог бы иметь ESR не более трёх-пяти миллиОм.

К сожалению, в данном случае начинают влиять сопротивление и индуктивность соединителей (об этом ниже). Дабы не сесть в ту же лужу, что большинство, мы берём двустороннюю плату с двойной толщиной меди, и для соединения конденсаторов в массив используем сплошную проводящую поверхность, покрывающую всю площадь, занимаемую конденсаторами. Проводящая поверхность на одной стороне платы подключена к положительным выводам, на другой — к отрицательным.

Рабочие токи в разы выше (High Ripple Current)

Сравним 9.1А Ripple Current одного большого электролита, и 3.2А маленького (здесь и далее все примеры из конкретных спецификаций, большой конденсатор близкий по ёмкости к сумме маленьких, и на такое же рабочее напряжение). Маленьких много (в нашем случае девять штук), они равномерно «разбирают» каждый по приблизительно одинаковому «кусочку» общего тока. Итого на всех получаем 28А. Это вряд-ли когда нам понадобится в реальной жизни, но чем больше запас — тем надёжней аппарат.

Улучшеный тепловой режим

Чем меньше греется электролитический конденсатор — тем больше срок его безотказной работы.

На низких частотах нагрев происходит в основном из-за выделения тепла от протекания тока через последовательное паразитное сопротивление. Как мы уже выяснили, суммарное ESR массива конденсаторов меньше, нежели одного большого. Отсюда автоматом получаем меньший нагрев.

Теперь посмотрим, как охлаждается конденсатор. Основной вклад в охлаждение вносят излучение и обдув воздухом. У большого конденсатора поверхность существенно меньше (он ближе по форме к фигуре с минимальным отношением поверхности к объёму — шару), нежели у стайки маленьких. В итоге у массива больше площать поверхности — лучше отдача тепла как излучением, так и через конвекцию и/или обдув.

Повышенная надёжность

Высыхание электролита, брак изготовителя, или нарушение контакта при монтаже — и один электролитический конденсатор уже в поле не воин. Если же не повезло одному из десятка, то отряд и не заметит потери бойца.

Упомяну ещё один, скорее эмпирический, но всё же фактор риска для больших электролитов: весьма велик шанс отломать, или повредить и не заметить этого, крепёж / контакты — и провода толстые, и сам конденсатор велик и создаёт больше усилия при всевозможных ускорениях (вибрациях). Тогда как распайка небольших колбочек на печатную плату ни у кого не вызывает особых затруднений.

Ниже стоимость

Если выбирать качественные компоненты, то сильно снизить стоимость не получается. И всё же выгода есть. Эффекта здесь два срабатывают:

1. Количество одновременно закупаемых небольших конденсаторов велико и уже даёт ощутимую оптовую скидку у серьёзных поставщиков. Обычно от 10 штук уже дешевле, а если брать сотню и более — так и очень «вкусно» бывает 🙂
2. Большие электролитические конденсаторы товар практически штучный, производители партии выпускают небольшие, в подтверждение можно посмотреть объёмы на складах крупных поставщиков. Тиражи же производства небольших конденсаторов гораздо выше — их потребляют все подряд: компьютеры, бытовая техника, промышленная автоматика, автомобильная электроника, всего и не перечислишь. При массовом производстве цена (при пересчёте на ту же ёмкость и напряжение — столько же фольги и изолятора) натурально снижается.

К сожалению, печатная плата и необходимость сборки отъедают свою долю в финальном ценнике. Но не стоит забывать и про весомый вклад, если не в цену, то во время разработки (а моё время дорогого стоит), всех плясок с бубном вокруг монтажа больших электролитов.

Удобство монтажа

Признаюсь как на духу (вы уже наверняка догадались 🙂 ), жуть как невзлюбил я монтировать большие электролиты с самого начала моей карьеры в электронике:

• Нужно изобрести, как его прикрепить к корпусу;
• И даже когда в комплекте идут крепёжные пояса или придумал удобную держалку — попробуй найди ему подходящее место;
• При подключении проводов под винт необходимо разделать провода и, что самое главное, не свернуть при этом бошку клеммы этому самому дорогущему кондею;
• Если же выводы под пайку — то и того хуже: перегреть нельзя, провода (а мы же здесь все как-никак за High-End’ом собрались 😉 ) так и норовят выломать выводы на корню. Если печать — то каждый раз разводи под хитровыдуманные размеры 😉

Печатную плату под массив можно изготовить произвольных размеров, с удобным размещением крепёжных отверстий. Так, к примеру, мой вариант согласуется по крепежу с фильтрами питания. К тому же несколько таких плат легко собрать в компактную этажерку.

На той же плате предусмотрены как крепления провода под винт, так и колодки-терминалы. Да и шунтирующие плёночные конденсаторы нашли себе местечко, и нет необходимости их городить на проводах.

Доступность

Только что проверил на Mouser:

• 2200uF 63V — 24 разновидности (18, если ограничиться габаритами, под которые у меня плата разведена)
• 22000uF 63V — лишь один тип в наличии

Несколько мешков с самыми ходовыми небольшими электролитами покроют подавляющее большинство нужд разработчика, особенно когда под рукой есть платка, на которой их можно собрать в массив. Большими же конденсаторами на все случаи жизни, увы, не напасёшься.

Неожиданный эффект

Вопрос:

Заменил в питании усилителя старые полудохлые конденсаторы на Ваш массив с новейшими электролитами, а усилитель стал гудеть ещё больше, чем то было раньше!

Ответ:

В обычной схеме трансформаторного источника питания заряд накопительного конденсатора происходит не всё время, а только в моменты, когда выпрямленное напряжение с моста превышает оставшееся к тому моменту напряжение на конденсаторе. В момент включения диодов ток весьма резко возрастает от нуля до максимума, и ограничен лишь активным сопротивлением обмоток трансформатора, да паразитными сопротивлениями выпрямителя и конденсаторов. Внутреннее паразитное Последовательное Сопротивление (ESR) старых электролитов играло роль демпфера, смягчало эти броски зарядного тока. С новым, качественным накопительным конденсатором, ESR которого может быть на порядки ниже старого, броски зарядного тока могут увеличиться в разы. И если есть пути проникновения этих помех в сигнал (а очевидно всё было не очень хорошо и ранее, раз усилитель заметно гудел и до обновления конденсаторов), то с новыми конденсаторами всё стало лишь хуже. Возможные пути устранения проблемы:

1. Убирать пути проникновения помехи из питания в сигнал (детали опустим для краткости, тема достойна отдельного опуса)
2. Искусственно ввести сопротивление, ограничивающее броски зарядного тока.

Пункт №2 — мой излюбленный приём 🙂 Мы как бы добавляем обратно паразитное сопротивление конденсатора, но лишь со стороны зарядного тока. Нагрузке же (усилителю) предоставляем низкий импеданс качественного конденсатора во всей красе!

Для скептиков

На просторах Сети встретилась мне на первый взгляд грамотная статья: «Массив конденсаторов – мифы и реальность». Автор сего опуса очевидно знаком с измерениями, и весьма старателен. Странно только, что он ходит по тем граблям, которые сам же тщательно вымеряет и разъясняет: печатная плата под массив разведена «гребёнкой». Сопротивление и индуктивность длинных «зубчиков» этой гребёнки на печатной плате губят на корню основные преимущества массива.

Анекдот:
— Вы любите кошек?
— Нет.
— Просто Вы не умеете их готовить!

В погоне за дешевизной (за счёт применения односторонней печатной платы), подобные гребёнки лепят все подряд любители сэкономить, особенно те, что родом из Клуба_Недоучек_Радиогубителей. Вот ещё пример такого же безграмотного  массива электролитов, который между прочим идёт как горячие пирожки на Алибабе:

Увы, сейчас подобных плат множество на сайтах типа иБэй и Алибаба. Будьте осторожны — не ведитесь на безграмотную дешёвку!

Эффективное решение

Для компенсатора постоянной составляющей как раз необходимы мне были конденсаторы на десятки тысяч микрофарад, при чём высокая надёжность была одним из основных требований. Очень хотелось так же, чтобы компенсатор удобно крепился в паре с моими фильтрами питания. Разработал я плату, набрав необходимую ёмкость в каждом плече из девяти небольших электролитов в параллель. Посмотрел на сие творение и тут же понял, что уникального от компенсатора постоянки там лишь три диодика, остальное — отличный массив электролитических конденсаторов. Причём полезное место не пропадает зря: на место зенеров прекрасно встают плёночные шунтирующие конденсаторы.

На фото ниже детали ещё не напаяны на плату, просто собраны для проверки компоновки. Диаметр конденсаторов 18мм.

Печатная плата представляет собой по сути четыре проводника: по две полосы шириною в половину платы с каждой стороны. Толщина меди 70µm. Обработка контактных площадок — позолота ENIG.

Конденсаторы можно применять с расстоянием между выводами 3.5мм, 5мм, и 7.5мм.

Греется блок питания телевизора: 5 причин

Греется блок питания телевизора, а сам приемник не включается вообще или начинает работать с запозданием? Эта проблема характерна практически для всех TV — от старых кинескопных Daewoo до современных плоскопанельных моделей Samsung или LG. Какова бы ни была причина нестабильной работы устройства, устранять ее самостоятельно не стоит. Это небезопасно для пользователя: внутри находятся высоковольтные конденсаторы, которые требуют принудительного разряда. Также существует высокий риск дополнительных повреждений и полного выхода изделия из строя при неквалифицированном ремонте.

Мастера сервисного центра «Ремонтано» быстро определят причину возникновения дефекта и оперативно его устранят. Все работы проводятся на дому у клиента, а среднее время ремонта составляет 1–2 часа. Чтобы заказать выезд мастера в Москве, звоните по телефону 8(495)777-19-19 или оставьте на сайте онлайн-заявку с контактами для обратной связи.

Перегрев блока питания: основные причины и варианты их устранения

Современные телевизоры всех известных производителей оснащаются импульсными БП. Устройства отличаются компактными размерами, что позволяет встраивать их непосредственно в корпус приемника. У каждого производителя своя схема адаптера питания, но внутренние компоненты одни и те же — конденсаторы, диоды, трансформаторы. Все полупроводниковые элементы изготавливаются на основе кремния, который начинает саморазрушаться при температуре выше 150 градусов. Поэтому перегрев блока питания может привести к выходу из строя различных модулей ТВ-приемника: процессора, платы управления, внешних интерфейсов (вход для антенны, USB и HDMI разъемы).

Визуально неисправность можно определить следующим образом:

• не горит лампочка сети на корпусе;
• телевизор включается с запозданием или отключается после нескольких минут работы;
• задняя крышка в области входа сетевого шнура очень горячая.

Во время работы любой БП выделяет тепло, что считается абсолютно нормальным. Но если до него невозможно дотронуться рукой — это явный показатель поломки.

Причины, по которым сильно греется блок питания, могут быть следующими:

• нарушен теплообмен;
• высохли электролитические конденсаторы;
• поврежден сетевой кабель;
• нестабильное напряжение;
• вышел из строя силовой транзистор.

