Elektrolit kondenzátorok hibái kapcsoló üzemű tápegységekben

Sziasztok !

Némi belevau részemről is : mivel én járműelektronikával foglalkozom ,háztartási elektronikával ritkán - csak rokonnak\ismerősnek - ,ezért az ott látottakat szeretném megosztani veletek.
Ezen a területen jól megfigyelhető ,hogy a tervezők hogyan játszanak a kondik ,illetve az egész elektronika élettartamával. Primer biztonsági berendezésekben ,illetve vezérlőkben ( pl.: ECU ,légzsákindító ) igen magas minőségű kondenzátorokat alkalmaznak ,legyen szó elkóról ,akár tantálról. A maximális feszülségük 35-50V ,a maximális fedélzeti fesz. 15V ,tehát a kondenzátorokat a feszültségtűrésük felére se veszik igénybe . Itt a kondenzátorhiba viszonylag ritka dolog ,általában az SMD szűrők szoktak tönkremenni . A kondiknál általában a legtöbb baj a rossz forrasztással van ,mivel a legtöbb esetben nagyon kevés ónt használnak ( ez még a nem ROHS világ ).
Nem létfontosságú elektronikákban már igen gyakran előfordul ,hogy előveszik a klasszik csendes gyilkost ,a meleget. Ilyen helyeken gyakran előfordul ,hogy majdnem a maximális hőtűrésre és feszültségtűrésre méretezik a kondenzátorokat.
Néha a kezembe kerül "szakemberek" által már javított ,esetleg javítani próbált vezérlő. Elég vicces ,amikor a csúcsminőségű kondik mellett ott mosolyog egy átlagos ,1000 órás darab.

Sziasztok!
Az alant felsorolt egész okoskodás nagyrészt teljesen felesleges. A consum elektronikákba rakott elkók maximális üzemideje 1000 üzemóra. Na már most. az igencsak nem tisztelt tervező mérnök urak a szerencsétlen elkókat szinte mindig a maximális feszültségtűrésük 80-90%-ig igénybe veszik. Ráadásul direkt valami jó kis melegedő helyre tervezik. Ebből következik, hogy az a 1000 üzemóra bizony igencsak maximális időtartam.

Ha egy tévét naponta csak 3 órán át üzemeltetnek, akkor 1 röpke év alatt össze is jön a kondik maximális élettartamra vonatkozó üzemóra.
Ezek után bárki bármilyen csoda kütyüvel méricskélheti őket, attól még azok ugyanúgy elhasználtak és/vagy rosszak lesznek.. Csodák nincsenek csak tervezési filozófia!

Ja még egy dolog!
Ha kapcsolóüzemű tápban 12 voltot kívánnak előállítani, akkor mekkora is ott az az impulzus a trafón a dióda előtt? És miből is gndolják azok a tervező mérnök urak, hogy az az impulzus nem megy át a diódán? Hanem a diódán csak 12 volt megy át?

Haló.

Egy pompás példa a "jól sikerült" beépített élettartamra. Valami nagytudású kolega 10V-os elkókat rakott a 12V-os tápra.. Ha valaki magára ismer szégyenlje magát (Baranya).

