Израчунавање животног циклуса електролитичких кондензатора са де-оцењивањем

Емисија Светотајинско богословље: Света Тајна брака - Брачне сметње (двадесета емисија) (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Израчунавање животног циклуса електролитичких кондензатора са де-оцењивањем


Можда сте чули да су електролитички кондензатори лоши избор. Али колико је од тога лошег рапа заиста заслужено? Давид Виллиамс наводи да електролитички кондензатори заслужују још једну шансу.

Алуминијумски електролитички кондензатори имају репутацију да имају кратак животни век и непоуздан. Део те репутације је због скандала у столу од 16 година која је украдена електролита - али део тога је зато што стварно не трају дуго као и друге врсте кондензатора. Али да ли су стварно толико гори?

Скандалозна репутација

Почетком 2000-их, алуминијумски електролитички кондензатори (Ал е-капци) су пропадали далеко вишом брзином од очекиваног, феноменом који је уобичајено и драматично познат као кондензаторска куга. Узрок је откривен на занимљивој причи о индустријској шпијунажу где је украдена формула за електролитско отклањање кондензатора, а потом се погрешно употребљала. Резултат је био милиони лоших кондензатора који се завршавају у свим врстама електронских уређаја.

Ова прича је сигурно дала Ал е-цапсу лошу репутацију као непоуздане делове, а овај углед додатно је побољшан чињеницом да чак и правилно произведени Ал е-капци имају релативно кратак животни вијек у односу на филмске кондензаторе (који такође могу имати високу капацитуру и високе напонске вредности као што су Ал е-капице).

На примјер, ККСГ фамилија Ал е-капсула из Унитед Цхеми-Цона (која укључује кондензаторе капацитета од 6, 8μФ до 330μФ и напонске вриједности од 160В-450В ДЦ ) има оцијењени животни вијек од 8, 000 до 10, 000 сати док ЕПЦОС Б32798 Породица филмских кондензатора (која укључује кондензаторе капацитета од 18μФ до 75μФ и напонске вредности од 250В-400ВДЦ) има оцијењени животни вијек од 60, 000 сати.

Слика 1. Издужени електролитички кондензатори који нису успели или ће скоро пропасти. Имаге цоуртеси оф Смиал (овн ворк) (ЦЦ БИ-СА 2.0)

Чини се да је репутација Ал е-капака као непоузданих уређаја у ствари оправдана. Али да ли је то заправо случај?

Процена животног циклуса компоненти

Да би правилно проценили животни век компоненте, потребно је више него само гледати на процијењени животни вијек. Ефекат напона (топлота, струја, напон) који ће уређај проћи током рада такође треба укључити у анализу. Испоставља се да је процењени животни век типично дат за случај прилично високог стреса.

Уколико се уређај користи на нижој температури, напону или струји, процењени животни век може да се процени. Ова де-рангирање подразумева поновну израчунавање животног века заснованог на стварној радној температури, напону и струји, а често је скраћени животни век трајања много пута дужи од назначеног животног века.

Произвођачи кондензатора ће обично пружати калкулације или графиконе за де-рејтинге на основу њихових истраживања и тестирања на терену. Често се ове калкулације не налазе у листи података компоненти, већ се уместо тога налазе у посебном документу о карактеристикама кондензатора (разлог је то што вероватно има превише додатних информација које треба укључити у листу података).

Дефинисање кварова "неуспех"

Прва ствар коју треба одредити од произвођача је начин дефинисања неуспјелог кондензатора. Неуспјех се обично не дефинише као "више не ради" - обично се дефинише као одређена процентуална промјена карактеристика кондензатора. Ова дефиниција је важна за знање тако да се може направити одговарајуће поређење између кондензатора.

На пример, Висхаи користи стандардни ЦЕЦЦ 30301 за своје ал е-капице, који дефинише крај живота као када се капацитивност мења за 30%, фактор дисипације се мења на више од три пута од горње границе или ако је импеданција више више од три пута од наведеног лимита. У међувремену, ТДК дефинише крај животног века за њихове кондензаторе серије Б32798 када се капацитивност промијени за 10%, фактор дисипације се мења на више од четири пута горњу границу или ако изолациони отпор пада испод 1500МΩ.