В большинстве случаев решить проблему самостоятельно не удастся, так как потребуется вскрывать телевизор, перепаивать БП или полностью менять модуль. Если вы не обладаете достаточной квалификацией или не уверены, что сможете устранить поломку своими силами, — вызывайте специалиста. Инженеры нашего сервисного центра выполнят диагностику, точно определят, где проблема, и оперативно устранят ее у вас на дому.

Как самостоятельно предотвратить перегрев БП

Чтобы избежать поломки БП, нужно ликвидировать два неблагоприятных фактора:

• нарушение теплообмена;
• нестабильность напряжения.

В первом случае следует убедиться, что у телевизора не заблокированы вентиляционные решетки на задней панели корпуса, а само устройство установлено согласно рекомендациям производителя. Нормальное естественное охлаждение предотвращает излишний нагрев модуля питания.

Высокая сетевая нагрузка и резкие скачки тока в сети — прямой путь к перегоранию внутренних компонентов БП. Исправная работа устройства рассчитана на определенную мощность, а при ее превышении оно выходит из строя. Предотвратить перепады напряжения в квартире или частном доме можно одним эффективным способом: достаточно купить бытовой стабилизатор и через него подключать телевизор.

Когда без мастера не обойтись

Если блок питания уже сгорел или работает нестабильно, а причина не в перепадах напряжения или нарушении отвода тепла, нужно отключить устройство от сети и вызвать телемастера. Наш специалист приедет по указанному адресу, выяснит источник проблемы и предложит оптимальный вариант ее решения. В зависимости от типа неисправности инженер заменит вышедшие из строя компоненты (конденсаторы, силовой трансформатор, резисторы) или поставит новый БП. В отдельных случаях поможет простая замена сетевого шнура.

Пять причин доверить ремонт телевизора нашим инженерам

Преимущества обращения в сервис «Ремонтано»:

• выезд мастера в любой район Москвы в удобное для клиента время;
• ремонтируем не только новые модели популярных брендов (Philips, Samsung, Panasonic, Sony), но и телевизоры Mistery, Thomson, Funai, JVC, BBK;
• только новые оригинальные комплектующие;
• честные цены без посредников;
• оперативное устранение поломки любого уровня сложности с гарантией.

Большой опыт работы и доскональное знание устройства телевизионной аппаратуры позволяет нашим инженерам быстро и качественно выполнять свою работу.

Тепловая нагрузка на конденсаторы: предотвращение отказов

8 июля 2014 г., Опубликовано в статьях: EngineerIT

, автор: В. Лакшминараянан, Центр развития телематики (C-DOT), Бангалор, и проф. Н. Шрираам, Технологический институт М. С. Рамаяха (MSRIT), Бангалор, Индия

Отказ конденсаторов влияет на другие компоненты цепи и во многих случаях вызывает вторичные отказы.В этой статье обсуждаются виды отказов и механизмы в конденсаторах различных типов, которые обычно используются в электронных системах, и методы предотвращения отказов конденсаторов из-за теплового напряжения.

В электрических и электронных системах используются различные типы пассивных компонентов. Среди них конденсаторы составляют основной тип, используемый в больших количествах. В системе используются такие конденсаторы, как керамические, электролитические (алюминиевые и танталовые), металлизированные, слюдяные, стеклянные, фарфоровые и т. Д.Конденсаторы используются в электрических цепях для таких применений, как синхронизация, фильтрация, блокировка по постоянному току, развязка, подавление переходных процессов напряжения и т. Д. Используются конденсаторы как SMD, так и с обычными выводами. На основании исследований, проведенных на вышедших из строя конденсаторах всех типов [1, 3, 4, 5, 7], было обнаружено, что основными причинами выхода из строя конденсаторов являются тепло, высокое напряжение, влажность, химическое загрязнение и влажность. Насколько известно авторам, не было предпринято попыток выделить механизмы термического отказа конденсаторов, используемых в электронных системах.В этой статье описаны термически индуцированные отказы в различных типах конденсаторов и методы их минимизации. Предотвращение выхода конденсаторов из строя из-за теплового напряжения важно для достижения надежности в приложениях, где электронные системы должны работать при высоких температурах, например, приложениях без переменного тока, автомобильная электроника, подземные приложения, такие как бурение, горная промышленность и т. Д. По мере образования конденсаторов Основные компоненты для построения электронных систем, в этой статье рассматриваются отказы конденсаторов, вызванные термическим напряжением.Эта статья основана на анализе отказов из-за термических нагрузок, проведенных на различных электронных продуктах, и может рассматриваться как тематическое исследование по данной теме с практическими примерами.

Рис. 1: Соотношение между напряжением и током в конденсаторе.

Отказ конденсатора из-за термического напряжения

В электрических и электронных системах используются разные типы конденсаторов. Среди основных типов используемых конденсаторов: керамические, полипропиленовые, электролитические алюминиевые, электролитические танталовые, поликарбонатные, полиэфирные и т. Д.Конденсаторы — основная причина отказов электронных систем. Конденсаторы выходят из строя по разным причинам, таким как износ, старение, повреждение, вызванное обратной полярностью, механическое повреждение во время сборки, диэлектрическое повреждение, повреждение, вызванное высокой температурой во время пайки, эксплуатации, тестирования и т. Д.

Конденсаторы электролитические:

Электролитические конденсаторы широко используются в силовых электронных схемах. Высокий пульсирующий ток и высокая температура окружающей среды, в которой работает конденсатор, вызывают нагрев конденсатора из-за рассеиваемой в нем мощности [2].Температура является важным фактором, влияющим на срок службы электролитических конденсаторов, и этот аспект следует учитывать. Электролитические конденсаторы могут выйти из строя по многим причинам, таким как высокая температура во время пайки, внутреннее рассеяние мощности из-за пульсаций и т. Д., Высокая температура окружающей среды, обратное напряжение, переходные процессы напряжения и т. Д. Механизм термически индуцированного отказа в мокрых электролитических конденсаторах запускается испарением электролита. при высокой температуре. Высокие температуры вызывают перегрев конденсатора и приводят к его выходу из строя.Конденсатор не является чисто емкостным — эквивалентная схема конденсатора показана на рис. 1. В силовых электронных схемах электролитические конденсаторы подвергаются воздействию высоких температур и сильных токов пульсаций. Когда через конденсатор протекают токи заряда и разряда, потери вызваны омическим сопротивлением, которое вызывает повышение температуры.

В типичном конденсаторе в диэлектрическом материале существуют омические потери, а соединения имеют сопротивление — это представлено как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ; на низких частотах это в основном сопротивление диэлектрика.В конденсаторе происходит тепловыделение из-за ESR , и это рассеяние мощности определяется по формуле:

P = I ² _{пульсация} X _(ESR) + VI _утечка (1)

Это рассеяние мощности вызывает нагрев и повышение температуры конденсатора. Это накладывает ограничение на мощность, которую может рассеять конденсатор. Когда рассеиваемая мощность становится чрезмерной, повышение температуры конденсатора превышает предел для безопасной работы, и конденсатор выходит из строя.Когда температура повышается, ESR увеличивается и вызывает больший нагрев, и, таким образом, конденсатор более склонен к выходу из строя. (См. Рис.1)

Есть еще один фактор, который учитывает мощность, рассеиваемую в конденсаторе, известный как коэффициент рассеяния (DF) . Это также отражает потери тепла в конденсаторе. Коэффициент рассеяния также известен как тангенс угла потерь (tan δ ) . tan δ увеличивается с увеличением температуры и частоты.Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют более высокий тангенс , δ, , чем другие типы конденсаторов. Следовательно, потери на рассеяние из-за пульсаций тока вызывают больший нагрев в алюминиевых электролитических конденсаторах.

Рис. 2: Повреждение печатной платы из-за выхода из строя электролитического конденсатора.

Ток утечки — еще один фактор, который необходимо учитывать при оценке надежности конденсатора. Более высокий ток утечки вызовет более высокое тепловыделение из-за потерь мощности, VI _утечка , где I _утечка — ток утечки конденсатора, а V — приложенное напряжение.Это тепло вместе с нагревом пульсирующим током может привести к испарению электролита и отказу конденсатора или тепловому разгоне. Перед использованием конденсаторов следует избегать длительного хранения. Длительный период хранения вызовет более высокий ток утечки, поскольку оксид алюминия со временем растворяется в электролите. Поэтому производители рекомендуют повторно формировать алюминиевые электролитические конденсаторы, которые хранились в течение длительного времени, путем приложения номинального напряжения для восстановления оксидного слоя, который был бы растворен и утрачен; это снизит ток утечки и возможность выхода конденсатора из строя.

Рис. 3: Выход из строя конденсатора из-за термического перенапряжения.

При более высоких температурах давление паров электролита увеличивается, и уплотнение конденсатора вздувается. Электролит переходит в газообразную фазу, и газ диффундирует через уплотнение. Это вызывает отказ конденсатора из-за нарушения герметичности; это механизм разрушения, вызванный термическим напряжением. Пример этого отказа показан на рис. 4. Следовательно, чтобы уменьшить тепловую нагрузку на конденсатор, ESR конденсатора должно быть низким, а конденсатор должен быть как можно ближе к идеальному i.е., δ, ≈ 0 и Φ ≈ 90 °. На практике мы можем снизить тепловую нагрузку на конденсатор, следуя рекомендациям по выбору конденсатора в зависимости от области применения, чтобы использовать подходящие номинальное напряжение и температурный диапазон для конденсатора. Также выберите конденсатор с наименьшим ESR, наименьшим значением δ и низким током утечки для схемы.

Рис. 4: Разрыв уплотнения конденсатора из-за перегрева. Это пример выхода из строя электролитического конденсатора из-за термического напряжения, в результате чего вентиляционное уплотнение открывается из-за чрезмерного давления.

Алюминиевые электролитические конденсаторы используются в качестве аккумуляторов энергии и фильтрующих элементов в системах силовой электроники, таких как импульсные источники питания. Их преимущества заключаются в наличии высоких значений емкости и высоких номинальных значений напряжения. Работоспособность таких конденсаторов может повлиять на весь блок питания. Среди отказов компонентов в типичной силовой электронной системе переключающие элементы, такие как силовые транзисторы, полевые МОП-транзисторы и т. Д., И электролитические конденсаторы составляют большую долю причинных компонентов.

Электролитические конденсаторы могут выйти из строя в ряде условий, таких как высокое рабочее напряжение, превышающее его номинальное, обратное напряжение, переходные процессы напряжения, большие токи пульсации, вибрация и т. Д. Такие условия эксплуатации вызывают высокие уровни электрических и термических напряжений. Такие стрессовые условия увеличивают ESR конденсатора и вызывают уменьшение его емкости, то есть конденсатор ухудшается.

