Рейтинг электролитических конденсаторов для блоков питания
Обновлено: 21.11.2024
У многих электронных устройств возникают проблемы с блоком питания, а точнее с электролитическими конденсаторами.
Как старые конденсаторы обычно влияют на емкость этого электролитического конденсатора?
Как влияет неисправный электролитический конденсатор на вход блока питания?
Как повлияет неисправный конденсатор на выходе?
Примечание: я измерял напряжение несколько раз, и обычно оно правильное, но электронное оборудование запускается только после замены конденсаторов.
\$\begingroup\$ Вы приняли ответ, который содержит ошибки и предлагает мнения без неопровержимых фактов или доказательств неудачного расследования. Вопросы, которые ищут мнения, обычно закрыты, поэтому я закрываю этот вопрос. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Вы задали три вопроса, два из которых требуют догадок (мнений), а первый основан на чтении технического паспорта, чтобы сказать вам, что говорит вам спецификация выносливости в конце срока службы (как я пытался объяснить). \$\конечная группа\$
3 ответа 3
Из моего опыта ремонта промышленной электроники: конденсаторы до 2000 года выходили из строя после 10-15 лет эксплуатации, конденсаторы после 2000 года просто начинают выходить из строя в крайних случаях. Большинство вышедших из строя конденсаторов УВЕЛИЧИВАЮТ емкость и ESR на начальных стадиях отказа, если оставить их достаточно долго:
а) утечка электролита
c) стать разомкнутой
г) уменьшить емкость
На входе импульсного блока питания Конденсаторы с увеличенным ESR вызывают увеличение напряжения пульсаций и отрицательно влияют на регулирование переходной нагрузки, могут привести к выходу из строя силового транзистора.
На выходе они увеличивают выходной шум, что негативно влияет на регулирование переходной нагрузки.
В импульсном источнике питания ИС они обычно вызывают отказ при запуске - применимо только к сетевым блокам питания и преобразователям постоянного тока, где входное напряжение превышает ~80 В
\$\begingroup\$ Как я писал в "примечании": я протестировал некоторые экраны и телевизоры на осциллографе - напряжение было в норме - может что-то с током происходит? \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Бьюсь об заклад, если бы вы измерили ESR удаленного конденсатора, он был бы в пределах 10 Ом, новые должны быть менее 1 Ом для емкости выше ~47 мкФ. В зависимости от топологии блока питания для запуска может потребоваться небольшой (22-100 мкФ) конденсатор на микросхеме smps (например, UC2844). Блоки питания на базе Top2xxx полагаются на конденсаторы основной шины для запуска, высокое ESR может их испортить, а увидеть падение напряжения на 1 мкс может быть сложно даже на осциллографе. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Вы используете термин "сбой", подразумевая, что электролитический конденсатор вышел из строя. По всей вероятности, это было постепенное снижение его емкости, что привело к неправильной работе схемы, то есть не выход из строя компонента как таковой, а неспособность разработчика учесть то, что может произойти. Среднее время безотказной работы конденсаторов (то есть частота отказов) по-прежнему составляет миллионы часов или более 100 лет до отказа. Здесь есть важное различие, так что -1 за это. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Когда вы упоминаете исторические данные об электролитических конденсаторах, вы можете также упомянуть о конденсаторной чуме, которая исказит любые такие данные. \$\конечная группа\$
\$\begingroup\$ Я припоминаю эпидемию некачественных электролитических конденсаторов в бытовой (в основном компьютерной) электронике в 2003-2008 гг.? Было ли еще какое-то промышленное оборудование, о котором я не знаю? \$\конечная группа\$
Электролитические конденсаторы обычно указываются как "сколько-то" часов при такой-то температуре. Исходя из этого и рабочей среды, вы можете предсказать, сколько времени потребуется, чтобы конденсатор ухудшился до предельных значений, указанных в паспорте. Итак, если у конденсатора нет паспорта, содержащего это: -
- Значение температуры
- Часы работы при этой температуре.