Sziasztók !Ugy húsz évvel ezelöt ismerkedtem a váltóáramú (100KHz)soros vesztességi ellenálás teszterel az (20mv)áramkörben.Miután az elko gyártok feltüntették a katalogusban ezt a vesztességi értéket(100KHz-en)ugy ESR méröre változott az elnevezése.Az akkori kapcsló tápokban nagyon sokat segitett munkámban a hibás elkok felderitésében ,100KHz-es méröfrekvencia felülmulta az akkori alkalmazott kapcsoló frekvenciákat(25-40KHz).Mivel ennek a soros vesztességi ellenálásnak induktiv jelege a számottevöbb ugy ez az érték a frekvenciával nö.Ma már nem újdonság (DC/DC) a 2MHz-es kapcsolófrekvencia,a 100KHz-es ESR mérés csak irányadó, már nem évényes magasabb kapcsoló frekvenkciákra.A táp gyártok több elkot alkalmaznak párhuzamosan téve, igy csökentik a soros vesztességet a megnövekedet kapcsoló frekvencia miatt,vagy más tipusú (száraz )kondenzátorokat alkalmaznak.A több párhuzamos elkon egyutal a hömérsékletett is megosztják ,csökentve az egy elkora esö höt.A hömérséklet az elko (elektrolit)legnagyobb ellensége. Olyat hogy egy hibás elko helyre jöjön forrasztásra ,én még nem találkoztam.De olyan esetel hogy átforrasztás után müködött a táp, igen találkoztam,az elko kivezetése körül kialakult szemel nem mindég látható oxid réteg volt (ez a soros vesztességi ellenáláshóz hozzá adódik)a hibaforrás és nem az elko.A hömérséklet megoszlását a nyákon ma hömérsékletre érzékeny kamerával vizsgálják ,igy a tulmelegedö pl.elkokat (alkatrészeket) egyszrüen meg lehet állapitani,pl.nincs szükség az összes elkok cseréjére ha ESR értéke jó és nem melegszik.A jó hömegosztás a nyákon a jó elkok hosszú életének titka.Szükebb körben egy IR hömérö is megfelel,én ilyen inflavörös höméröt alkalmazok amely 5-20mm-röl méri pl.az elkok hömérsékletét .Melegedö elkokat ha jók is (ESR)több kissebb értékü párhuzamos elkokra cserélem.üdv.Jóska

Szia!

Ha az elkó csere nem segít, akkor ott más hiba is van. Ez lehet az elkó hibájának következménye, de attól független is.

Alapvetően ha csak az ESR nő meg (ami sterilen ritkán jelentkezik) akkor a párhuzamosan kapcsolt elkóval elhárítható a hiba. De a megnövekedett ESR hatására több járulékos probléma is fellép. Egyrészt a kondi kapacitása lecsökken, másrészt ha már gázosodik is, akkor mindenféle átvezetések is létrejöhetnek, amelyek hő, feszültség és áram függőek. Gondolom találkoztál már olyan kondival ami szinte diódaként viselkedett, vagy két irányba két különböző átvezetést mutatott. Olyannal is találkoztam amely pár voltos feszültségnél hibátlannak tűnt, de bizonyos feszültség felett átvezetett. Nos ilyenkor valóban nem segít a párhuzamos elkó, mert a kialakult sönt ottmarad.

Azért érdemes egyszerre több elkót cserélni, mert mind azonos korú és azonos körülmények közt (üzemóra, hőmérséklet, ki-be kapcsolás, stb.) működött és vélhetően hasonló állapotban vannak. Lehet, hogy csak az egyik púpos, vagy csak az ESR-je nőtt meg, de rövid időn belül a többi is hasonló sorsra jut.

A gagyi és a márkás elkókat csak akkor szabad összehasonlítani, ha azonos kategóriába esnek. A Japán elkók valóban jók, de igen nagy a választék. Egy Japán univerzális elkó nem veszi fel a versenyt egy gagyi Low-ESR elkóval. Nem való nagy áramú kapcsoló üzemű tápba. A fő probléma a miniatürizálásban keresendő. Ha megnézel egy 20 éves elkót meg egy mai azonos értékűt szembetűnő a méretkülönbség. Nyilván a nagyobb vastagabb fegyverzettel és dielektrikummal, valamint több elektrolittal rendelkezik. Ezért bírják tovább. Ha megnézed a Japán gyártók kínálatát láthatod, hogy bizony a long-life elkók nem kicsik. A miniatűr elkók élettartama csak töredéke a long-life elkónak. Ezért én azt gondolom, hogy igazán rossz vagy jó elkó nincs, csak rosszul megválasztott. Az viszont nem az elkó hibája. Igaz, hogy az olcsó kondik közt sok a hibás, de ez már egy más kérdés.