Конденсатор считается неисправным, если его емкость уменьшается на 20% [5].Такие конденсаторы, если они используются в цепях питания, могут вызвать ряд проблем из-за их пониженной способности фильтровать высокочастотные составляющие напряжения. Таким образом, на выходе появятся высокие уровни пульсаций напряжения и токов, а выходное напряжение постоянного тока со временем будет уменьшаться. Пульсации напряжения повлияют на цифровые схемы и вызовут неисправности. Как уже обсуждалось в предыдущих разделах, высокие токи ESR и пульсации увеличивают тепловую нагрузку на конденсатор и, в конечном итоге, вызывают его выход из строя.Рассеиваемая мощность в конденсаторе из-за ESR равна

.

P _dESR = I ² x ESR (4)

, где I — ток, а ESR — эквивалентное последовательное сопротивление. В высокочастотных приложениях эти потери важны. Конденсатор с низкими потерями в высокочастотных приложениях будет иметь меньшее повышение температуры. Если конденсатор имеет высокое значение ESR и высокие диэлектрические потери, он будет иметь высокий рост температуры, и диэлектрик может выйти из строя на высоких частотах из-за термического напряжения.

Высокое значение ESR увеличит полное сопротивление для напряжения AC и повлияет на работу преобразователя напряжения. В ходе различных исследований было обнаружено, что тепло является основной причиной выхода из строя электролитических конденсаторов среди всех причин [6]. Длительное хранение электролитических конденсаторов приведет к растворению оксида алюминия в электролите. Это вызовет увеличение тока утечки и последующий нагрев. В конечном итоге конденсатор выйдет из строя из-за теплового перенапряжения.Следовательно, необходимо повторно сформировать алюминиевые электролитические конденсаторы путем приложения номинального напряжения после длительных периодов хранения, чтобы предотвратить такие отказы.

Перенапряжения могут вызвать высокую температуру и интенсивный нагрев, что приведет к отказу из-за теплового напряжения. В электролитических конденсаторах скачок напряжения может вызвать разложение электролита и образование газа, что повысит внутреннее давление и приведет к открытию вентиляционного уплотнения, как показано на рис. 4. Тяжелый случай повреждения печатной платы, наблюдаемый в случае из-за термического воздействия. Выход из строя конденсатора показан на рис.5.

Рис. 5: Повреждение печатной платы, вызванное отказом конденсатора, вызванным интенсивным термическим напряжением.

Выход из строя керамических конденсаторов из-за термического напряжения и его предотвращение:

Керамические конденсаторы используются в электронных схемах для связи, развязки, блокировки постоянного тока и подобных приложений. Такие конденсаторы прочны, неполяризованы и хорошо работают как в цепях переменного, так и в постоянном токе, имеют значения менее 1 мкФ, имеют более высокое выдерживаемое диэлектрическое напряжение и дешевы.Отказ керамических конденсаторов из-за термического напряжения происходит в следующих ситуациях.

• Перенапряжения и токи утечки могут вызвать трещины из-за термического напряжения и выход конденсатора из строя. При высокой температуре может произойти тепловой пробой. Если конденсатор выходит из строя из-за чрезвычайно высокой термической нагрузки, печатная плата, на которой он установлен, может быть повреждена, как показано на рис. 2. На рис. 3 показан другой случай отказа конденсатора из-за теплового напряжения.
• Испарение металлических контактов между металлизацией и торцевыми контактами может происходить из-за сильных скачков тока.
• Разница в коэффициенте теплового расширения керамики (≈10 ppm / C) и сплава Ag / Pd (≈20 ppm / ˚C), используемых в конструкции конденсатора, вызывает механическое усилие сдвига во время пайки, пытаясь это сделать. отдельно ; кроме того, металл, являющийся лучшим проводником тепла, чем керамика, вызывает температурный градиент, который усугубляет эту проблему.
• Скорость повышения температуры во время пайки оплавлением должна быть ограничена в пределах 2˚C / сек, так как более высокая скорость повышения температуры приведет к появлению микротрещин в конденсаторе.
• Переделка печатных плат путем ручной пайки должна гарантировать, что компоненты не будут подвергаться воздействию температуры выше рекомендованной.
• Чрезмерные термические напряжения или термические удары могут привести к выходу керамических конденсаторов из строя из-за пробоя диэлектрика, вызванного нагревом, и этого следует избегать.
• Конденсаторы с многослойной керамической микросхемой (MLCC) склонны к выходу из строя из-за резких изменений температуры, которым они могут подвергаться, то есть тепловых ударов из-за разницы в TCE (температурный коэффициент расширения) материалов.
• Высокие температуры пайки вызовут расширение микротрещин, образовавшихся в процессе сборки, и это может привести к выходу конденсатора из строя. Микротрещины могут поглощать влагу и при определенных условиях вызывать короткое замыкание. Воздействие на конденсаторы MLCC механических ударов приведет к образованию микротрещин в корпусе конденсатора, что приведет к поглощению влаги и короткому замыканию. Такие механические удары могут быть вызваны напряжением, вызванным разрывом печатной платы, при установке печатных плат с конденсаторами этого типа, установленными близко к точкам механического воздействия.

MLCC состоит из чередующихся слоев сплава Al / Pd (алюминий / палладий) и керамического материала в качестве диэлектрика между ними; эти слои имеют разные коэффициенты теплового расширения и разную теплопроводность. Когда такие конденсаторы нагреваются во время пайки, большая сила действует на корпус конденсатора и концевые заделки из-за дифференциального теплового расширения. В результате этих напряжений, если конденсатор подвергается тепловым ударам, в конденсаторе появляются микротрещины в местах соединения металлических выводов с корпусом конденсатора.Конденсатор выходит из строя электрически не сразу, а через некоторое время. В некоторых случаях трещины вызывают разрыв цепи в корпусе конденсатора, а в других случаях попадание влаги в трещины вызывает короткое замыкание во время использования. Таким образом, термическое напряжение вызывает выход из строя конденсатора MLCC. Этого можно избежать, используя более низкую температуру пайки и меньшую скорость повышения температуры при пайке оплавлением, чтобы избежать тепловых ударов.

Выход из строя пластиковых пленочных конденсаторов из-за термического напряжения и его предотвращение:

Конденсаторы с пластиковой пленкой состоят из полистирола, полиэстера, поликарбоната, металлизированного полиэстера и т. Д.материалы как диэлектрик. Их основными преимуществами являются малый размер, неплоскостный характер, низкие диэлектрические потери, высокое сопротивление изоляции, хорошие частотные и высокотемпературные емкостные характеристики и свойство самовосстановления. Однако некоторые типы пластиковых диэлектрических конденсаторов подвержены воздействию пайки при очень высокой температуре из-за изменения в пластиковом диэлектрическом материале, которые повлияют на его электрические характеристики по сравнению с керамическими конденсаторами. Как упоминалось выше, конденсаторы из полиэфирного диэлектрика обладают самовосстанавливающимися свойствами после электрического пробоя пленки, т.е.е. пленка диэлектрика будет преобразована после события, которое разорвет пленку. Они имеют более высокую стоимость и габариты по сравнению с керамическими конденсаторами того же номинала, что является недостатком. Полифениленсульфидные диэлектрические конденсаторы имеют самый низкий температурный дрейф среди пластиковых диэлектрических конденсаторов. Стабильность емкости в зависимости от температуры в случае пластиковых диэлектрических конденсаторов является хорошей.

Тепло пайки и продолжительное воздействие тепла, отводимого соседними компонентами, повлияют на пластиковый диэлектрик.Высокие температуры также могут быть вызваны внутренним тепловыделением из-за скачков напряжения, высокого напряжения, чрезмерного тока утечки и т. Д. Все эти аспекты следует учитывать в электронной схеме при использовании таких конденсаторов. Металлизированные пленочные конденсаторы широко используются из-за их низких диэлектрических потерь и высокого напряжения пробоя. Сообщается [8, 9], что в таких конденсаторах отказы переменного и постоянного тока происходят из-за тепловых эффектов. В приложениях переменного тока тепловой отказ может преобразоваться в отказ сгорания; следовательно, необходимо обеспечить, чтобы в случае отказа горячие конденсаторы были изолированы от цепи, чтобы предотвратить возгорание.Трещины, вызванные напряжением, которые возникают в хрупких керамических диэлектрических конденсаторах из-за термических или механических напряжений, не возникают в пластиковых диэлектрических конденсаторах, поскольку диэлектрик является упругим, и это является преимуществом в пользу пластиковых диэлектрических конденсаторов.

Отказ твердотельных танталовых конденсаторов из-за термического напряжения и его предотвращение

В твердотельных танталовых конденсаторах пленка оксида тантала имеет дефекты на поверхности (бугорки и впадины), вызванные примесями, производственными процессами, повреждением оксидной пленки и т. Д.Это приводит к всплескам тока, протекающего в конденсаторе [6]. Из-за таких дефектов в конденсаторе увеличивается ток утечки и ток короткого замыкания. Анализ показал, что в пленке оксида тантала в таких дефектных местах происходит локальный нагрев из-за высокой плотности тока в таких точках, когда протекает более высокий ток. Иногда происходят скачки тока из-за увеличения тока утечки. Все эти явления приводят к выходу конденсатора из строя.

Отказ в танталовых конденсаторах можно предотвратить, снизив номинальное напряжение конденсатора, ограничив повышение температуры окружающей среды и используя рекомендованное ограничивающее ток последовательное сопротивление, указанное производителем конденсатора.Во время производства конденсатора композитный материал тантал-диоксид тантала подвергается высокотемпературной стадии окисления соединения марганца до его оксида. Это воздействие высоких температур вызывает повреждение диэлектрика, и этап повторного анодирования не устраняет повреждение полностью. Таким образом, в слое оксида тантала существуют слабые участки. Плотность тока в этих слабых местах может стать высокой и при некоторых условиях вызвать нагрев. Этот перегрев и последующее термическое напряжение могут со временем вызвать скрытое повреждение диэлектрика.Такие слабые места могут вызвать катастрофический отказ конденсатора во время использования [4].

Пайка и сборка, приводящие к тепловым отказам конденсаторов

• С появлением RoHS (ограничение использования опасных веществ), соответствующего требованиям технологии бессвинцовой пайки, во время пайки оплавлением используются более высокие температуры (≈ 260 ° C) по сравнению с процессом пайки оплавлением Pb-Sn (≈ 220 ° C) (температура выше примерно на 20–40 ° C). Обычные алюминиевые электролитические конденсаторы не выдерживают высоких температур, но некоторые производители поставляют конденсаторы, которые могут выдерживать более высокие температуры пайки.
• Деформация печатных плат в процессе сборки может вызвать механическое напряжение в компонентах и ​​привести к образованию трещин. Промывка и сушка собранных печатных плат может вызвать перегрев конденсаторов и их разрушение из-за высыхания электролита и т. Д. Нагрев может вызвать усадку гильзы в радиальных электролитических конденсаторах и сделать конденсатор дефектным.
• Компоненты подвергаются пайке при температуре от 225 ° C до 260 ° C из-за более высокой температуры, необходимой для используемых материалов, не содержащих свинец.Это профиль припоя оплавлением согласно стандарту JEDEC. Это выпадение из-за соответствия требованиям RoHS, которые требуют использования материалов, не содержащих свинец. Таким образом, в случае бессвинцовой пайки используется температура пайки оплавлением, которая выше, чем при пайке Pb-Sn (от 220 ° C до 240 ° C) примерно на 20-40 ° C. Это вызывает дополнительную термическую нагрузку на компоненты. Сама по себе более высокая температура пайки не вызывает сбоев; из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения (КТР) различных материалов, используемых в корпусах, в корпусе возникают механические напряжения, что может повлиять на его целостность.