- Спецификация окончания срока службы
Тогда это, вероятно, мусорные конденсаторы, и их не следует использовать.
Часы работы могут составлять 2000 часов, а некоторые из них годятся для 10 000 часов, но 10 000 часов — это всего лишь 1,14 года, так что вы можете спросить: «В чем же хитрость?». Это рабочая температура. Конденсатор может быть рассчитан на 10 000 часов при 105 °C, но при 95 °C срок службы (или выносливость) будет вдвое больше, а при 85 °C — в 4 раза дольше.
Работа при половинном номинальном напряжении в течение всего срока службы также обеспечивает увеличение срока службы на 2.
Но электролитические конденсаторы изнашиваются, и вы должны решить, насколько ваша схема будет подвержена деградации и сможет ли схема справиться с деградацией, указанной в техническом паспорте для "конца срока службы".
Подробнее см. также в этом ответе.
Во-вторых, как повлияет плохой электролитический конденсатор на входе БП? И как это повлияет, если на выходе будет плохой конденсатор?
Если вы можете отказаться от электролитов, вы получите определенное улучшение, но если вы спроектируете свой источник питания с учетом уровней деградации в конце срока службы, тогда вы также можете работать. Для нераскрытого универсального источника питания без подробностей его конструкции невозможно сделать обобщение без его полного реинжиниринга.
\$\begingroup\$ "Работа при половинном номинальном напряжении в течение всего срока службы также обеспечивает увеличение срока службы на 2. Работа на четверть обеспечивает увеличение срока службы в 4 раза". неправда. Рекомендуется небольшое снижение номинальных характеристик, но снижение более чем в 0,7 раза (в зависимости от производителя, линейки продуктов и т. д.) не увеличивает срок службы. \$\конечная группа\$
В основе влияния температуры на срок службы и выход из строя лежит ---- удаление ТЕПЛА ВНУТРИ конденсатора.
Конденсатор имеет только 2 вывода. Убедитесь, что эти 2 провода идут прямо к ШИРОКИМ кускам металлической фольги. Поскольку обычно один из выводов идет на ЗАЗЕМЛЕНИЕ, у вас есть отличная возможность выполнить тепловую инженерию и охладить этот конденсатор.
Также убедитесь, что у незаземленного провода широкая фольга, и что фольга сразу проходит НАД ЗЕМЛЕЙ примерно на сантиметр. Сантиметр - это полезное расстояние (в FR-4) для отвода тепла в нижележащую плоскость. Вы можете включить бесполезную выпуклость размером 1 см на 1 см на ГОРЯЧЕМ ВЫВОДЕ, прямо рядом с выводом, чтобы отводить тепло в нижележащую ПЛОСКОСТЬ (землю или что-то еще).
Вы можете сильно сосредоточиться на «терморазгрузке» вокруг провода, если колпачок крепится через отверстие. Термические рельефы удваивают ТЕРМОСОПРОТИВЛЕНИЕ этой области фольги.
Медная фольга стандартной толщины составляет 70°C на ватт на КВАДРАТ ФОЛЬГИ. Таким образом, дорожка длиной 10 мм и шириной 1 мм имеет термическое сопротивление 700 ° C.
Ваша задача исследовать на площадке для кадрили, предполагая, что каждый маленький квадрат имеет сопротивление 70 Ом, а один ампер должен войти в сеть, и понять, что в вашей топологии печатной платы срок службы этого конденсатора в ваших руках.
Если у вас есть движущийся воздух, CASE может отводить тепло в воздух. Или --- даже напрямую излучать на другие компоненты и шасси.
Я вспоминаю старые телевизоры с алюминиевыми электролитами размером 2 на 4 дюйма и 2, 3 или 4 монтажными выступами, которые закручиваются для фиксации, а затем могут быть припаяны. Хороший тепловой поток. Но у нас его больше нет.
Что делать? С вертикальным креплением колпачков 2_wire? Возможно ПЕРЕГНУТЬ провода, чтобы обеспечить большой широкий путь теплового потока.