Илустрација 2. Непорачени кондензатор не изгледа увек овако. Имаге цоуртеси оф Фризб99 (сопствени рад) (ЦЦ БИ-СА 3.0)

Дефинисање кондензатора "Де-Ратинг"

Друга ствар коју треба одредити од произвођача је начин на који одступа очекивани век компоненте. Уопштено говорећи, кондензатори (и многи други уређаји) могу се процијенити на сљедећи начин:

$$ лифе_ {ацтуал} = лифе_ {басе} \ тимес температуреФацтор \ тимес напонФацтор \ тимес цуррентФацтор $$

  • $$ лифе_ {ацтуал} $$ је животни век на радној температури, напону и струји.
  • $$ лифе_ {басе} $$ је животни век при номиналној температури, напону и струји
  • $$ температуреФацтор $$: За обе е-капице и филмске кондензаторе, смањење температуре од 10 о Ц доводи до удвостручавања очекиваног трајања живота. Дакле, фактор температуре је $$ 2 ^ {0.1 (Т_м-Т_ц)} $$. Где је Тм номинални темп и Тц је радни темп.
  • $$ волтагеФацтор $$ је одступање због радног напона који је мањи од максималног номиналног напона. Према Унитед Цхеми-Цон, напон има далеко мање ефекта од температуре на животном веку Ал е-капке (осим ако напон прелази номинални максимум)
  • $$ цуррентФацтор $$ је смањење због радне струје која је нижа од максималне номиналне струје. Струја има значајније дејство на Ал е-капице од филмских кондензатора због њихове вишег еквивалентног серијског отпора (ЕСР). Губитак снаге због ЕСР-а ће бити једнак $$ {{{{цап} ^ {2}} Р_ {ЕСР} $$ и све ово губитак снаге доводи до самог загријавања, што ће утицати на животни вијек.

Примена прорачуна животног века: пример избора кондензатора

Наоружана овом једначином за де-рејтинг и факторима за де-рејтинг, могуће је направити одговарајуће животно поређење између кондензатора. Да бисмо илустровали поређење, погледајте конкретан пример.

Претпоставимо да дизајнирамо претварач АЦ-ДЦ за систем пуњења батерије. Овај систем батерија ради на 400В ДЦ и утврдили смо да нам треба кондензатор од 300μФ за филтер претварача. После неких истраживања да пронађемо компоненте које задовољавају ове напонске и капацитивне захтеве и такође имају најбољу комбинацију величине и трошкова, пронађемо два могућа решења.

Могли бисмо користити три 100μФ Ал е-капице од Унитед Цхеми-Цон (број дела ЕККСГ451ЕЛЛ101ММ40С) или четири 75μФ филмских кондензатора из ЕПЦОС-а (број дела Б32798Г2756К). Компромис између ова два избора је да ће Ал е-цапс коштати око 10 долара, али имају номинални вијек трајања од 10.000 сати, док ће кондензатори за филм коштати око 120 долара, али имају номинални вијек од 60.000 сати.

Ако нам треба овај пуњач батерије траје најмање четири године, чини се да ћемо морати одабрати далеко скупљу опцију.

Де-оцењивање спашавања

Али чекај! Не морамо користити овај процијењени животни вијек, јер ће овај систем радити испод номиналне температуре и напона уређаја. То значи да можемо одступити животни вијек и завршити са дужи век трајања на радној температури и напону него процијењени вијек трајања.

Још једном, израчунавање де-рејтинга за животни вијек је

$$ лифе_ {ацтуал} = лифе_ {басе} \ тимес температуреФацтор \ тимес напонФацтор \ тимес цуррентФацтор $$

За једноставност, претпоставимо да је фактор напона и тренутни фактор оба 1 (оба су вероватно више од 1) и само одступање засновано на температури. Ако стварни процењени животни период и даље није довољно дуг, можемо одредити који су стварни напонски и тренутни фактори да пруже још прецизнији очекивани животни век.

Оба кондензатора имају температурни опсег од 105 о Ц, па ако се радна температура процењује на 75 о Ц (која је висока за овај систем), постоји разлика између 30 и Ц између номиналне и радне температуре.

Ова разлика од 30 о Ц резултира у три удвостручења очекиваног животног века током номиналног животног века. Другим речима, стварни очекивани животни век ће бити $$ 2 ^ 3 = 8 $$ пута већи од назначеног животног века. За Ал е-капицу то значи да ће очекивани животни вијек бити 80.000 сати, што је нешто више од 9 година непрекидног рада.

Закључак

Ал е-капе имају репутацију непоузданих делова са кратким животним веком. Ова репутација је оправдана ако гледате само процењени животни век, али услови рада често су много повољнији од оцењених услова.

Ови бољи услови значе да се процена животног века заправо може повећати (де-оцењено). Са правилном селекцијом компоненти (обраћајући пажњу на номиналну температуру, напон и струју), могуће је одабрати компоненте које имају стварни животни вијек које су много веће од њихових животних вијека. Ова де-рангирање животног века може нам омогућити да пронађемо Ал-е-капке који могу испунити захтјеве о животном вијеку за већину система.