Расслоение между слоями таких компонентов корпуса, как металлическая выводная рамка и пластик, может привести к подверженности проникновению влаги, поломке пластика, приводящей к трещинам в пластиковом корпусе, коррозии металлических частей и т. Д., Что может привести к выходу из строя корпуса. компонент в условиях повышенной влажности и с течением времени.

В таблице 1 приведены механизмы термического разрушения конденсаторов.

Таблица 1: Механизмы термического разрушения конденсаторов.

Рекомендуемые методы предотвращения выхода конденсаторов из строя из-за термической нагрузки:

На разных этапах можно применять несколько методов для уменьшения воздействия термической нагрузки на конденсаторы и уменьшения вероятности отказов. Некоторые из важных методов упомянуты ниже.

Компоновка платы, выбор, размещение компонентов, меры предосторожности при сборке и пайке

• Устанавливайте конденсаторы вдали от горячих компонентов на печатных платах, используя подходящие методы компоновки печатных плат.
• Установите теплоизлучающий экран между конденсатором и горячим компонентом.
• Мокрые электролитические конденсаторы особенно подвержены тепловому повреждению и требуют защиты.
• Выберите конденсаторы с низким ESR и низкими диэлектрическими потерями.
• Уменьшите номинальные параметры конденсаторов, особенно номинальное напряжение, в соответствии с применимыми стандартами и указаниями производителя.
• Используйте методы защиты цепи, такие как использование резистора последовательно с конденсатором в цепи, как рекомендовано производителем.
• Избегайте воздействия на конденсаторы экстремальных температур, тепловых ударов и чрезмерных пульсаций тока.
• Избегайте чрезмерной температуры пайки конденсаторов; используйте рекомендуемый температурный профиль.
• Избегайте механических ударов и силы любого рода, которые могут вызвать любые повреждения конденсатора, микротрещины и т. Д., Что может привести к выходу из строя через некоторое время во время использования в полевых условиях.
• Убедитесь, что конденсаторы подключены с правильной полярностью в цепи в случае поляризованных конденсаторов.

Заключение

В этой статье мы обсудили механизмы термически индуцированного отказа в конденсаторах различных типов, которые обычно используются в электронных системах. Были описаны основные свойства различных типов конденсаторов. Было объяснено влияние термической нагрузки на конденсаторы по разным причинам. Влияние выхода из строя конденсаторов на другие компоненты, такие как печатные платы, и количество повреждений, которые могут быть вызваны, было продемонстрировано на примерах, основанных на тематических исследованиях.В этой статье было рассмотрено несколько примеров повреждений конденсаторов из-за теплового перенапряжения; они основаны на тематических исследованиях.

Список литературы

[1] Режимы отказа и рекомендации по проектированию надежности керамических конденсаторов, http://electronicsbus.com.
[2] Руководство по применению алюминиевых электролитических конденсаторов, Nichicon Capacitors, Cat.8100B, Cat.8101E, Nichicon Corporation, www.nichicon.co.jp
[3] Механизмы отказа керамических конденсаторов, www.ami.ac.uk.
[4] C Kulkarni, G Biswas, X Koutsoukos, G Kai, C. Jose, «Физика моделей отказов для деградации конденсаторов в преобразователях постоянного тока в постоянный», Конференция по техническому обслуживанию и надежности, MARCON 2010, стр. 1 — 13.
[5] Лянмэй Лю, Юн Гуань, Минхуа Ву, Лифенг Ву, «Прогнозирование отказов электролитических конденсаторов в импульсных преобразователях мощности», Proc. IEEE Prognostics & System Health Management Conf., Пекин, 2012, стр. 1–5.
[6] Факторы, ограничивающие срок службы электролитических конденсаторов, База данных RIFA CAPACITORS, 2001.
[7] Металлизированные полиэфирные пленочные конденсаторы, EPCOSdatabook, апрель 2013 г.
[8] Джозеф Бонд, «Новая стратегия смягчения последствий отказов металлизированных полипропиленовых конденсаторов», Electronics Concepts Inc, Databook, www.ecicaps.com, 2012, стр. 1– 3.
[9] Мэри Эллен Баухман, «Взгляд на пленочные конденсаторы», статья в TTI Inc., 1 ноября 2012 г., www.ttiinc.com.

Связаться с В. Лакшминараянаном, [email protected]

Статьи по теме

Портал ресурсов правительства ЮАР по коронавирусу COVID-19

Теперь Media приобретает EngineerIT и Energize у EE Publishers

Печатная электроника: определяющие тенденции в 2019 году

Чарли и (полностью автоматизированная) шоколадная фабрика

Приложение SANSA рассчитывает лучший канал связи ВЧ

тепла — Горячие конденсаторы: это проблема?

Предположу, что это конденсаторы блока питания.

Краткий ответ:

• 45С терпимо.
• Кулер лучше бы.
• Принятие мер по минимизации температуры продлит срок службы, особенно при непрерывном применении.
• Не все конденсаторы, указанные аналогичным образом, не одинаковы. Бренд может иметь значение.

Долго! ответ:

Это больше, чем можно ожидать от простой цепи питания, но должно быть терпимо — но см. Ниже ожидаемый срок службы.5 = в 32 раза больше номинального значения. Большинство конденсаторов (особенно с номиналом 105C) имеют номинал 2000 часов или выше, поэтому вы можете рассчитывать на срок службы около 2000 x 32 = 64000 часов или около 8 лет непрерывной работы. Даже если бы внутренняя температура была 65 ° C, это дало бы 4 года непрерывной работы. Если модем работает круглосуточно, 7 дней в неделю, что вполне может быть, то отказ конденсатора, скажем, в период от 2 до 10 лет не является неожиданным. Какой срок службы у оригинальных конденсаторов? И модем работал постоянно?

Конденсаторы

также рассчитаны на «пульсирующий ток», и превышение номинального пульсирующего тока приведет к увеличению внутреннего нагрева и сокращению срока службы.Это аддитивный эффект с температурой. например, если два конденсатора работают при 50 ° C, то один с большим током пульсаций будет иметь меньший срок службы. Имеются формулы, позволяющие рассчитать снижение номинальных характеристик пульсирующего тока (в настоящее время их нет, я могу предоставить, если они будут полезны).

Номинальные значения пульсирующего тока могут сильно различаться в зависимости от модели конденсатора и производителя. Использование конденсаторов известной уважаемой марки рекомендуется в сложных приложениях, так как спецификации для неизвестных брендов часто вызывают подозрение, поскольку зачастую они скопированы с листов других производителей.[[Это утверждение основано на том, что я лично отследил источник значительного количества технических паспортов конденсаторов и других продуктов, когда эти утверждения не соответствовали действительности. Поиск в Интернете необычной фразы часто позволяет найти источник.]]

Использование модема без корпуса снижает рабочую температуру конденсатора и увеличивает срок его службы. Все остальное, что вы можете разумно сделать для снижения температуры окружающей среды, также поможет. Если вы измеряете температуру крышки 45 ° C в комнате с окружающей средой 20 ° C, если затем вы будете эксплуатировать модем в корпусе 30 ° C, температура крышки, вероятно, будет 55 ° C или выше.

Вентиляторное охлаждение может иметь смысл. Но может быть предпочтительнее просто заменить заглушки, когда они выходят из строя, или купить новый модем. Радиаторы для конденсаторов известны, но встречаются редко. Все, что вы можете сделать, чтобы улучшить воздушный поток, поможет. например, если у него нет футляра, ориентация может не иметь большого значения, поэтому его можно ориентировать для улучшения воздушного потока.

Технический паспорт или информация производителя должны сообщить вам

• Номинальная рабочая температура.
• Срок службы при номинальной температуре.
• Пульсации тока.
• СОЭ (реже)

Если они не говорят вам первые три, купите другой бренд. СОЭ важен, но достаточно хорошо коррелирует с другими параметрами. Вы можете купить конденсаторы со сроком службы 3000 или 5000 часов или даже дольше при номинальной температуре, но их стоимость может быть выше или намного выше. Вы можете купить конденсаторы с температурным режимом выше 105 ° C, но они обычно гораздо реже и, вероятно, дороги.

Есть много известных и уважаемых брендов.Panasonic производит широкий спектр марок, обычно кажется, что они «знают свое дело» и часто не намного дороже малоизвестных или неизвестных брендов. Это, конечно, не единственный бренд, который стоит рассмотреть, но и хорошая отправная точка.

Дистрибьюторы

, такие как Digikey (www.digikey.com), продают широкий спектр марок и моделей. У Digikey есть отличная система параметрического поиска, которая позволяет выборочно выбирать подмножества на основе множества различных параметров. Даже если вы покупаете в другом месте, их поисковая система по продуктам — полезный инструмент.См. Также www.findchips.com [[Никаких связей с Panasonic или Digikey, кроме как довольного пользователя и клиента / пользователя базы данных.]]

Что такое конденсаторы, пульсации и самонагрев

Пульсации часто оценивают с точки зрения двух его компонентов: напряжения пульсаций и тока пульсаций. В большинстве приложений это состояние цепи, которое вы хотите минимизировать. Например, в преобразователе переменного тока в постоянный, который принимает мощность от источника переменного тока и преобразует ее в постоянный выход постоянного тока, вы хотите, чтобы источник переменного тока не появлялся в виде небольших частотно-зависимых колебаний в верхней части источника постоянного тока. .Однако в других случаях пульсация может быть необходимой конструктивной функцией, такой как синхронизирующий сигнал или цифровой сигнал, способный использовать изменения уровня напряжения для переключения состояния устройства.

В последнем случае рассмотрение пульсаций может быть довольно простым: не позволяйте пиковому напряжению превышать номинальное напряжение конденсатора. Однако важно иметь в виду, что пиковое напряжение будет суммой максимального напряжения пульсаций плюс любое смещение постоянного тока в цепи. Кроме того, есть второе предостережение для электролитических конденсаторов, таких как технологии оксида тантала, алюминия и ниобия, из-за их полярности: не позволяйте минимальному напряжению пульсации упасть ниже нуля, так как это приведет к тому, что конденсатор будет работать ниже нуля. условия обратного смещения.Это предостережение также относится к керамическим конденсаторам класса II в низкочастотных приложениях, но об этом ниже.

Поскольку конденсаторы действуют как резервуары заряда, они заряжаются при увеличении входящего напряжения и разряжаются в нагрузку при его уменьшении, по существу сглаживая сигнал. Конденсаторы будут видеть переменное напряжение и, в зависимости от подаваемой мощности, переменный ток, а также постоянную и прерывистую импульсную мощность. Независимо от входящей формы, возникающие в результате изменения электрического поля конденсатора заставляют диполи в диэлектрическом материале колебаться, что создает тепло.Эта реакция, известная как самонагрев, является одной из основных причин важности диэлектрических свойств, поскольку любое паразитное сопротивление (ESR) или индуктивность (ESL) будет увеличивать рассеяние энергии.