Это может работать для единственных в своем роде источников питания НАСА, но не для автоматизированной сборки;
С другой стороны, автоматическая сборка, скорее всего, имеет некоторый гарантийный срок в 5_лет, а не 100 лет на орбите или за пределами предела солнечного потока за Плутоном или выживание еще 2 минут на зонде Венеры до температуры 800 °C спутника.
Целью этой статьи является предоставление подробной информации о наиболее важной части системы персонального компьютера (ПК), его блоке питания. Следуйте за нами в этом путешествии по территории PSU, и мы обещаем, что вы получите ценные знания.
Уровень производителей конденсаторов
- Страница 1: Введение
- Страница 2: Катушки индуктивности и трансформаторы
- Страница 3: Конденсаторы
- Страница 4: Текущие пульсации и расчет предельного срока службы
- Страница 5. Список производителей конденсаторов
- Страница 6: Резисторы, транзисторы и диоды
- Страница 7: SMPS в сравнении с. Линейные регуляторы
- Страница 8: Описание частей SMPS
- Страница 9: Этап фильтрации электромагнитных помех/переходных процессов
- Страница 10: Мостовые выпрямители и APFC
- Страница 11: Главные переключатели и трансформаторы
- Страница 12: Выходные выпрямители и фильтры
- Страница 13: Переключение контроллеров и изоляторов
- Страница 14: Переключение топологий регуляторов
- Страница 15: LLC Resonant Converter
- Страница 16: Блоки питания с цифровым управлением
- Страница 17: Охлаждение блока питания
- Страница 18: Работа вентилятора и типы подшипников
- Страница 19: Другие типы подшипников: SSO, Rifle, Hysint
- Страница 20. Измерение скорости вращения вентилятора блока питания
- Страница 21: Защита блока питания
- Страница 22: Мониторинг интегральных схем
- Страница 23: Технические характеристики ATX, EPS и 80 PLUS
- Страница 24: Ресурсы PSU
Уровень производителей конденсаторов
Что касается полимерных колпачков, все типы считаются пригодными для использования в блоках питания из-за их способности выдерживать более высокие рабочие температуры, чем их электролитические аналоги. Что касается электролитических конденсаторов, поскольку на них сильно влияют повышенные температуры, вызванные накоплением тепла внутри блока питания (но в основном из-за пульсаций тока), конденсаторы японских производителей являются самым безопасным и качественным выбором. Именно поэтому японские конденсаторы всегда предпочтительнее.
Однако есть две проблемы с использованием крышек японского производства: их стоимость выше, а иногда и проблемы с доступностью.Большинство заводов по производству блоков питания расположены в Китае, поэтому им приходится импортировать конденсаторы из Японии, что требует дополнительного времени и затрат на доставку. Однако мы считаем, что у достаточного количества японских компаний есть производственные мощности в Китае (наряду со многими тайваньскими производителями), поэтому в некоторых случаях проблема может быть не такой серьезной. Конечно, китайским компаниям БП все же намного проще приобрести колпачки китайского завода. Китайские компании-производители крышек могут предлагать большее количество, а если принять во внимание, что в большинстве высококачественных блоков питания используются только японские крышки, то проблемы с доступностью с большей вероятностью могут возникнуть с японскими крышками.
Ситуация становится еще хуже, если учесть, что вы не можете заказать большое количество японских бейсболок, хранить их в течение длительного периода времени, а затем использовать, так как это сильно повлияет на их производительность. Электролитические колпачки должны храниться в определенных условиях, чтобы сохранить в них электролиты, и особенно для использования в блоках SMPS срок их хранения не может превышать определенного порога. Если рекомендуемый срок хранения превышен, необходимо проверить конденсаторы по одному (включая измерения ESR и емкости). Во многих случаях их необходимо реформировать перед использованием, чтобы избежать проблем с эксплуатацией. А поскольку процесс риформинга требует времени и оборудования, это дополнительно влияет на производственные затраты.