Az ESR és a "ripple current" két egymástól teljesen független paraméter.
Az ESR a kondenzátor (nem csak elkó) soros váltakozóáramú ellenállása. Ez a lábak ellenállásából, a fegyverzet és a ponthegesztés valamint a veszteségből adódik. Ez tisztán Ohm-os jellegű. Valóban frekvencia és hő függő. Az ESR hozzáadódik a kondenzátor reaktanciájához (képzetes ellenállás = 1/(ωC)) és rontja a jóságát, gyakorlatilag korlátozza az áramot. Ezért minél kisebb annál jobban közelít az ideálishoz A ripple current (továbbiakban rc) megmutatja, hogy mekkora impulzus áramot visel el károsodás nélkül. Elvileg minél kisebb az ESR annál nagyobb lehet az rc. De a maximális rc függ attól, hogy mekkora áramsűrűséget visel el a két kivezetés, a ponthegesztés, a fegyverzet, stb. Egy Low-ESR elkónak is lehet kicsi az rc határértéke és egy nagy ESR-el rendelkező elkónak is lehet nagy rc-je. (Az más kérdés, hogy nagy áram esetén erősen melegszik). Szóval az ESR és az rc paramétereket együtt kell kezelni. Kis áramú tápokban az ESR a fontos, nagy áramúakban viszont inkább az rc határérték (persze alacsony ESR melett).
És még egy apróság. A kondenzátor impedanciája alacsony frekvencián az ESR és a reaktanciák vektoriális összege. Komplex számokkal kifejezve: Z=ESR-j/(ωC)+jωL. A kondenzátorunk akkor ideális, ha az ESR=0 és az L=0. Az induktivitása (L) a feltekert fegyverzetekből adódik. Ezért alkalmazzák azt a trükköt, hogy a fegyverzet magasabb és keskenyebb, így kevesebb a menetszám, viszont magasabb az elkó.

Fontos megjegyezni, hogy a leírtak csak alacsony frekvencián igazak. Rádiófrekvencián, főleg mikrohullámon teljesen másképp kell gondolkozni. Igaz, ott már nyoma sincs elkónak :)

Üdv.

Sziasztok!

Érdekes olvasgatni a hozzászólásokat.
A dolog egyszerű is, meg nem is, de kicsit furcsállom, hogy a kondenzátor mint olyan, néhány hozzászólónál kimerül a kapacitásban, és az ESR-ben.
Az ESR a kondenzátor váltóáramú IMPEDANCIÁJA, (nem ellenállása) tehát hőmérséklet,és frekvenciafüggő.
Ezenkívül még rengeteg fontos paraméter nem került szóba,(D, Q paraméterek) de mivel tápegységgel kapcsolatosan megy az eszmecsere,elég lényeges Ripple current, amiről eddig szó sem esett.
Tehát nagyáramú tápokba a jó kondi alacsony ESR értékkel, magas Ripple Current-tel rendelkezzen, a gyors töltés-kisütés,és az alacsony veszteség miatt.
Tehát a gagyi kondik nagy része nem alkalmas a célra.(G-luxon, Yageo,Samwa stb cuccok semmire sem valók)
A normális kondik a Japán vonalnál kezdődnek, Rubicon, stb, de a tapasztalataim alapján a Nippon-Chemicon, mindig jó és megbizható minőséget hoz.
Lehetne folytatni persze napestig, de annyi jó szakirodalom van a témáról, Magyar nyelven is, hogy felesleges lenne, elég pár klikk a keresőbe...

Üdv! Luki

Sziasztok !

Amit a nagybecsű kollégák előző HSZ-ekben leíírtak, az mind okos hozzászólás és helyénvaló !
2 dolgot mondanék csak: Ha sikerül beszerezned LCM3 kondi és ESR mérőt, ( már nagyon nehéz és drága, olvass utána fórumokban ! ) az újabb szoftweres változat tud kiforrasztás nélkül is mérni ESR-t és kapacitást ! Állítólag, de nekem nem ez van és nincs is tapasztalatom !
Másik: kövezzetek meg nyugodtan kedves kollégák, de én azt mondom több éves tapasztalat után, hogy jó dolog ez a LOW ESR kondi téma, de mindenki tudja, a kondikat igazából a melegedés nyírja ki leghamarabb. És a LOW ESR kondik fokozottan érzékenyek a melegedésre ! Rengeteg tápot javítok, ez a szakterületem, de én alapból ha kondit cserélek, 105 fokos hagyományost teszek be. Nem LOW ESR-est. Sok év tapasztalata, hogy tovább működnek. Hangsúlyozom, TÁPOKBAN !!!!

Üdv: Taurus66

Szia!