Диэлектрик с низкими потерями (т.е. с низким ESR / DF и низким ESL) будет нагреваться меньше, чем диэлектрик с высокими ESR и DF; однако эти параметры также меняются в зависимости от частоты, поскольку разные диэлектрические материалы обеспечивают оптимальные характеристики (т.е. генерируют наименьшее количество тепла) в разных частотных диапазонах.

Далее: Эффекты нагрева

Почему взрываются электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы имеют репутацию очень быстро выходить из строя при неправильном обращении.

Леланд Тешлер • Исполнительный редактор
Откройте обычную светодиодную лампу, и вы часто обнаружите, что электролитический конденсатор занимает место на входе от линии переменного тока. Хотя светодиоды обычно имеют срок службы более 10 000 часов, электролитические колпачки в их основании не могут прослужить так долго.У таких плохих результатов может быть множество причин.

Электролитические конденсаторы, видимые на этих печатных платах, взяты от эквивалентных 60-ваттных светодиодных ламп производства Philips (вверху) и Feit Electric.

Пожалуй, основной причиной трудностей с электролитическими крышками является их плохая работа при воздействии обратных напряжений. Электролитические устройства — это поляризованные устройства, которые хорошо работают только тогда, когда подаваемые сигналы на положительный вывод крышки превышают сигнал на отрицательном выводе. Чувствительность к полярности возникает из-за конструкции крышки.

Самым распространенным электролитическим колпачком является алюминиевый электролитический колпачок. Его анодный электрод (+) представляет собой чистую алюминиевую фольгу с протравленной поверхностью. Тонкий изолирующий слой оксида алюминия действует как диэлектрик конденсатора. Нетвердый электролит покрывает шероховатую поверхность оксидного слоя, в принципе служа катодом (-). Вторая алюминиевая фольга, называемая «катодной фольгой», касается электролита и служит электрическим соединением с катодом. Вся сборка свернута, чтобы сформировать характерную цилиндрическую форму, определяющую электролитические свойства.

Следует отметить, что приложение положительного напряжения к материалу анода в электролитической ванне образует изолирующий слой оксида алюминия. Его толщина соответствует приложенному напряжению. Этот оксидный слой действует как диэлектрик. После образования диэлектрического оксида на шероховатых структурах анода противоэлектрод должен совпадать с шероховатой изолирующей оксидной поверхностью. Этой цели служит электролит.

Толщина диэлектрика тонкая, обычно измеряется в нанометрах.Напряжение оксидного слоя достаточно велико в правильном направлении. Но превышение максимального напряжения может сделать конденсатор похожим на короткое замыкание. Результат может сделать видео примечательным, о чем свидетельствует количество взрывающихся конденсаторов, доступных для просмотра на YouTube.

Вот где важна полярность: подача сигнала с неправильной полярностью предотвращает образование оксидного слоя. Результатом снова может стать катастрофический отказ.

Таким образом, Illinois Capacitor суммирует виды отказов электролитических конденсаторов.Щелкните изображение, чтобы увеличить.

Конечно, исправные прикладные схемы будут подавать сигналы правильной полярности на электролитические колпачки, которые они используют. Наиболее частой причиной сокращения срока службы электролитического колпачка является тепло. Конденсатор, рассчитанный на 10 000 часов при 25 ° C, будет снижен для использования при более высоких температурах — он может быть рассчитан только на 1 000 часов при 85 ° C, даже меньше при 105 ° C. Обычно тепло приводит к испарению электролита и уменьшению емкости. Кроме того, электролитический колпачок может нагреваться, когда он находится в цепи, которая многократно и быстро заряжает и разряжает его.А изменения производительности, вызванные высокими температурами, носят временный характер, рабочие характеристики в соответствии со спецификациями снова появятся, как только конденсатор вернется к нормальной температуре (при условии, что он не был поврежден из-за перегрева). Существуют конденсаторы, рассчитанные на длительный срок службы при более высоких температурах, когда температура является проблемой.

Еще один печально известный фактор сокращения срока службы электролитического колпачка — это пульсация тока, которую видит колпачок. Пульсации тока распространены в схемах регуляторов мощности, в которых часто используются электролитические колпачки.По сложным электрохимическим причинам, чем выше пульсирующий ток, тем сильнее и быстрее разрушается конденсатор. Чувствительность к току пульсаций зависит от конструкции и материалов крышки. Поставщики указывают срок службы с разными значениями пульсаций тока. Кроме того, существуют электролитические колпачки, специально разработанные для работы с сильными пульсирующими токами.

К сожалению, проблемы с цепочкой поставок также могут повлиять на эффективность ограничения. Нестандартные или откровенно контрафактные детали все чаще встречаются в каналах закупок.Относительно легко сделать подходящий конденсатор, который будет нормально работать в краткосрочной перспективе. Однако срок службы легко может оказаться ниже стандартного.

Например, емкость даже качественных электролитических конденсаторов может со временем отклоняться от номинального значения. Часто указываются большие допуски, обычно 20%. Таким образом, можно ожидать, что алюминиевый электролитический конденсатор с номинальной емкостью 47 мкФ будет измерять от 37,6 мкФ до 56,4 мкФ. Танталовые электролитические конденсаторы могут иметь более жесткие допуски, но обычно имеют более низкое рабочее напряжение.И все ставки в отношении допустимости использования некачественных или поддельных крышек с течением времени не принимаются.

Также полезно знать условия, при которых применяются рейтинги в спецификации ограничения. Номинальная емкость обычно указывается как значение при 20 ° C и 120 Гц. Емкость будет уменьшаться при температурах выше и ниже 20 ° C. Также обратите внимание на спецификацию тангенса угла потерь. Тангенс угла потерь определяется как тангенс разности фазового угла между напряжением конденсатора и током конденсатора по отношению к теоретическому значению 90 °.Разница вызвана диэлектрическими потерями внутри конденсатора. Тангенс угла потерь (тангенс δ) указывается как значение при 20 ° C и 120 Гц. Это значение будет падать при более высоких температурах и повышаться при более низких температурах.

Кроме того, емкость и тангенс угла потерь зависят от частоты. Емкость ниже на высоких частотах, а тангенс угла потерь выше на высоких частотах. Импеданс конденсатора обычно выражается значением при 20 ° C и 100 кГц.Импеданс будет выше на более низких частотах.

Условия хранения также могут повлиять на работу электролитического колпачка. Ток утечки в алюминиевом электролитическом конденсаторе возрастет, если конденсатор будет храниться в течение длительного времени. Как и в случае с другими параметрами конденсатора, эффект более выражен при более высоких температурах хранения. Однако приложение напряжения может уменьшить ток утечки. Это принцип восстановления электролитического конденсатора путем подачи напряжения. По той же причине разработчики цепей должны учитывать первоначальное увеличение максимального тока при проектировании оборудования.Обычная техника — установить контур защиты параллельно крышке.

Примеры упаковки электролитических конденсаторов. Эти пакеты от Nichicon отводят газы через слой резины в случае перегрева.

Сама упаковка колпачка может вызвать проблемы. Обратите внимание, что между корпусом конденсатора и катодным выводом нет изоляции. Производители обычно не указывают величину сопротивления между корпусом электролитического конденсатора и выводом катода.Внешние втулки колпачков также подвержены повреждениям. Втулка может треснуть при воздействии высоких температур. Обычно внешние рукава изготавливаются из ПВХ, но ПВХ используется для маркировки, а не для обеспечения электрической изоляции. Электролитические колпачки обычно также имеют отверстия для сброса давления, которые имеют форму тонкой области на внешнем корпусе и предназначены для предотвращения повышения давления при неправильном обращении с колпачком. Хорошо бы выяснить, где находится вентиляционное отверстие, и оставить над ним место.

Наконец, небольшие различия в конденсаторах, подключенных последовательно или параллельно, могут привести к проблемам.Например, электрический ток может не равномерно балансироваться между конденсаторами, включенными параллельно. В источниках питания одним из результатов может быть чрезмерная пульсация тока на одном или нескольких конденсаторах. Точно так же, когда два или более конденсатора подключаются последовательно, необходимо учитывать баланс приложенных напряжений, чтобы напряжения, приложенные к каждому из отдельных конденсаторов, оставались ниже номинальных напряжений. Обычный подход — установить резисторы делителя напряжения параллельно каждому из конденсаторов.

Внутренняя конструкция

увеличивает срок службы электролитического конденсатора

Стабильность и переходные характеристики критически важны для работы LDO.

Электролитический конденсатор, используемый для сглаживания, накопления энергии или фильтрации выпрямленного переменного напряжения, имеет пульсирующий ток, который вызывает потерю мощности и самонагрев. Поскольку срок службы определяется внутренней температурой, проектировщики должны минимизировать эту температуру.

Электролитические конденсаторы — важный элемент в конструкции силовой электроники. Различные приложения в силовой электронике предъявляют разные требования к выбору электролитических конденсаторов. Однако одним из общих требований в большинстве этих приложений является потребность в высокой пропускной способности по пульсирующему току.Эта потребность часто сочетается с повышенными температурами окружающей среды.

Электролитический конденсатор — один из самых дорогих компонентов в схеме силовой электроники. По этой причине особое внимание часто уделяется окончанию срока службы этого компонента, особенно при работе с конденсаторными батареями, в состав которых входит несколько таких конденсаторов. В большинстве случаев электролитический конденсатор является устройством, ограничивающим срок службы. Поэтому важно понимать факторы, которые могут повлиять на окончание срока службы конденсатора, чтобы предполагаемый срок службы соответствовал общим требованиям надежности системы.

Выход из строя электролитических конденсаторов может быть вызван несколькими факторами, такими как низкие температуры, высокая температура (пайка, окружающая среда, пульсации переменного тока), высокое напряжение, переходные процессы, экстремальные частоты или обратное смещение. Однако нагрев является наиболее важным фактором на срок службы (индекс L op) электролитических конденсаторов. Помимо аномальных отказов, срок службы электролитических конденсаторов экспоненциально зависит от температуры. В случае нетвердых электролитических растворов срок службы конденсатора определяется скоростью испарения раствора электролита, вызывая ухудшение электрических параметров.Этими параметрами являются емкость, ток утечки и эквивалентное последовательное сопротивление ESR.

Повышение температуры конденсатора зависит от ESR и действующего значения тока, протекающего через него, в сочетании с тепловыми свойствами устройства. В каком-то месте внутри конденсатора будет самая высокая температура. Это известно как температура горячей точки (индекс T h). Значение температуры горячей точки является основным фактором, влияющим на срок службы конденсатора.Температура горячей точки зависит от нескольких факторов. Этими факторами являются внешняя температура в приложении, также называемая температурой окружающей среды (индекс T a), тепловое сопротивление (индекс R th) от горячей точки до окружающей среды и потери мощности (индекс P LOSS), вызванные переменным током. Повышение температуры внутри конденсатора линейно с потерей мощности.