После серьезного изучения и сбора информации от различных производителей и инженеров блоков питания, мы хотели бы отметить, что, помимо происхождения цоколя, крайне важно правильно выбрать цоколь для конкретной задачи, которую вы ставите перед собой. Например, если в каскаде APFC установить цоколь только с номиналом 380В, то он гораздо раньше выйдет из строя, даже если он очень качественный, так как его максимальное напряжение слишком близко к напряжению звена постоянного тока этого преобразователя. Кроме того, как и в случае с большинством продуктов, все производители крышек имеют портфолио, включающее продукты с разными характеристиками и ожидаемым сроком службы. Таким образом, помимо хорошего производителя, вы также должны выбрать крышки из подходящего семейства продуктов с желаемыми техническими характеристиками для соответствующего применения. Это, конечно, относится не только к колпачкам, но и ко всем компонентам, используемым в каждом электронном устройстве. Однако внутри блока питания неправильный выбор компонентов может гораздо быстрее привести к нежелательным результатам.
Ограничения первого уровня
Даже японские производители включают в свои портфолио некоторые основные линии, которые не так хороши, как их топовые продукты. Таким образом, помимо бренда, мы всегда внимательно изучаем семейство продуктов и их характеристики, чтобы лучше судить о качестве конденсаторов и приблизительно оценивать их срок службы.
Все японские бейсболки считаются высококачественными, и нам нравятся бейсболки следующих брендов:
- Рубикон
- United Chemi-Con (или Nippon Chemi-Con)
- Ничикон
- Саньо/Санкон
- Панасоник
- Хитачи
- FPCAP или функциональный полимерный конденсатор (бывший сегмент конденсаторов Fujitsu, который был куплен Nichicon)
- ЭЛНА
Помимо японских производителей, есть также несколько поставщиков из США и Европы, которые производят высококачественные конденсаторы. Вероятно, мы не встретим в блоках питания потребительского класса какие-либо из перечисленных ниже брендов, по крайней мере, их электролитические предложения, но мы решили, что все же стоит их упомянуть.
- Корнелл Дубилье (США)
- Illinois Capacitor (в настоящее время принадлежит моему Cornell Dubilier)
- Корпорация Kemet (США)
- Вишай (США)
- EPCOS (компания TDK, Германия)
- Вюрт Электроник (Германия)
Ограничения второго уровня
В этом списке вы найдете конденсаторы некоторых тайваньских производителей, которые часто используют заводы в Китае. Эти конденсаторы хорошо работают, поэтому их обычно используют в блоках питания среднего уровня, а иногда даже в блоках высокого класса, и они обеспечивают баланс между хорошей производительностью и доступной ценой.
- Тайкон (принадлежит компании Nichicon)
- Теапо
- SamXon (кроме серии GF, относящейся к более низкому уровню)
- ОСТ
- Тосин Когё
- Элита
Ограничения третьего уровня
Эти конденсаторы третьего уровня, согласно информации от различных производителей блоков питания и людей, знакомых со статистикой RMA, а также нашего собственного опыта с конденсаторами, возможно, не являются одними из лучших вариантов, но все же на класс выше конденсаторов, которые должны в последнюю категорию.
Ограничения четвертого уровня
Эта группа включает остальные марки конденсаторов. Когда вы увидите один из этих брендов в современном блоке питания, вы поймете, что производитель поставил в качестве приоритета более дешевое производство, а не надежность с течением времени.Мы перечисляем только популярные бренды крышек, которые обычно встречаются в недорогих блоках питания, но мы прекрасно понимаем, что существует много других недорогих марок крышек, и есть большая вероятность, что вы найдете их в блоках питания других производителей. и даже в некоторых фирменных единицах.
Новые технологические тенденции в алюминиевых электролитических конденсаторах
для силовой электроники
Силовая электроника — это развивающаяся область, и Nichicon увеличивает технические возможности и надежность своей продукции, чтобы удовлетворить потребности в солнечной и ветровой энергии, электромобилях (EV), гибридных электромобилях (HEV), железнодорожных вагонах и Применение инверторов в промышленном оборудовании и бытовой электронике. NICHICON разработала алюминиевые электролитические конденсаторы и пленочные конденсаторы для этих технологий, в том числе нестандартные продукты, адаптированные для удовлетворения потребностей наших клиентов.