Te feltételezed, hogy a hibát csak a kondenzátor hibája okozza! Egy jól tervezett tápegységnél igaz is lenne, de ezeket olcsóra tervezik. Ezért kimaradnak azok az áramkörök amik megvédenék a tápegységet. Mi is történik ha kimeneten tönkremegy egy kondenzátor? Megnövekszik a kimeneti egyenfeszültség váltóáramú összetevöje (brumm ha úgy tetszik). A szabályozó áramkört ez a brumm elkezdi rángatni, ami a kapcsoló eszközön és magán a hibás kondenzátoron (illetve az alkatrészeken általában) plusz terhelést jelent, ami melegedést jelent. Ez a meleg tovább rontja a kondenzátort ami fokozza a szabályzó beavatkozását ami tovább növeli a melegedést. Jó esetben jön a védelem és leállítja az egészet. Kicseréled a kondit és örülsz. De ha nem állítja le a védelem két dolog történhet vagy valamelyik alkatrész megunja a meleget besadja kulcsot, vagy felszakad a szabályzókör és megfut a tápegység és visz mindent magával.

Üdv,
Oszi

Üdv

Nem olyan bonyolult ez. Azért nem javult meg a táp kondicserével és, vagy mellérakott kondival, mert más hibája is van. Mellékeltem két mérési eredményt, mindkettő egyforma bontott kondi, az egyik döglött, a másik még jó. A hibás kondi eredményén látszik, hogy igencsak megnőtt a soros induktivitása az ESR-el együtt, ráadásul a kapacitása is csökkent.

üdv: ESR értéket a kiforrasztott, kisütött kondenzátoron kell mérni!
Egyúttal a kapacitást és szivárgási áramot is meg kell mérni.
Nagyobb ESR érték mellett kisebb áram fog folyni a kondenzátoron, rosszabb lesz a szűrés.
Csere esetén az eredetivel azonos értékűre és típusúra(normál vagy Low-ESR, tervezésfüggő) kell cserélni, hogy az eredeti tervezett munkaponti állapotok helyreálljanak.

Ha normál elkó helyett LoW -ESR elkót teszel be, nem biztos, hogy jó megoldás, többször előfordult, hogy úgy sem indult a táp.Fordítva pedig igen nagy valószínűséggel nem működik.
Mivel transzformátorról van szó, a szekunder oldali impedancia visszatranszformálódik a primerre, az ott beállított értékeket megváltoztatja.

Az összes elko cseréje:
Azért javasolt, mert ha egy tönkremegy, akkor hamarosan a többi is követi. A tápok manapság igen kicentizve készülnek, a többi elkó még éppen működik, de eléggé elhasználódott, ez pedig mihamarabb újabb hibát okozhat.

Raktározott elkókat beépítés előtt formázni, frissíteni kell.(gyártói előírás)
Ez abból áll, hogy közel határfeszültségre feltöltöd, egy -két perc után 10-100 Ohmon keresztül kisütöd. Ezt 3-4-szer megismétled.
A nagy kapacitású elkók ezt meghálálják.

Elkók párhuzamos kapcsolása:
Ha megfigyeled, két elkó belső ellenállása mindíg kisebb, mint egy kétszeres értékűé, azonkívül nagyobb áramot bírnak el, valamint jobb a hűlésük.

Tápegységben nem szerencsés két vagy három különböző értékű/feszültségű elkót párhuzamosan kapcsolni, mert köztük köráram folyik, ami feleslegesen igénybe veszi.
Én ilyenkor mindkét(három) elkót azonosra cserélem

Bálint

Szia!
A Rádiotechnika egyik újságjában volt egy gyors ellenőrzésre alkalmas ESR mérő. Inkább indikátor, mert LED-ek voltak a jó és rossz érték vallatására. Talán potméterrel kellett küszöbértéket állítani a sorozatméréshez.
Ebben a cikkben olvastam, hogy a frissen kiforrasztott kondiban felforr az elektrolit, és jó értéket mutat. Ezért javasolja inkább a cserét, mint a méregetést.
Az ötlet - de még én sem alkalmaztam - hogy a gyanusnak itélt kondi lábait átmelegítve egyenként meg lehet csípni azt az egy rosszat... ha az a baj.
Ettől még a fizikai okát nem tudom, de lehet szerencsém.

üdv.
Tropfehérke