Когда конденсатор заряжается и разряжается, ток, протекающий через него, вызывает потери в омическом сопротивлении.Изменение напряжения на диэлектрике также вызывает потери. Добавьте к этому потери, вызванные током утечки. Эти потери приводят к повышению температуры внутри конденсатора. Имея это в виду, срок эксплуатации можно рассчитать:

Индекс P LOSS4 (индекс I среднеквадратичный) индекс 22ESR Индекс T h5T индекс a + P индекс LOSS2R индекс th L индекс OP 4A x 2 верхний индекс (B-Th / C) Hr

B4 Исходная температура (обычно 85 ° C).

A4 Срок службы при эталонной температуре (зависит от диаметра конденсатора).

C4 Количество градусов повышения температуры, необходимое для сокращения срока службы наполовину (обычно 12 C для конденсаторов с винтовыми клеммами).

В нетвердом электролитическом конденсаторе (рис. 1, стр. 64) диэлектриком является оксидный слой анодной фольги. Электролит действует как электрический контакт между катодной фольгой и оксидным слоем анодной фольги. Слои бумаги, поглощающие электролит, действуют как разделитель между катодной и анодной фольгами. Фольги соединены с выводами конденсатора алюминиевыми выводами.

На рис. 2 показано, что происходит внутри электролитического конденсатора. Электропроводность зависит от диссоциации и вязкости электролита. Когда температура понижается, вязкость увеличивается, вызывая более низкую подвижность ионов и более низкую проводимость. Когда электролит замерзает, подвижность ионов становится очень низкой, что приводит к очень высокому сопротивлению. С другой стороны, чрезмерный нагрев ускорит испарение электролита. Когда количество электролита уменьшается до критического значения, срок службы конденсатора истекает.

Factors of Life Каковы основные факторы, которые прямо или косвенно влияют на срок службы электролитического конденсатора? Нетвердые электролитические конденсаторы с винтовыми зажимами разработаны специально для обеспечения длительного срока службы в приложениях силовой электроники, где они часто подвергаются воздействию очень высоких пульсаций тока при повышенных температурах окружающей среды.

Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на работу в суровых климатических условиях и при большой нагрузке пульсирующим током. Это требует низких внутренних потерь и эффективного теплообмена между конденсатором «горячей точки» и окружающей средой.Долговечность электролитических конденсаторов достигается тремя способами:

— Внутренний нагрев из-за протекания пульсирующего тока в конденсаторе уменьшается за счет снижения ESR. Это достигается за счет использования нескольких электродов, сваренных лазерной сваркой. Повышение температуры в конденсаторе зависит от ESR и тока пульсаций. ESR зависит от частоты, что усложняет расчеты потерь мощности. Обычно СОЭ ниже на более высоких частотах; хотя некоторые конструкции предлагают более плоскую характеристику ESR, что приводит к лучшей производительности при более низких частотах переменного тока.

Одним из основных факторов чрезмерного ESR является соединение между внешними электродами и обмоткой, обычно сделанное с помощью одного или нескольких металлических язычков. Чем больше вкладок добавлено к обмотке, тем ниже ESR. Однако количество вкладок, которые можно добавить без снижения надежности, зависит от процесса, используемого для подключения вкладок к терминалам. Специальная лазерная сварка позволяет добавлять больше выступов, обеспечивая более низкое ESR. Это означает большую устойчивость к пульсирующим токам и меньшее внутреннее нагревание, что означает более длительный срок службы.

Это также способствует повышению устойчивости к ударам и вибрации, что снижает внутренние короткие замыкания, высокие токи утечки, потери емкости, повышенное ESR и разомкнутые цепи.

— Внутреннее тепло отводится от дна емкости к шасси оборудования через хорошее механическое соединение между обмоткой конденсатора и емкостью. Это тепло также рассеивается внутренним радиатором, проходящим через середину обмотки.

Внутренняя тепловая конструкция важна для надежности и срока службы конденсатора.В одной конструкции отрицательная фольга расширяется для прямого контакта с толстым основанием алюминиевого корпуса конденсатора. В этом случае основание становится теплоотводом обмотки, через который тепло отводится от горячей точки. При использовании варианта монтажа «шпилька» надежная установка конденсатора на пластину (обычно алюминиевая) обеспечивает лучшее тепловое решение с более низким общим индексом R th.

— Потери электролита значительно сокращены за счет использования твердой фенольной крышки с вставными выводами, соединенными с банкой двойным уплотнением с использованием специальной резиновой прокладки.

Срок службы электролитических конденсаторов с длительным сроком службы также зависит от испарения электролита через уплотнение. Поскольку электролит со временем испаряется из конденсатора, конденсатор в конечном итоге выйдет из строя. (Это ускоряется из-за нагрева.) Одна конструкция обеспечивает технику двойного уплотнения, которая снижает скорость испарения, удерживая электролит внутри конденсатора на максимально долгий срок службы.

Сочетание этих функций обеспечивает очень долгий срок службы в сложных приложениях.Кроме того, благодаря хорошему пониманию области применения конструкция конденсаторов может быть оптимизирована для обеспечения желаемого сочетания ESR, срока службы, размера и стоимости.

Конец срока службы Как уже говорилось ранее, первостепенное значение имеет тепло. Чем горячее конденсатор, тем быстрее заканчивается срок службы. С повышением температуры увеличивается изменение емкости, проводимости электролита, удельного сопротивления алюминия, тока утечки, химической нестабильности и коррозионных процессов.

По мере старения конденсатора емкость уменьшается, а ESR увеличивается, как показано на рис. 3. Срок службы определяется приложением. В некоторых схемах допускаются только небольшие изменения емкости и ESR, что означает, что конденсатор вызовет отказ в более короткое время, чем если бы приложение было более устойчивым.

ESR состоит из трех компонентов. Это сопротивление алюминиевых вкладок и фольги, которое увеличивается с температурой, сопротивление электролита (оксидного слоя), которое сильно уменьшается с температурой, и диэлектрическое сопротивление, которое уменьшается с частотой.Последнее незначительно выше 1,5 кГц.

Истечение срока службы электролитического конденсатора определяется как изменение одного или нескольких его параметров на заданную величину (рис. 4). Этими параметрами являются емкость (C), ESR, коэффициент рассеяния (DF), ток утечки (индекс I L) и номинальное напряжение (индекс V r). Разные производители определяют эти пределы по-разному, в зависимости от емкости своих конденсаторов. Одно из определений истечения срока службы электролитического конденсатора:

DC415% для индекса V r2, умноженного на начальное значение.DF (tand)> 1,3 номинального значения. У меня нижний индекс L> номинального значения.

Снижение стоимости Хотя конкретные требования различаются, обычно считается само собой разумеющимся, что для обработки более высокого тока пульсаций требуется более высокая емкость. В некоторой степени это верно, но различные конденсаторные технологии у разных поставщиков часто влияют на емкость, фактически необходимую для достижения заданного тока пульсаций и срока службы. От одного поставщика может потребоваться более высокая емкость по сравнению с другим в зависимости от конструкции конденсатора.

Дизайн, материалы и процессы изготовления определяют срок службы и надежность конденсатора. Хорошая конструкция конденсатора позволяет удовлетворить требования к току пульсации с меньшей емкостью, чем ожидалось, особенно в схемах, которые требуют меньшей емкости, если бы не нагрузка на ток пульсации.

Другими словами, схема может хорошо работать с определенным значением C, за исключением того, что высокий ток пульсаций приведет к слишком низкому сроку службы.В этом случае разработчик должен выбрать конденсатор с избыточной конструкцией, чтобы выдержать ток. Благодаря хорошо спроектированному электролитическому конденсатору необходимость в чрезмерном проектировании снижается, что приводит к потенциально значительной экономии затрат.

Пульсации тока и его влияние на производительность конденсаторов — Блог о пассивных компонентах

Источник

: блог Capacitor Faks

Конденсаторы — важные элементы в большинстве аналоговых и цифровых электронных схем. Они используются для широкого спектра приложений, включая развязку, фильтрацию, обход, связь и т. Д.Разные приложения имеют разные требования к характеристикам и требуют конденсаторов с определенными характеристиками. Мощность, рассеиваемая конденсатором, является функцией тока пульсаций и эквивалентного последовательного сопротивления. Таким образом, способность к пульсирующему току является одним из ключевых параметров, которые следует учитывать при выборе конденсатора для конкретного применения. Другие важные параметры включают емкость, номинальное напряжение, эквивалентное последовательное сопротивление и эквивалентную последовательную индуктивность.

В большинстве электронных устройств сигнал постоянного тока, подаваемый на схему, имеет участок переменного тока.Эта часть переменного тока называется пульсирующим током. Некоторые конденсаторы имеют высокие значения пульсирующего тока, а другие — низкие. Хотя существуют стандарты для расчета этих рейтингов, некоторые производители используют свои собственные методы. В конденсаторах потеря мощности и внутренний нагрев зависят от тока пульсаций.

Повышение температуры зависит от тока пульсаций, термического сопротивления и эквивалентного последовательного сопротивления. Общее тепловое сопротивление зависит от теплового сопротивления между компонентом и окружающей средой и внутреннего теплового сопротивления.Тепловое сопротивление варьируется от одного конденсатора к другому в зависимости от площади внешней поверхности и внутренней конструкции. В большинстве конденсаторов эквивалентное последовательное сопротивление зависит от рабочей температуры и частоты.

Пульсации тока ухудшают работу конденсатора, повышая его внутреннюю температуру. Интенсивность отказов конденсаторов напрямую связана с температурой эксплуатации, а работа конденсаторов при высоких температурах сокращает их срок службы. Таким образом, пульсации тока снижают надежность конденсаторов, тем самым ограничивая общую надежность электронных устройств.Для некоторых конденсаторов производители рекомендуют снижение напряжения при работе при температурах выше 85 ° C. Поскольку ток пульсаций увеличивает температуру ядра конденсатора, этот параметр представляет интерес при рассмотрении требований к снижению напряжения для данного конденсатора.

Пульсации тока для керамических конденсаторов
Внутренний нагрев керамических конденсаторов является проблемой, которая влияет на работу многих электронных схем. В этих конденсаторах максимальный ток пульсаций определяется температурными характеристиками компонента.Пульсации тока керамического конденсатора варьируются в зависимости от рабочей температуры. Керамические конденсаторы, работающие при более высоких температурах, обладают меньшей способностью к пульсации тока по сравнению с конденсаторами, работающими при более низких температурах. По этой причине этот параметр обычно измеряют при комнатной температуре. Метод измерения пульсаций тока этих компонентов варьируется от одного производителя к другому. Таким образом, очень важно понимать метод, используемый поставщиком при анализе данных о пульсирующем токе для различных конденсаторов.

Превышение номинального тока пульсаций керамического конденсатора может существенно повлиять на его характеристики. Хотя нагрев конденсатора сверх температуры, указанной производителем, может не вызвать немедленного выхода из строя, перегрев керамических конденсаторов увеличивает частоту их выхода из строя. По сравнению с компонентами, занимающими мало места, керамические конденсаторы большего размера имеют более высокую устойчивость к токам пульсаций. Большая тепловая масса и объем более крупных конденсаторов позволяет им поглощать больше энергии, и требуется больше времени, прежде чем их максимальная номинальная температура будет достигнута.