Сегодня все большее значение придается использованию энергоэффективных инверторов в силовых электронных устройствах. Переход на инверторы обеспечивает более высокую эффективность системы и экономию энергии, а используемые компоненты становятся меньше и должны выдерживать более высокие напряжения. К алюминиевым электролитическим конденсаторам, используемым в источниках питания инверторов и других схемах управления, предъявляются растущие требования: они должны быть меньше, выдерживать более высокие напряжения и иметь более длительный срок службы. В приложениях по производству солнечной и ветровой энергии, а также в других областях, связанных с возобновляемыми источниками энергии, требуется выдерживать более высокие напряжения. Другие приложения, такие как серводвигатели переменного тока, где присутствуют внезапные и повторяющиеся зарядка и разрядка, имеют большое значение высокой надежности.
NICHICON разработала продукты, которые могут выдерживать более высокие напряжения, имеют меньшие размеры и обеспечивают лучшие характеристики зарядки и разрядки для использования в различном промышленном оборудовании в области силовой электроники. Продукты, разработанные для удовлетворения этих требований, включают серию LAS (рис. 1) и серию LNG (рис. 2). Новые серии включают в себя: серию LGM (рис. 3) и серию LNU (рис. 4).
■Алюминиевые электролитические конденсаторы с зажимными клеммами серии LAS
Алюминиевые электролитические конденсаторы часто используются на первичной стороне в качестве фильтрующих/сглаживающих конденсаторов в импульсных источниках питания. В зависимости от того, где используется блок питания, на конденсаторы могут подаваться аномальные напряжения. В этих местах условия питания менее оптимальны, поэтому входное напряжение варьируется. Конденсаторы должны выдерживать эти аномальные напряжения и безопасно выходить из строя, а не замыкаться или возгораться. Для достижения более высокого уровня эффективности и экономии энергии существует тенденция к переводу систем на более высокие напряжения и обеспечению их совместимости с источниками питания по всему миру. Соответственно, растет спрос на алюминиевые электролитические конденсаторы с более высоким выдерживаемым напряжением.
Серия LAS идеально подходит для оборудования, используемого в местах с нестабильными источниками питания и аномальными напряжениями. Серия LAS предназначена для повышения безопасности за счет предотвращения короткого замыкания и возгорания в случае перенапряжения постоянного тока. Серия LAS имеет защелкивающуюся клеммную конструкцию, срок службы 2000 часов при 105°C и небольшой размер. LAS был расширен до номинального напряжения 450 В, что является самым высоким показателем в отрасли.
Характеристики деталей серии LAS с номинальным напряжением 450 В включают использование высоконадежной электролитической фольги для повышения стойкости к напряжению. Повышение выдерживаемого напряжения требует использования электролита, подавляющего саморазряд. Специальная электролитическая бумага, способная выдерживать высокое напряжение, повышает характеристики выдерживаемого напряжения на уровне материала. Чтобы предотвратить перегрузку внутренних элементов из-за приложения аномального напряжения, в конденсаторе используется конструкция, совместимая с напряжением, что обеспечивает самые высокие в отрасли характеристики по аномальному напряжению.
Увеличив номинальное напряжение по сравнению со стандартными конденсаторами, компания Nichicon создала конденсатор, способный выдерживать ненормальное напряжение до 675 В, что на 45 В выше, чем у обычных компонентов. Конденсаторы на 450 В позволяют использовать их в источниках питания по всему миру, охватывающих диапазон напряжений. В результате, серия LAS может использоваться с более высокими напряжениями питания и для фильтрации/сглаживания источников питания в регионах, где условия электропитания далеки от идеальных. Соответственно, серия LAS может использоваться в самых разных областях.