Коэффициенты термического сопротивления керамических конденсаторов данного размера кристалла могут быть разными. Это связано с изменением количества электродных пластин. Компоненты с высокой емкостью имеют больше электродных пластин по сравнению с компонентами с низкой емкостью того же размера. Электродные пластины действуют как теплоотводы, а конденсаторы с большим количеством этих пластин легче отводят тепло от своих керамических блоков по сравнению с компонентами того же размера, но с меньшим количеством пластин.

Нагрев керамических конденсаторов может вызвать температурные градиенты.Эти температурные градиенты могут вызвать растрескивание. Чтобы предотвратить растрескивание, максимальное повышение температуры керамических конденсаторов обычно ограничивается 50 ° C. В отличие от алюминиевых и танталовых конденсаторов, керамические конденсаторы не подвержены проблеме отрицательных пульсаций напряжения. Это связано с тем, что керамические конденсаторы не являются полярными компонентами.

Пульсации тока для танталовых конденсаторов
Внутри танталового конденсатора кристалла тепло генерируется постоянным током утечки и сигналом переменного тока. Это тепло передается в окружающую среду за счет комбинации следующих методов теплопередачи: теплопроводности, конвекции и излучения.Скорость потери тепла в окружающую среду в основном зависит от температурного градиента между компонентом и температурой окружающей среды. На заданной частоте тепло, выделяемое пульсирующим током, равно произведению квадрата действующего значения тока на ESR конденсатора I2R. С другой стороны, ток утечки выделяет тепло, равное произведению тока и приложенного напряжения.

Большинство современных схем с высокими рабочими характеристиками работают при высоких скоростях переключения, больших токах и низких напряжениях, для которых требуются конденсаторы с очень низким ESR.Производители конденсаторов снижают эквивалентное последовательное сопротивление танталовых конденсаторов, чтобы удовлетворить растущие требования к электронным схемам. Для низковольтных цепей, работающих при высоких токах, таких как некоторые современные процессоры, потребность в очень низких значениях ESR еще выше. Низкое эквивалентное последовательное сопротивление позволяет конденсаторам выдерживать высокие токи пульсации. Для сравнения, конденсаторы с высокими значениями ESR рассеивают больше тепла и непригодны для сред с высоким током пульсаций. Поскольку повышение температуры в танталовых конденсаторах является функцией ESR, пульсаций тока, протекающего через конденсатор, и теплового сопротивления, снижение ESR помогает улучшить способность этих компонентов к пульсирующему току.

Электронные схемы, работающие на очень высоких тактовых частотах, имеют более высокие требования к току по сравнению с теми, которые работают на более низких скоростях. Цепи, работающие на таких высоких скоростях, подвергают конденсаторы воздействию больших пульсаций тока, и для минимизации рассеиваемой мощности требуются компоненты с очень низким ESR. Избыточное рассеивание мощности может повысить внутреннюю температуру танталовых конденсаторов до неприемлемых пределов. Воздействие высоких температур на танталовые конденсаторы снижает их надежность и увеличивает их вероятность выхода из строя.

Пульсации тока для алюминиевых электролитических конденсаторов
Алюминиевые электролитические конденсаторы используются для широкого спектра применений, включая накопление энергии, сглаживание и фильтрацию. Некоторые приложения, такие как сглаживание и фильтрация электролитических конденсаторов нагрузки с переменным током пульсаций. Этот пульсирующий ток вызывает рассеяние мощности и нагрев, а воздействие высоких температур на электролитические конденсаторы сокращает их срок службы. Кроме того, высокие температуры влияют на емкость, удельное сопротивление алюминия, проводимость электролита и ток утечки этих электролитических конденсаторов.

Во многих электронных схемах конденсатор является компонентом, ограничивающим срок службы системы. Таким образом, важно учитывать все факторы, которые могут увеличить интенсивность отказов этих компонентов при анализе общей надежности системы. Для алюминиевых электролитических конденсаторов факторы, которые могут ускорить выход из строя, включают экстремальные температуры, обратное смещение, экстремальные частоты, переходные процессы и высокое напряжение.

Повышение температуры алюминиевых электролитических конденсаторов является функцией эквивалентного последовательного сопротивления, среднеквадратичного значения тока, протекающего через конденсатор, и тепловых характеристик компонента.Температура горячей точки, температура в данном месте внутри конденсатора, является ключевым фактором, определяющим срок службы алюминиевого электролитического конденсатора. Температура горячей точки зависит от температуры окружающей среды, теплового сопротивления и потерь мощности из-за переменного тока. Внутри алюминиевого электролитического конденсатора повышение температуры и потери мощности имеют линейную зависимость. Потери мощности в электролитических конденсаторах в основном связаны с изменениями напряжения на диэлектрике, потерями на ток утечки и потерями на омическом сопротивлении.

При выборе электролитического конденсатора для силовой электроники важно выбирать компоненты, оптимизированные для того, чтобы выдерживать высокие токи пульсаций. Такие конденсаторы специально разработаны для работы в тяжелых условиях. Наиболее распространенный способ повышения устойчивости электролитических конденсаторов к току пульсаций — это минимизация эквивалентного последовательного сопротивления.

Эквивалентное последовательное сопротивление электролитических конденсаторов уменьшается с увеличением количества выводов электродов.Увеличение количества выводов, приваренных лазером, увеличивает устойчивость к пульсирующим токам, тем самым уменьшая внутренний нагрев и продлевая срок службы конденсатора. Кроме того, использование нескольких язычков, приваренных лазером, помогает улучшить устойчивость алюминиевых электролитических конденсаторов к вибрации и ударам.

Пульсации тока для пленочных конденсаторов
В силовых электронных схемах пленочные конденсаторы используются для широкого спектра применений, включая приложения для промежуточного контура и фильтрации выходного постоянного тока. Полипропилен широко используется при изготовлении пленочных конденсаторов.Этот диэлектрический материал обладает низким коэффициентом рассеяния и хорошими характеристиками в широком диапазоне температур и частот. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами пленочные конденсаторы имеют более высокую емкость пульсаций по току и более высокое напряжение. Емкость пульсирующего тока этих конденсаторов примерно в три раза больше, чем у алюминиевых электролитических конденсаторов. Кроме того, пленочные конденсаторы обладают высокой устойчивостью к ударам и вибрации.

Пленочные конденсаторы по сравнению с обычными электролитическими конденсаторами имеют более низкое эквивалентное последовательное сопротивление.Эта характеристика позволяет этим конденсаторам выдерживать более высокие токи пульсации. Кроме того, ESR полимерных пленочных конденсаторов относительно постоянен в широком диапазоне температур. Как и в других конденсаторах, пульсации тока вызывают рассеяние мощности в пленочных конденсаторах. Это рассеяние мощности приводит к повышению внутренней температуры пленочных конденсаторов, что сокращает их срок службы. Срок службы металлизированных полимерных пленочных конденсаторов во многом определяется температурой сердечника.

Заключение
Пульсирующий ток конденсатора — один из ключевых параметров, который следует учитывать при выборе конденсатора для конкретного применения.Пульсации переменного тока вызывают рассеяние мощности и нагрев конденсаторов. В большинстве конденсаторов повышение температуры является функцией тока пульсаций и эквивалентного последовательного сопротивления. Использование конденсаторов с очень низким ESR помогает свести к минимуму рассеиваемую мощность и повысить способность схемы выдерживать высокие токи пульсаций. Срок службы конденсаторов большинства типов во многом определяется внутренней температурой, следовательно, необходимо минимизировать тепло, выделяемое пульсирующим током.

---

Узнайте больше о пассивных компонентах от экспертов отрасли! — Электронные курсы пассивных компонентов EPCI Academy для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:

Алюминиевые электролитические конденсаторы — Предостережения: подробности

Использование 1DC для алюминиевых электролитических конденсаторов имеет полярность.

Если полярность поменять, электрический ток через конденсатор будет чрезмерным. Это может привести к короткому замыканию или повреждению конденсатора. Не используйте алюминиевый электролитический конденсатор с поляризацией постоянного тока в цепях с нестабильной или нечеткой полярностью. Также обратите внимание, что биполярные алюминиевые электролитические конденсаторы для постоянного тока нельзя использовать в цепях переменного тока.

2 Не превышайте номинальное напряжение.

Подача напряжения, превышающего номинальное, может вызвать чрезвычайно высокий ток утечки.Таким образом, вызывая повреждение или разрушение конденсатора. Соблюдайте осторожность при формировании токов пульсаций, чтобы гарантировать, что пиковые уровни пульсаций напряжения не превышают номинальное напряжение.

3 Не использовать в цепях быстрой зарядки / разрядки.

Производительность может быть снижена из-за выделяемого тепла внутри алюминиевого электролитического конденсатора, используемого в цепи, которая многократно и быстро заряжает и разряжает конденсатор. Этот тип схемы также может вывести из строя конденсатор. Обратитесь к своему торговому представителю или представителю по обслуживанию, чтобы узнать о конденсаторах, которые можно быстро заряжать и разряжать для использования в таких цепях.

4 Не превышайте номинальный ток пульсации.

Применение тока пульсаций, превышающего номинальный ток пульсаций, может вызвать чрезмерный внутренний нагрев внутри конденсатора. Таким образом сокращается срок службы конденсатора и, в крайних случаях, конденсатор разрушается. В такой схеме обязательно используйте электролитический конденсатор с высокой пульсацией.

5 Рабочие характеристики зависят от температурной классификации. (В зависимости от температуры)

Рабочие характеристики электролитического конденсатора зависят от температуры.Эти изменения являются временными. Первоначальные рабочие характеристики снова появятся, когда конденсатор вернется к нормальной температуре (за исключением повреждения рабочих характеристик, вызванного длительным воздействием высоких температур). Использование конденсатора за пределами гарантированного диапазона температур может привести к увеличению тока утечки и разрушению конденсатора. Пожалуйста, учитывайте следующее: температуру окружающей среды, в которой используется оборудование, внутреннюю температуру оборудования, тепло, излучаемое другими компонентами оборудования, и выделяемое тепло внутри конденсаторов, вызванное током пульсаций и т. Д.

1. 1. Номинальная емкость обычно указывается как значение при 20 ° C и 120 Гц. Емкость будет уменьшаться при температурах выше и ниже 20 ° C.
2. 2. Тангенс угла потерь (tan δ) указывается как значение при 20 ° C и 120 Гц. Это значение будет уменьшаться при более высоких температурах и увеличиваться при более низких температурах.
3. 3. Ток утечки будет увеличиваться при высоких температурах и уменьшаться при более низких температурах.

6 Производительность зависит от частоты.

Рабочие характеристики электролитического конденсатора зависят от используемой частоты.