[Рисунок 1] Алюминиевые электролитические конденсаторы серии LAS с защелкивающимися клеммами
■Алюминиевые электролитические конденсаторы с защелкивающимися клеммами серии LGN
Серия LGN представляет собой алюминиевые электролитические конденсаторы с защелкивающимися клеммами меньшего размера, рассчитанные на 3000 часов работы при номинальном напряжении и температуре 105 °C, которые в основном используются в различных типах промышленного оборудования. , например, для высоковольтных инверторных схем в силовой электронике.
Промышленное оборудование движется к более высоким напряжениям системы для повышения эффективности и экономии энергии.Эта тенденция сопровождается растущим спросом на алюминиевые электролитические конденсаторы, способные выдерживать более высокие напряжения в источниках питания инверторов и других цепях управления. Эти требования особенно важны в секторе возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергетика. Ранее серия LGN была ограничена номинальным напряжением 500 В. Компания Nichicon расширила серию LGN до 600 В, что сделало ее самым высоким номинальным напряжением в отрасли. Серия LGN идеально подходит для силового электронного оборудования, где первостепенное значение имеет энергоэффективность.
В компонентах серии LGN с номинальным напряжением 600 В используется высоконадежная электролитическая фольга, которая обеспечивает долговременную стабильность, а также электролит с улучшенными восстанавливающими свойствами при высоких напряжениях и электролитическая бумага, выдерживающая высокое напряжение. Такое сочетание материалов позволяет Nichicon достигать самого высокого уровня напряжения в отрасли. Для серии LGN компания Nichicon разработала новый электролит, состав которого был оптимизирован для обеспечения повышения напряжения на 20–30 %, что позволяет серии LGN достигать выдерживаемого напряжения 600 В при 105 °C.
Чтобы обеспечить необходимое напряжение в системе, несколько алюминиевых электролитических конденсаторов могут быть соединены последовательно, что снижает потребность в рабочей силе. Например, три продукта на 400 В можно соединить последовательно, чтобы удовлетворить требования 1200 В. Это же требование может быть выполнено путем последовательного соединения всего двух наших недавно разработанных продуктов на 600 В, что позволяет сэкономить место и оптимизировать схему.
[Рисунок 2] Алюминиевые электролитические конденсаторы с защелкивающимися клеммами серии LGN
■Алюминиевые электролитические конденсаторы серии LGM с защелкивающимися клеммами
Серия LGM представляет собой ультраминиатюрные алюминиевые электролитические конденсаторы с защелкивающимися клеммами, срок службы которых составляет 2000 часов при температуре 105°C. Серия LGM предназначена для использования в различном промышленном оборудовании, таком как инверторные схемы для силовой электроники и схемы импульсных источников питания.
Промышленное оборудование становится меньше благодаря экономии энергии и уменьшению использования ресурсов. Чтобы удовлетворить этот растущий спрос, требуется использование бортовых компонентов меньшего размера. Новая серия LGM была разработана, чтобы удовлетворить этот спрос. Серия LGM является самой маленькой в отрасли, даже меньше, чем серия LGL, которая была самой маленькой в отрасли.
В серии LGM используется специально разработанная электролитическая фольга с высокой емкостью, а также электролит и электролитическая бумага, обеспечивающие превосходную долговечность. В результате серия LGM на 16 % меньше (габариты продукта), чем наша текущая серия LGL. Серия LGM — это алюминиевые электролитические конденсаторы, оптимальные для компактных схем.