1. 1. Емкость выражается как значение при 20 ° C и 120 Гц. Емкость будет меньше на более высоких частотах.
2. 2. Тангенс угла потерь (тангенс δ) указан при 20 ° C и 120 Гц. Тангенс угла потерь будет выше на более высоких частотах.
3. 3. Импеданс обычно выражается как значение при 20 ° C и 100 кГц. Импеданс будет выше на более низких частотах.

7 Производительность зависит от условий хранения алюминиевого электролитического конденсатора.

Ток утечки в алюминиевом электролитическом конденсаторе увеличится, если конденсатор будет храниться в течение длительного периода времени. Например, в неиспользованном состоянии или после установки на какое-либо оборудование. Эффект более выражен при более высокой температуре окружающей среды. Обратите внимание, что ток утечки уменьшается при приложении напряжения. Если ток утечки увеличился из-за хранения при комнатной температуре в течение двух или более лет (или в течение более короткого периода времени при более высоких температурах), может потребоваться восстановить конденсатор путем подачи напряжения.Кроме того, при проектировании оборудования необходимо учитывать эффекты начального увеличения тока. При необходимости следует предусмотреть параллельную схему защиты.

8 Нет изоляции между корпусом конденсатора и выводом катода.

Величина сопротивления в электролите между корпусом электролитического конденсатора и выводом катода не указана.

9 Наружные втулки подвержены повреждениям.

Наружная гильза, закрывающая конденсатор, может треснуть при воздействии высоких температур.Например, после воздействия на конденсатор органических растворителей. Обычно внешние втулки алюминиевых электролитических конденсаторов изготавливаются из ПВХ. Но обратите внимание, что ПВХ используется для облегчения маркировки, а не для обеспечения электрической изоляции.

10 Учитывайте влияние любых необычных условий окружающей среды.

Коррозия может возникнуть, если алюминиевый электролитический конденсатор находится в среде с высокой концентрацией галогена или галогенсодержащего газа. Это то же самое, что и коррозия, возникающая при чистке печатных плат.Пожалуйста, будьте осторожны с обработкой галогеном (или галогеновыми соединениями) фумигацией газа, которая выполняется, когда электронное оборудование отправляется за границу. Это лечение необходимо учитывать.

11Соответствуйте расстоянию между отверстиями на печатной плате.

Шаг отверстий в печатной плате должен соответствовать шагу выводов конденсаторов (размер F в каталоге). Имейте в виду, что короткие замыкания, обрыв цепи, повышенные токи утечки и т. Д. Могут быть вызваны напряжениями в подводящих проводах.Особенно, если шаг вперед не совпадает с шагом лунки.

12Помните о необходимых соображениях, касающихся отводов давления.

1. 1. В напорных клапанах часть корпуса и т. Д. Делается тонкой, чтобы предотвратить взрыв из-за повышения внутреннего давления. Это повышение давления происходит, когда на конденсатор оказывается чрезмерная нагрузка из-за чрезмерного напряжения приложения или напряжения с неправильной полярностью. Обратите внимание, что конденсатор не возвращается в нормальное состояние после активации сброса давления.Следовательно, конденсатор необходимо заменить.
2. 2. Для тех компонентов, корпуса которых оборудованы отверстиями для сброса давления, оставьте пространство над отверстием для сброса давления в процессе проектирования. Это необходимо сделать, чтобы избежать препятствий для работы клапана сброса давления.

Единицы: мм

Диаметр конденсатора	18 мм или меньше	от 20 до 35 мм
Пространство над напорным клапаном	2.0 мм или более	3,0 мм или более

13 Избегайте коротких замыканий на двусторонних монтажных платах.

При использовании электролитических конденсаторов на двусторонних монтажных платах необходимо соблюдать осторожность, чтобы схема разводки не проходила через место установки конденсаторов. В зависимости от выбранного способа монтажа существует опасность того, что конденсатор может вызвать короткое замыкание на монтажной плате.

14 Соблюдайте осторожность при подключении нескольких конденсаторов.

1. 1. Баланс электрического тока между конденсаторами может быть потерян при параллельном подключении двух или более конденсаторов. Это приведет к тому, что некоторые конденсаторы будут испытывать чрезмерную пульсацию тока. Конструкция схемы должна гарантировать отсутствие чрезмерных пульсаций тока ни в одном из конденсаторов
.
2. 2. При последовательном соединении двух или более конденсаторов необходимо учитывать баланс напряжений, приложенных к конденсаторам. Эта мера предосторожности гарантирует, что напряжения, приложенные к каждому из отдельных конденсаторов, не превышают номинальные напряжения.Резисторы делителя напряжения должны быть установлены параллельно каждому из конденсаторов. Принимая во внимание ток утечки, резистор делителя напряжения предотвратит подачу чрезмерного напряжения на любой из конденсаторов.
3. 3. Рассчитайте необходимое сопротивление делителя напряжения при последовательном подключении конденсаторов.
   Когда два или более конденсатора соединены последовательно, резисторы делителя напряжения вставляются параллельно конденсаторам, чтобы обеспечить балансировку напряжений.Пример расчета сопротивлений делителя напряжения приведен ниже:
   1. (3-1) Схема
      Когда два или более конденсатора (C1 и C2) соединены последовательно, эквивалентная схема может быть выражена, как показано на рисунке ниже.
      
      RB = сопротивление делителя напряжения, при котором в схеме приняты следующие условия:
      1. 1.V2 — номинальное напряжение (= V0), где V
      2. 2.V — это x V0 x 2.
         V = 2aV0 (где a <1)
      3. 3.R2 = R1 x b (где b> 1) (Уравнение 1)
   2. (3-2) Вывод формулы для расчета RB
      1. (3.2.1) Следующее уравнение получается путем нахождения условий равновесия:
         (Уравнение 2)
      2. (3.2.2) Следующие уравнения могут быть получены с использованием предполагаемых условий:
         V2 ≦ VO (Уравнение 3)
         V1 = V-V2 (Уравнение 4)
         = 2aVO-V2 (Уравнение 4 ‘)
      3. (3.2.3) Подставьте уравнения 1, 3 и 4 ‘в уравнение 2:
         
         2abVO (R1 + RB) = V2 {b (R1 + RB) + bR1 + RB}
         2ab (R1 + RB) ≦ 2bR1 + (1 + b ) РБ
         В результате сопротивление делителя напряжения RB определяется следующим уравнением:
         
   3. (3.3) Пример расчета
      В этом примере мы вычисляем значения сопротивлений делителя напряжения, когда два конденсатора 400 В 470 (F (стандартное значение LC: 1,88 мА) соединены последовательно:
      
      Если предположить, что a = 0.8, то можно применить 400 (В) x 2 x 0,8 = 640 (В).
      Если принять b = 2, то R2 = bR1 = 426 (кОм) и LC = 0,94 (мА). Сопротивление делителя напряжения RB следующее:
      
4. 4. Регенерационное напряжение
   Существует явление, которое вызывает повышение напряжения между клеммами после того, как алюминиевый электролитический конденсатор был оставлен на некоторое время после того, как сначала был заряжен, а затем разряжен путем замыкания клемм вместе. Это возникающее напряжение известно как «напряжение регенерации».»Механизм, с помощью которого возникает это явление, описан ниже.

   Когда к диэлектрику прикладывается напряжение, в самом диэлектрике происходят электрические изменения. Электрические изменения происходят из-за диэлектрического эффекта, когда заряд противоположен напряжению.

   Если приложено напряжение, этот эффект поляризации вызовет разряд конденсатора до тех пор, пока напряжение на клеммах не достигнет 0.Затем цепь между выводами размыкается, и в конечном итоге между выводами появится электрический потенциал. Этот электрический потенциал и есть напряжение регенерации.

   Напряжение регенерации достигает пика примерно через 10–20 дней после отключения клемм. После пикового периода напряжение регенерации постепенно падает. Существует тенденция к увеличению напряжения регенерации в конденсаторах большей емкости (автономных конденсаторах).

   После того, как будет сгенерировано напряжение регенерации, между клеммами возникнет искра, если они закорочены.Это может вызвать дискомфорт у рабочих на сборочном конвейере или может повредить низковольтные элементы, такие как процессоры и память внутри схемы. Один из способов предотвратить это — использовать резистор от 100 до 1000 (для разрядки конденсатора перед использованием.

1Не прикасайтесь напрямую к клеммам конденсатора.

Прикосновение к клеммам конденсатора может привести к травмам, например поражению электрическим током или ожогам. Перед использованием конденсатора обязательно разрядите конденсатор через резистор 1 кОм (после того, как убедитесь, что резистор достаточен для резистивного нагрева).

2 Избегайте короткого замыкания проводящим материалом между выводами конденсатора.

Кроме того, не допускайте контакта конденсатора с проводящим раствором, таким как раствор кислоты или раствор щелочи.

3Периодически проверяйте конденсаторы, используемые в промышленном оборудовании.

Проверки должны включать следующее:

1. 1. Внешний вид: нет очевидных проблем, таких как открытие вентиляционного отверстия, утечка электролита и т. Д.
2. 2. Электрические характеристики: ток утечки, емкость, тангенс угла потерь и элементы, указанные в каталоге или в спецификациях на закупку.

4 Помните о следующем для использования в маловероятных обстоятельствах.

1. 1. Если срабатывает вентиль конденсатора, используемый в электрическом продукте, и виден газ, немедленно отсоедините шнур питания или выключите главный выключатель оборудования.
2. 2. При срабатывании клапана сброса давления конденсатора будут вытеснены высокотемпературные газы, превышающие 100 ° C — не позволяйте этим газам попадать вам в лицо.Если струя газа попадает в глаз или вдыхается, немедленно промойте глаз водой и / или прополощите горло. Не проглатывайте электролит из конденсатора. Если электролит попал на кожу, тщательно промойте пораженный участок водой с мылом.

5 Условия хранения

1. 1. Храните конденсатор в сухом прохладном месте, в помещении с температурой от 5 ° C до 35 ° C и относительной влажностью менее 75%.
2. 2. Когда алюминиевый электролитический конденсатор хранится в течение длительного периода времени, ток утечки имеет тенденцию к увеличению.В частности, эта тенденция более заметна при высокой температуре хранения. Обратите внимание, что подача напряжения может уменьшить ток утечки. Если конденсатор хранится в течение длительного периода времени (более двух лет после изготовления), кондиционируйте конденсатор, подав напряжение.
3. 3. Не храните конденсатор в среде, где он может напрямую контактировать с водой, соленой водой или маслом.
4. 4. Не храните конденсатор в среде, где он может подвергнуться воздействию токсичных газов (сероводорода, сернисто-кислого газа, азотистого кислого газа, газообразного хлора, газообразного озона, газообразного аммиака и т. Д.).
5. 5. Не храните конденсатор в месте, где он будет подвергаться воздействию ультрафиолетового света или излучения.

6 Если конденсатор поврежден, утилизируйте его одним из следующих способов:

1. 1. Если конденсатор подлежит сжиганию, предотвратите взрыв, просверлив отверстие в корпусе или тщательно измельчив его перед сжиганием.
2. 2. Если конденсатор не подлежит сжиганию, отправьте его на утилизацию в специализированное предприятие по переработке промышленных отходов.