| Серия LGM | Серия LGL | Размеры продукта | |
| φ25x25L | φ25x30L | -16% | |
| φ22x30L | φ22x35L | -14% | |
| 450В�390мкФ | φ30x35L | φ30x40L | -13% |
| 450В� 820 мкФ | φ35x45L | φ35x50L | -10% |
[Рисунок 3] Алюминиевые электролитические конденсаторы серии LGM с зажимными клеммами
■Алюминиевые электролитические конденсаторы с винтовыми клеммами серии LNU
Серия LNU представляет собой алюминиевые электролитические конденсаторы с винтовыми клеммами меньшего размера, выдерживающие высокое напряжение и срок службы 5000 часов при температуре 105°C. Основные характеристики продукта включают использование электролитической фольги с высоким сопротивлением напряжению, электролита с повышенной способностью восстанавливать оксиды при высоких напряжениях для обеспечения лучшей долговременной стабильности и низкой плотности при высоком выдерживаемом напряжении, а также улучшенную структуру рассеивания тепла. . По сравнению с серией LNT серия LNU обеспечивает более высокое выдерживаемое напряжение (номинальное напряжение: 525 В) и более длительный срок службы (гарантированный до 5000 часов). В то же время, эта серия примерно на 20–30 % меньше, чем другие продукты с номинальным напряжением 500 В, что способствует созданию более компактного и легкого оборудования. Серия LNU может использоваться для высокоскоростной зарядки и разрядки промышленного оборудования, где нагрузки значительно различаются. Серия LNU также идеально подходит для использования в таких приложениях, как серводвигатели переменного тока, которые характеризуются быстрой зарядкой и разрядкой за короткие промежутки времени.
Предлагая более высокое номинальное напряжение, чем стандартные продукты, серия LNU хорошо подходит для использования в источниках питания с фильтрацией/сглаживанием в регионах, где плохое напряжение питания приводит к колебаниям входного напряжения. Чтобы удовлетворить более высокие требования к напряжению системы, несколько алюминиевых электролитических конденсаторов можно соединить последовательно для оптимизации схемы.
[Рисунок 4] Алюминиевые электролитические конденсаторы с винтовыми клеммами серии LNU
NICHICON предлагает широкий ассортимент алюминиевых электролитических конденсаторов с различными характеристиками для удовлетворения требований наших клиентов. NICHICON будет разрабатывать новые и индивидуальные продукты, отвечающие самым строгим требованиям.
Электролитические конденсаторы являются важным компонентом источников питания переменного/постоянного тока, обеспечивая высокую емкость x напряжение (CV) и низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в небольших корпусах, чего просто невозможно достичь с минимальными затратами при использовании альтернативных компонентов. С ростом требований к плотности мощности и в качестве единственного механизма износа компонентов в изделии электролитические конденсаторы, используемые в конструкции, определяют срок службы источника питания и, следовательно, либо срок службы, либо интервал обслуживания, если оборудование обслуживается. конечное приложение.
Чтобы определить срок службы источника питания, важно понимать, какая часть общей конструкции имеет наименьший срок службы, что зависит от топологии и приложенного пульсирующего тока, компоновки конструкции, срока службы конструкции конденсатора, номинальной температуры конденсатора и локальных эффектов нагрева. варьируется от одного продукта к другому и может меняться в зависимости от низкого и высокого входного потока линии.
Нередко внешние нагревательные эффекты перевешивают внутренние, особенно в современных все более компактных конструкциях. Фактический срок службы также зависит от повышения температуры при установке в приложении и профиля задач конечного оборудования, определяющего среднюю рабочую температуру в течение срока службы оборудования, количество часов использования в день и т. д.
Как описано выше, существует ряд ключевых факторов, определяющих ожидаемый срок службы электролитических конденсаторов, используемых в источнике питания. расчетный срок службы при номинальной температуре, локальные эффекты нагрева, температурное снижение, а также величина и частота приложенных пульсирующих токов.
Расчетный срок службы при номинальной температуре
Производители электролитических конденсаторов указывают расчетный срок службы при максимальной номинальной температуре окружающей среды, обычно 105⁰C. Этот расчетный срок службы может варьироваться от одной-двух тысяч часов до десяти тысяч часов и более. Чем дольше проектный срок службы, тем дольше прослужит компонент в данном приложении и температуре окружающей среды.
Производители также предоставляют расчеты для определения срока службы. Они основаны на уравнении Аррениуса для зависимости скорости реакции от температуры, которое определяет, что скорость реакции удваивается при повышении температуры на каждые 10⁰C. Иными словами, срок службы удваивается при снижении температуры на каждые 10⁰C, а это означает, что конденсатор, рассчитанный на 5000 часов при 105⁰C, будет иметь срок службы 10 000 часов при 95⁰C и 20 000 часов при 85⁰C.
Основное уравнение представлено на рис. 1. Кривая на рис. 2 отображает зависимость срока службы от температуры окружающей среды.
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Рис. 1. Уравнение Аррениуса
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Рис. 2. Срок службы в зависимости от температуры окружающей среды
Приложенный пульсирующий ток и рабочая частота
Помимо температуры окружающей среды и локального нагрева, применение пульсирующих токов дополнительно нагревает сердечник конденсатора и обычно учитывается в уравнениях срока службы производителя.
Пульсирующие токи генерируются процессами переключения и выпрямления как на входном, так и на выходном каскадах источника питания, вызывая рассеивание мощности внутри электролитического конденсатора. Величина и частота этих пульсирующих токов зависят от топологии, принятой в конструкции активной коррекции коэффициента мощности (PFC), где она используется, и силового каскада основного преобразователя, и они варьируются от конструкции к конструкции.
Мощность, рассеиваемая в конденсаторе, определяется среднеквадратичным значением пульсаций тока и ESR конденсатора на применяемой частоте. Повышение температуры в сердцевине компонента определяется рассеиваемой мощностью, коэффициентом излучения корпуса компонента и коэффициентом перепада температур или наклоном от сердцевины к корпусу, как это определено производителем компонента.
Максимальный пульсирующий ток, который может подаваться на конденсатор, обычно указывается при максимальной температуре окружающей среды и частоте 100/120 Гц. Коэффициенты умножения могут применяться в зависимости от температуры окружающей среды при фактическом использовании и частоты подаваемого пульсирующего тока, при этом ESR уменьшается по мере увеличения частоты.
Срок службы блока питания
Все эти факторы учитываются разработчиком блока питания, и производители блоков питания применяют правила снижения номинальных характеристик конструкции, чтобы обеспечить достаточный срок службы продукта.
Эти правила снижения номинальных характеристик не учитывают профиль миссии, окружающую среду, ориентацию установки, расположение, окружающее пространство, приложенную нагрузку и системы охлаждения/вентиляции после установки в конечное оборудование. Срок службы конденсатора, особенно в условиях конвекции или естественного охлаждения, следует переоценивать в зависимости от установки.
Очевидно, что измерение приложенных пульсирующих токов нецелесообразно, но, учитывая, что все факторы в общем оборудовании и конструкции источника питания влияют на эффективную рабочую температуру компонента, можно определить хороший показатель срока службы каждого конденсатора. путем измерения температуры корпуса и применения уравнения Аррениуса и профиля задачи к базовому сроку службы, указанному производителем компонента.
Во многих технических описаниях источников питания, таких как серия XPs GCS, указаны ключевые компоненты, определяющие срок службы продукта, особенно те, которые требуют внешнего охлаждения, которое должно быть обеспечено конечным оборудованием, и те, которые предназначены для приложений с конвекционным охлаждением. Это должно помочь разработчику системы определить срок службы источника питания в конечном приложении.
На механическом чертеже на рис. 3 показаны компоненты, а кривые на рис. 4 и 5 показывают ожидаемый срок службы источника питания на основе температуры двух конденсаторов (C6 и C23).
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Рис. 3. Механический чертеж компонентов
Нажмите на изображение, чтобы увеличить
Рис. 4. Ожидаемый срок службы блока питания в зависимости от температуры конденсатора C6
Нажмите на изображение, чтобы увеличить Рис. 5. Ожидаемый срок службы блока питания в зависимости от температуры конденсатора C23 Закрытые блоки питания со встроенным охлаждающим вентилятором менее чувствительны к среде конечного применения при условии, что температура окружающей среды соответствует спецификации и имеется достаточное пространство для охлаждения.
Читайте также: