Электролитический конденсатор

Как проверить электролитический конденсатор и какие инструменты использовать?

Электролитический конденсатор — наименее надежная радиодеталь, именно в нем чаще всего кроется причина неработоспособности электроприбора.

Иногда неисправное состояние данного элемента определяется визуально, но чаще приходится применять специальные методы.

Далее расскажем, как проверить электролитический конденсатор.

Особенности электролитических конденсаторов

В данном элементе роль одной из обкладок играет электролит. Последний бывает двух типов:

  1. жидкий: обычно растворенная в воде смесь этиленгликоля, борной кислоты и борнокислого аммония;
  2. твердый: вязкая смесь из различных компонентов.

Диэлектриком служит оксидная пленка на поверхности металлической обкладки, образующаяся под влиянием электролита.

Недостаток электролитических конденсаторов — полярность: металлическая обкладка выступает только анодом (подключается к плюсу), электролит — катодом (к минусу).

При обратной полярности оксидная пленка разрушается и в конденсаторе возникает проводимость между обкладками, что провоцирует вскипание электролита с последующим взрывом корпуса.

Обратите внимание

Эту особенность учитывают при проверке.

Существуют составные электролитические конденсаторы, в которых встречно — последовательно соединены два простых неполярных элемента.

Как проверить конденсатор

Иногда неисправность электролитического конденсатора выявляется без проверки — по вздутию или разрыву верхней крышки. Она намеренно ослаблена крестообразной просечкой и работает как предохранительный клапан, разрываясь при незначительном давлении. Без этого выделяющиеся из электролита газы разрывали бы корпус конденсатора с разбрызгиванием всего содержимого.

Но нарушения могут и не проявляться внешне. Вот какими они бывают:

  1. Из-за химических изменений снизилась емкость элемента. Например, конденсаторы с жидким электролитом высыхают, особенно при высокой температуре. Из-за этой особенности для них существуют ограничения по температуре эксплуатации (допустимый диапазон указан на корпусе).
  2. Произошел обрыв вывода.
  3. Появилась проводимость между обкладками (пробой). Собственно, она существует и в исправном состоянии — это так называемый ток утечки. Но при пробое эта величина из мизерной превращается в значительную.
  4. Снизилось максимально допустимое напряжение (обратимый пробой). Для каждого конденсатора существует критическое напряжение, вызывающее замыкание между обкладками. Оно указывается на корпусе. В случае снижения этого параметра элемент при проверке ведет себя, как исправный, потому что тестеры подают низкое напряжение, но в схеме — как пробитый.

Самый примитивный способ проверки конденсатора — на искру. Элемент заряжают, затем замыкают выводы металлическим инструментом с изолированной ручкой. На руки при этом желательно одеть резиновые перчатки. Исправный элемент разряжается с образованием искры и характерного треска, нерабочий — вяло и незаметно.

У данного способа два недостатка:

  1. опасность электротравмы;
  2. неопределенность: даже при наличии искры невозможно понять, соответствует ли фактическая емкость радиодетали номинальной.

Более информативна проверка с применением тестера. Лучше всего использовать специальный — LC-метр. Он предназначен для замера емкости, причем рассчитан на широкий диапазон. Но многое о состоянии конденсатора расскажет и обычный мультиметр.

Проверка мультиметром

Перед проверкой, конденсатор во избежание порчи мультиметра, необходимо разрядить. Низковольтные разряжают коротким замыканием выводов, высоковольтные — через резистор на 10 кОм, удерживаемый инструментом с изолированными ручками. Конденсаторы на платах разряжают дважды: до и после выпаивания.

Способ проверки зависит от типа мультиметра.

Прибор с функцией измерения емкости

На панели настроек у таких моделей имеется сектор «CX». Диапазон измерений меньше, чем у LC-метра (до 200 мкФ), но для самых распространенных элементов его достаточно.

Проверка выполняется просто:

  • переключатель мультиметра устанавливается в сектор «CX» на позицию с числовым значением, ближайшим большим по отношению к ожидаемой емкости;
  • выводы конденсатора подносятся к контактным площадкам в секторе «CX» либо их касаются щупами, вставленными в гнезда с такой же пометкой (в зависимости от модели);
  • на дисплее отобразится емкость.

Результаты проверки

Электролитические конденсаторы чувствительны к полярности. Гнезда «CX» и контактные площадки помечены значками «+» и «-». Отрицательный вывод конденсатора обозначается галочкой.

Приборы без функции измерения емкости

Такие модели используют в режиме омметра.

Порядок действий:

  • черный щуп включают в гнездо «COM» (отрицательный потенциал), красный — в «V/Ω» (положительный потенциал);
  • переключатель устанавливают в сектор «Ω» на позицию 2 МОм;
  • соблюдая полярность, касаются щупами выводов.

В режиме омметра мультиметр подает на щупы напряжение.

Оно заряжает конденсатор и сопротивление последнего, постепенно нарастает от мизерного до величины свыше 2 МОм или бесконечности (обозначается единицей на дисплее).

Рост сопротивления объективнее всего отражает аналоговый (стрелочный) тестер.

О неисправности свидетельствует такое поведение прибора, когда сопротивление:

  • сразу стало бесконечным: оборван вывод;
  • остановилось на отметке ниже 2 МОм: конденсатор пробит.

По времени, за которое сопротивление возрастает от минимума до максимума, путем сравнения с заведомо исправными конденсаторами, можно приблизительно определить емкость исследуемого.

Данный метод не подходит для проверки конденсаторов с малой емкостью — 20 мкФ и ниже. Они быстро заряжаются и даже у исправного элемента сопротивление практически сразу становится бесконечным.

Для проверки на обратимый пробой конденсатор подключают к лабораторному источнику постоянного тока с регулятором напряжения, последовательно с ним — мультиметр в режиме амперметра. Напряжение плавно увеличивают до максимально допустимого. Если в течение этого процесса тестер отобразит отличную от нуля силу тока, значит имеет место обратимый пробой.

Как проверить электролитический конденсатор не выпаивая

Проверка конденсатора на плате из-за влияния других компонентов схемы, дает неточный результат. К примеру, при наличии полупроводниковых элементов мультиметр вместо сопротивления конденсатора покажет сопротивление p-n перехода.

Сильно искажают показания обмотки трансформаторов и другие катушки индуктивности.

Для измерений применяют специальные приборы, использующие низкие напряжения. Это исключает повреждение других элементов. Для обычного мультиметра изготавливают приставку — схемы опубликованы в интернете.

Можно проверить радиодеталь следующим способом: параллельно ей впаивается заведомо исправный конденсатор с тем же номиналом. Если схема заработала, значит исследуемый элемент неработоспособен.

Чтобы проверить конденсатор, необязательно располагать специально предназначенным для этого прибором LC-метром. Пригодится и мультиметр. Главное не путать «плюс» с «минусом», если конденсатор электролитический.

Источник: https://proprovoda.ru/elektrooborudovanie/kak-proverit-elektroliticheskij-kondensator.html

Электролитический конденсатор, теория и примеры

Конденсаторы – это очень распространенный элемент радиоэлектронных схем. Они могут классифицироваться по разным показателям, в том числе, по виду диэлектрика. В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используют тонкую пленку оксида (чаще всего это окислы алюминия, тантала, ниобия).

Толщина ее составляет от м, что позволяет получить большую емкость конденсатора. Такая пленка характеризуется высокой электрической прочностью. Это важно, так напряженность электрического поля, которое создается в оксидной пленке довольно высокая и приближена к пределу теоретической прочности кристалла.

Оксидная пленка получается в результате электрохимической реакции.

В зависимости от вещества и состояния электролита конденсатор является жидкостным (электролит — жидкость), сухим (электролит – вязкая паста) или оксидно – полупроводниковым (оксидный слой покрыт слоем полупроводника). Жидкостные и сухие электролитические конденсаторы имеют свои достоинства.

Так, электролитические конденсаторы, имеющие в качестве диэлектрика жидкость, лучше охлаждаются, выдерживают большие нагрузки и могут восстанавливаться при пробое. Однако они имеют существенный ток утечки. Сухие электролитические конденсаторы обладают более простой конструкцией, чем жидкостные, несут меньшие потери при работе.

Сухие электролитические конденсаторы в настоящее время применяются чаще.

Электролитические конденсаторы обладают большими емкостями при относительно малых размерах и невысокой стоимости.

Однако у них есть и недостатки, такие как: невысокая надежность, небольшая точность и стабильность, существенные потери энергии, плохое сопротивление изоляции.

Они являются чувствительными к изменению температуры, так при увеличении температуры их емкость увеличивается. Электролитические конденсаторы сильно реагируют на перенапряжение, имеют рабочее напряжение (обычно) менее 500 В. Кроме того, конденсатор обладает полярностью и может снижать емкость со временем, так как электролит высыхает, оксидная пленка разрушается.

Важно

Электролитические конденсаторы используют в схемах с пульсирующим и постоянным напряжением. Часто электролитические конденсаторы имеют полярность.

При последовательном соединении двух электролитических конденсаторов, имеющих одинаковую емкость, причем плюс с плюсом (или минус с минусом), получают неполярный конденсатор, который можно применять в цепях переменного тока для короткого времени работы. При этом суммарная емкость уменьшается. Для того, чтобы получить неполярный электролитический конденсатор оксидную пленку наносят на обе обкладки.

Принципиальное устройство электролитического конденсатора

Чаще всего электролитический конденсатор состоит из двух пластин из металла (например, алюминия), размещенных в электролите. На одну из пластин наносят пленку из оксида – эта пластина становится одной обкладкой конденсатора (рис.1) (анодом). Вторая обкладка – это электролит. Данная металлическая пластина, которая не имеет пленки, осуществляет контакт с электролитом.

Рис. 1

Виды электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы в свою очередь разделяют на:

  1. полимерные;
  2. полимерные радиальные;
  3. стандартной конфигурации;
  4. миниатюрные;
  5. полярные и не полярные;
  6. низкоимпедансные и др.

Электролитические конденсаторы, имеющие в своем составе оксидную пленку, всегда являются полярными.

Предельное напряжение для них зависит от вещества, так для алюминиевых конденсаторов максимальное напряжение составляет около 600 В, танталовые конденсаторы выдерживают около 175 В.

Данный тип конденсаторов имеет существенный ток утечки (у алюминиевых конденсаторов около , у танталовых — ). Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкости от 2 до нескольких тысяч микро фарад и рабочие напряжения от 6В до 600 В.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/elektroliticheskij-kondensator/

Конденсатор Электролитический: много лучше чем один, или Массив Конденсаторов

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.

Читайте также:  Самая маленькая посудомоечная машина

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

    Источник: http://MyElectrons.ru/kondensator-elektroliticheskij-mnogo-luchshe-chem-odin-ili-massiv-kondensatorov/

    200 электролитических конденсаторов 15-ти разных типов

    • Магазины Китая
    • BANGGOOD.COM
    • Радиотовары
    • Пункт №18

    Внимание! Наконец-то, то что все давно ждали — на муське обзор конденсатора по п.18!!!
    Электролитический конденсатор — необходимая в хозяйстве радиолюбителя вещь.

    Часто оказывается, что нету под рукой столь нужной маленькой копеечной детальки — из-за такой ерунды приходится ехать в магазин. В целях избежать такой ситуации решил обзавестись такой коробочкой.

    Сама коробочка продается в этом магазине -http://www.banggood.

    com/10-15-24-36-Value-Electronic-Components-Storage-Assortment-Box-p-908310.html — стоит 2.2$ Так что наш восточный сосед насыпал нам кучку конденсаторов на 3$. Очень неплохая цена для 200 конденсаторов. В конце концов содержимое можно отдать (выкинуть, разобрать в познавательных целях, бусы сплести и т.

    д.) — а в коробочку в 15 ячеек что-то положить.

    Дошло все за 2 недели внезапно. Фото упаковки (в пленке была) Размеры:
    Есть вешалка на гвоздь 🙂 В коробке находятся 200 электролитических конденсатора таких номиналов: От транспортировки конденсаторы в коробочке почти не перемешались. Чтобы не путаться, я подписал номиналы (почему продавец так не делает сам — не понятно) Измерения конденсаторов проводил популярным тут тестером (версия в коробочке) Прибор измеряет емкость, ESR, Vloss. С емкостью более менее все понятно.

    Описание Vloss стырил отсюда — http://go-radio.ru/universalniy-tester-radiokomponentov.html:

    … он косвенно указывает на уровень утечки конденсатора. Как известно, реальный конденсатор имеет сопротивление диэлектрика между обкладками. Благодаря этому сопротивлению конденсатор медленно разряжается из-за, так называемого, тока утечки.

    Совет

    Так вот, при заряде конденсатора коротким импульсом тока напряжение на его обкладках достигает определённого уровня.

    Но, как только заряд конденсатора прекращается, напряжение на заряженном конденсаторе падает на очень небольшую величину.

    Разность между максимальным напряжением на конденсаторе и тем, что наблюдается после завершения заряда и выражают как Vloss. Чтобы было удобней, Vloss выражают в процентах.

    Т.е. если он меньше 5% значит все ок.

    Про ESR (ЭПС) — Equivalent series resistance(эквивалентное последовательное сопротивление) — тут можно почитать про параметр и способ измерения — http://go-radio.ru/esr-kondensatora.html. Определяют по таблице: Для маленьких емкостей до 5 Ом. Если сильно больше номинала таблицы — то такой кондер лучше выкинуть.

    Пациент №1

    0.1мкФ; 50В; 4х7 мм; 15 штук; Фирма NCK ESR должен быть 5. Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях.

    Пациент №2

    0.22 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang ESR должен быть 5. Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях.

    Пациент №3

    0.47 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang ESR должен быть 5.Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях.

    Пациент №4

    1 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang ESR по таблице должен быть 4.5. Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях

    Пациент №5

    2.2 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х10 мм; фирма Chang ESR по таблице должен быть 4.5 Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях

    Пациент №6

    3.3 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х10 мм; фирма Chang ESR по таблице должен быть 4.7 Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях

    Пациент №7

    4.7 мкФ; 50 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang ESR по таблице должен быть 3.0 Тут скорее всего прибор не умеет мерить нормально на маленьких емкостях

    Пациент №8

    10 мкФ; 25 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang
    ESR по таблице должен быть 5.3 Тут все ок с ESR

    Пациент №9

    22 мкФ; 25 В; 15 штук; 5х10 мм; фирма Chang Что-то судя по таблице пичально тут с ESR

    Пациент №10

    22 мкФ; 16 В; 15 штук; 5х11 мм; фирма Chang ESR по таблице должен быть 3.6 Тут с ESR все ок

    Пациент №11

    47 мкФ; 16 В; 10 штук; 5х10 мм; фирма Jackcon По таблице ESR должен быть около 1. Сами все видите.

    Пациент №12

    47 мкФ; 25 В; 10 штук; 5х10 мм; фирма Chang По таблице ESR должен быть 0.9. Все ок.

    Пациент №13

    100 мкФ; 25 В; 10 штук; 6х11 мм; фирма NJYTYB
    По таблице ESR должен быть 0.3. Сами видите.

    Пациент №14

    100 мкФ; 16 В; 10 штук; 6х11 мм; фирма хз
    По таблице ESR должен быть 0.7. Сами видите — более менее все ок.

    Пациент №15

    220 мкФ; 10 В; 10 штук; 5х12 мм; фирма Chang По таблице ESR должен быть 0.6. Сами видите — более менее все ок.

    Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта. Планирую купить +18 Добавить в избранное Обзор понравился +27 +43

    Источник: https://mysku.ru/blog/china-stores/40952.html

    Расчет срока службы электролитических конденсаторов

    Возможно, вы слышали, что электролитические конденсаторы – это не самый лучший выбор? Но насколько это утверждение верно? Давайте дадим электролитическим конденсаторам еще один шанс.

    Алюминиевые электролитические конденсаторы прославились коротким сроком службы и ненадежностью. Частично эта репутация связана с кражей формулы электролита пятнадцатилетней давности, но с другой стороны, они действительно служат не так долго, как другие типы конденсаторов. Но неужели они настолько плохи?

    Скандальная репутация

    В начале 2000-х годов алюминиевые электролитические конденсаторы терпели неудачи с гораздо более высокой скоростью, чем ожидалось, явление широко и драматично известное как конденсаторная чума.

    Причина была отслежена до интересной истории промышленного шпионажа, где формула электролита для конденсаторов была украдена, но затем использовалась неправильно.

    В результате миллионы плохих конденсаторов попали во всевозможные электронные устройства.

    Эта история, несомненно, придала алюминиевым электролитам плохую репутацию ненадежных компонентов, и эта дурная слава еще больше усиливалась из-за того, что даже правильно изготовленные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно короткий срок службы по сравнению с пленочными конденсаторами (которые также могут иметь высокую ёмкость и высоковольтные характеристики, такие как у алюминиевых электролитов).

    Например, семейство KXG алюминиевых электролитических конденсаторов от United Chemi-Con (которое включает в себя конденсаторы емкостью от 6,8 мкФ до 330 мкФ и напряжением от 160 В до 450 В) имеют заявленный срок службы от 8 000 до 10 000 часов, в то время как семейство EPCOS B32798 пленочных конденсаторов (которое включает в себя конденсаторы емкостью от 18 мкФ до 75 мкФ и напряжением от 250 В до 400 В) рассчитано на срок службы 60 000 часов.

    Рисунок 1 – Вздутие электролитических конденсаторов, которые уже вышли из строя или близки к этому

    Похоже, что репутация алюминиевых электролитов как ненадежных устройств на самом деле оправдана. Но действительно ли это так?

    Оценка срока службы компонентов

    Для правильной оценки продолжительности жизни компонента требуется больше, чем просто посмотреть на заявленный срок службы. Влияние воздействий (тепло, ток, напряжения), которые будет испытывать устройство во время работы, также должно быть включено в анализ. Оказывается, что номинальный срок службы обычно указывается для случаев при довольно сильном воздействии.

    Если устройство будет использоваться при более низких температурах, напряжении или токе, срок службы может быть пересчитан. Этот перерасчет учитывает реальные рабочие температуру, напряжение и ток, и часто, если эти параметры ниже номинальных, пересчитанный срок службы будет во много раз длиннее номинального срока службы.

    Производители конденсаторов, как правило, предоставляют расчеты и графики на основе своих исследований и полевых испытаний.

    Часто эти вычисления не включаются в техническое описание компонента, а вместо этого находятся в отдельном документе характеристик конденсатора (причина этого, вероятно, в том, что тогда в техническое описание пришлось бы включить слишком много дополнительной информации).

    Определение понятия «выход из строя» для конденсатора

    Первое, что нужно определить, как производитель определяет, что конденсатор вышел из строя. Выход из строя обычно не определяется как «больше не работает» – он обычно определяется как определенное процентное изменение характеристик конденсатора. Это определение важно знать, чтобы можно было провести между конденсаторами надлежащее сравнение.

    Например, Vishay для своих алюминиевых электролитов использует стандарт CECC 30301, который определяет конец срока службы, как момент, когда емкость снизилась на 30%, коэффициент рассеяния превышает более, чем в 3 раза, верхний предел, или импеданс более, чем в 3 раза, выше установленного предела. Между тем, TDK определяет конец срока службы своих пленочных конденсаторов серии B32798, как момент, когда емкость уменьшилась на 10%, коэффициент рассеяния превысил более, чем в 4 раза, верхний предел, или сопротивление изоляции упало ниже 1500 МОм.

    Рисунок 2 – Неисправный конденсатор не всегда выглядит так

    Определение метода «пересчета» для конденсатора

    Во-вторых, необходимо определить, как производитель пересчитывает срок службы компонента. В общем случае конденсаторы (и многие другие устройства) могут быть пересчитаны следующим образом:

    [срок_{реальный}=срок_{заявленный} imes K_{температуры} imes K_{напряжения} imes K_{тока}]

    где

    • срокреальный – это ожидаемый срок службы при рабочих температуре, напряжении и токе;
    • срокзаявленный – это ожидаемый срок службы при номинальных температуре, напряжении и токе;
    • Kтемпературы: для обоих типов конденсаторов (и для алюминиевых электролитических, и для пленочных) снижение температуры на 10°C приводит к удвоению ожидаемого срока службы. Таким образом, температурный коэффициент составляет (2^{0.1(T_m-T_c)}). Где Tm – это номинальная температура, а Tc – это рабочая температура;
    • Kнапряжения увеличивает срок службы, поскольку рабочее напряжение ниже максимального номинального напряжения. По данным United Chemi-Con напряжение гораздо меньше влияет на срок службы алюминиевых электролитов (если оно не превышает номинальный максимум);
    • Kтока увеличивает срок службы, поскольку рабочий ток ниже максимального номинального тока. На алюминиевые электролиты ток оказывает более существенное влияние, чем на пленочные конденсаторы, из-за их высокого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). Потери мощности, вызванные ESR, будут равны (I{_{cap}^{2}}R_{ESR}), и все эти потери мощности приводят к самонагреванию, что повлияет на срок службы.

    Выполнение расчета срока службы: пример выбора конденсатора

    Вооружившись этими формулой и коэффициентами, можно провести надлежащее сравнение сроков службы у разных конденсаторов. Чтобы проиллюстрировать это сравнение, давайте посмотрим конкретный пример.

    Предположим, что мы проектируем выпрямитель для системы зарядки аккумулятора.

    Эта аккумуляторная система работает при постоянном напряжении 400 В, и мы определили, что нам для фильтрации нужен конденсатор емкостью 300 мкФ.

    После некоторых исследований по подбору компонентов, которые отвечают этим требованиям к напряжению и емкости, а также имеют наилучшую комбинацию размера и стоимости, мы находим два возможных решения.

    Обратите внимание

    Мы можем использовать три алюминиевых электролитических конденсатора по 100 мкФ от United Chemi-Con (номер детали EKXG451ELL101MM40S) или четыре пленочных конденсатора по 75 мкФ (номер детали B32798G2756K).

    Компромисс между двумя этими вариантами заключается в том, что алюминиевые электролиты будут стоить около $10, но будут иметь номинальный срок службы 10 000 часов, в то время как пленочные конденсаторы будут стоить около $120, но будут иметь номинальный срок службы 60 000 часов.

    Если нам понадобится, чтобы это зарядное устройство проработало не менее четырех лет, похоже, что придется выбрать более дорогой вариант.

    Надеемся на перерасчет срока службы

    Но постойте! Мы не должны опираться на этот номинальный срок службы, потому что система будет работать при температуре и напряжении ниже номиналов, указанных для конденсаторов. Это означает, что мы можем пересчитать ожидаемый срок службы, и он на самом деле будет больше.

    Еще раз, формула пересчета срока службы конденсатора:

    [срок_{реальный}=срок_{заявленный} imes K_{температуры} imes K_{напряжения} imes K_{тока}]

    Для простоты предположим, что коэффициент напряжения и коэффициент тока равны 1 (вероятно, они больше 1), и перерасчет зависит только от температуры. Если пересчитанный срок службы еще не достаточно большой, мы можем подставить коэффициенты напряжения и тока, чтобы выполнить еще более точный расчет.

    Номинальная температура обоих конденсаторов составляет 105°C, поэтому, если рабочая температура оценивается в 75°C (что очень много для подобной системы), разница между номинальной и рабочей температурами составит 30°C.

    Эта разница в 30°C приводит к тому, что срок службы трижды увеличится в два раза. Другими словами, реальный срок службы будет в 23 = 8 раз больше номинального срока службы. Для алюминиевых электролитических конденсаторов это означает, что ожидаемый срок службы составит 80 000 часов, что составляет 9 лет непрерывной работы.

    Заключение

    Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют репутацию ненадежных компонентов с небольшим сроком службы. Эта репутация оправдана, если вы смотрите только на номинальный срок службы, но реальные условия работы часто намного более благоприятны по сравнению с номинальными.

    Эти лучшие условия означают, что оценка срока службы может быть увеличена (пересчитана).

    При правильном выборе (с учетом номинальной температуры, напряжения и тока) можно подобрать компоненты, у которых фактические сроки службы намного превышают сроки, указанные в технических описаниях.

    Важно

    Этот перерасчет срока службы может позволить нам найти алюминиевые электролитические конденсаторы, которые могут действительно соответствовать требованиям к ожидаемому сроку службы для большинства систем.

    Оригинал статьи:

    Источник: https://radioprog.ru/post/227

    Электролитический конденсатор. Параметр ESR и его измерение

    КатегорииОбзор Оборудования Справочная

    Привет друзья. Сегодня расскажу о приборе, который очень сильно помогает мне в ремонте, экономит деньги и время. Это ESR метер китайского происхождения Mega328. Купил его на алиекспресс у этого продавца. Какие именно достоинства этого прибора?

    Во первых, им очень удобно проверять электролитические конденсаторы. Для этой цели я его и покупал. У каждого конденсатора есть два параметра, которые отвечают за его работу. Первый параметр это емкость. Это те самые микрофарады которые и обозначается на корпусе конденсатора. Емкость легко измерять любым мультиметром который поддерживает эту функцию.

    Сначала я думал, что это единственный параметр который мне нужно знать в конденсаторе, чтобы определить его исправность, но не тут то было. Ремонтируя один монитор, я никак не мог довести до ума источник питания. Блок выдавал заниженные напряжения, как ни крути.

    Проверяя конденсаторы, я мерил их емкость, которая была в пределах нормы. В один момент, плюнув на все это дело, я выпаял все конденсаторы, и заменил их на новые, после чего монитор запустился. Моему удивлению не было предела.

    Я решил найти причину, и поочередно начал впаивать старые конденсаторы, пока не нашел один 470 мкф на 50в, впаивая который, монитор переставал работать. Тестер показывал что конденсатор исправен, но на практике оказалось, что это не так.

    После этого я начал изучать все о конденсаторах, и открыл для себя такой параметр как ESR.

    ESR — Equivalent Series Resistance – параметр конденсатора, который показывает активные потери в цепи переменного тока. Это можно представить как подключенный последовательно конденсатору резистор.

    Чем меньше ом потери тока, тем лучшего качества конденсатор. Скажу сразу, параметр ESR очень актуален для электролитических конденсаторов емкостью свыше 4,7 мкф. У нового электролитического конденсатора 1мкф ESR может быть и 5 Ом.

    Для конденсаторов меньшего номинала это не столь важно, по крайней мере в моей практике это так.

    Совет

    Теперь по сути. У электролитического конденсатора емкостью больше 4,7 мкф ESR должен быть меньше 1 Ом. Если этот параметр выше, то я меняю конденсатор на новый.

    На картинке ниже, показан пример измерения конденсатора номиналов 1000мкф на 10в.

    Измерение ESR

    Это сильно подсаженный конденсатор, где ESR уже 17 Ом. Очень часто бывает так, что емкость еще 950 мкф, а ESR уже 10 Ом. Такой конденсатор однозначно под замену.

    Еще один пример севшего конденсатора. Это конденсатор 220 мкф на 35в. Номинал его стал 111 мкф, а ESR поднялся до 1,3 Ом.

    ESR 220 мкф на 35в

    Или такой же 220мкф на 35в из статьи Ремонт кадровой развертки на примере телевизора AIWA TV-215KE, где ESR уже 15 Ом.

    Вот пример исправного конденсатора, который уже был в работе, но номинал его еще позволяет поработать. Это 100мкф на 63в.

    Как видите, его ESR до 1 Ом, да и номинал стал меньше менее чем на 3 мкф, так что такие конденсаторы я оставляю в работе. Приведу пример идеального конденсатора. Это 1500мкф на 10в.

    Здесь ESR вообще ноль Ом, а номинал больше заявленного.

    Отойду немного от конденсаторов, и расскажу больше о приборе MEGA 328. Он может проверять не только конденсаторы, а и многое другое. Им легко проверять транзисторы, резисторы, стабилитроны,  мосфеты и много другое. Очень удобно проверять полевые транзисторы, так как прибор покажет его тип, расположение ножек стока, истока и затвора.

    Пример проверки полевого транзистора:

    Прибор показывает тип транзистора, порог открытия  и расположение ножек. Очень удобно, особенно для новичка.

    Вот пример проверки обычного N-P-N транзистора.

    Полный перечень возможностей данного тестера:

      Проверка: Конденсаторов, Диодов, Двойных диодов, MOS, Транзисторов, SCR, Регуляторов, Светодиодные трубки, СОЭ, Сопротивление, регулируемые потенциометры и др.
    Сопротивление: от 0.

    Обратите внимание

    1 Ом до максимум 50 мОм
    Конденсатор: от 25pF   до 100,000 мкФ
    Индукторы: от 0.

    01 mH до 20 H
    Измерения биполярного транзистора текущий коэффициент усиления и база-эмиттер пороговое напряжение.

    Может одновременно измерять два резисторы . Отображается на правой десятичным значением 4. Сопротивление символ на обе стороны показывает контактный номер.

    Источник: https://my-chip.info/elektroliticheskij-kondensator-parametr-esr-i-ego-izmerenie/

    Анодирование. Электролитические конденсаторы

    Анодным материалом в электролитических конденсаторах является фольга из чистого 99,99 % алюминия толщиной 85-100 микрон. Раньше (а иногда и сейчас) использовался алюминий с чистотой 99,8 %.

    Электролитом является раствор борной кислоты, с буферированным декагидратом тетрабората натрия или боратом аммония с почти нейтральным уровнем рН.

    Состав его зависит от электрического напряжения в процессе или от функции анодируемого изделия.

    Во процессе анодирования с целью создания покрытия барьерного типа, после того, как было достигнуто необходимое электрическое напряжение, которое может варьироваться от 3 до 650 вольт, воздействие тока резко снижается, так как образуется изоляционный слой, и экспоненциально падает на протяжении  всего периода, который необходим для образования окончательного устойчивого тока утечки, не более нескольких микроампер на см,2 который является электронным и  не оказывает влияние на образующееся покрытие.

    Конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделенных диэлектрическим или изоляционным слоем. Электрическая емкость системы в абсолютных единицах выражается по формуле C = KA/4EπD, где А – площадь, K – диэлектрическая проницаемость, D – расстояние между пластинами.

    В случае с электролитическим конденсатором D обозначает толщину анодного слоя, одна пластина представляет собой алюминиевый анод, другая – электролит, хотя, конечно же, должна присутствовать и катодная пластинка для того, чтобы замкнуть цепь. Существует несколько причин очень большой емкости, получаемой при использовании электролитических веществ.

    Во-первых, всего лишь при 14 А/В (1,4 н/м), когда образуется 500-вольтовое покрытие толщиной 0,7 микрон, толщина становится на два порядка ниже, чем у любого другого альтернативного бумажного или пластмассового изолятора, что не позволяет ему оказывать сопротивление тому же электрическому напряжению.

    Важно

    При работе с низком напряжении величины D настолько малы, что они не могли бы быть образованными каким-то другим способом. Так как D находится в знаменателе, то емкость действительно может оказаться очень большой. Во-вторых, покрытие оксида алюминия обладает очень высокой диэлектрической проницаемостью в районе 8-10, что является его немалым преимуществом.

    В-третьих, путем травления анода можно 10 кратно увеличить емкость. В результате электролитический конденсатор может быть микроскопических размеров в сравнении с размером и весом бумажного или пластмассового эквивалентов.

    Впервые электролитические конденсаторы были применены в начале 1930-х гг. Изначально жидкостный электролитический конденсатор представлял собой свинцовую или алюминиевую емкость с водным электролитом и свободно скрученной в спираль анодной фольгой, а также изоляционным материалом, чтобы предотвратить утечку раствора.

    Естественная способность этой миниатюрной ванны для анодирования к самовосстановлению обеспечила высокую надежность этих компонентов. Так называемые сухие оксидные конденсаторы были введены в эксплуатацию несколько лет спустя. В этих конденсаторах электролит представлял собой вязкий раствор борной кислоты в глицерине или этиленгликоле.

    Конструкция представляла собой трехслойный композитный материал, где полоска пористой бумаги находилась в жидком электролите между анодной пластиной и вспомогательной плоской катодной фольгой. Этот набор скручивался и помещался в металлическую или картонную тару с внешним соединением.

    Получение таких конденсаторов было описано Джексоном, Морлейем и Бернаром.

    Использование протравленных анодов впервые было начато в 1945. Процедура травления в хлориде натрия описана на странице 194.

    Для конденсаторов высокого напряжения первоначальное увеличение площади поверхности было 4-5 кратным, сейчас достигает до 10-кратного, а для конденсаторов низкого напряжения, широко используемых в транзисторных схемах, увеличение площади поверхности может быть еще интенсивнее.

    Так, стоило лишь убрать 30 % веса фольги, и новые технологии позволили человеку высадиться на Луне. В единицах системы МКСА площадь (А) измеряется в см2, D = 14 A/V, K = 8, емкость (С) измеряется в микрофарадах = 505 А/В. Во время процесса образования анодной пленки соблюдается пропорция С = 1/В.

    Совет

    Это означает, что для образования покрытия при 10В емкость будет в 50 раз больше, чем для 500В. Очевидно, что выгоднее применять более низкое напряжение, в соответствии с назначением изделия. В наше время схемы низкого напряжения, конденсаторы, имеющие огромное значение, могут достигать миниатюрных размеров. В 1969 году японский разработчик Нитсуко создал конденсатор емкостью 1 F (1000000 микрофарад).

    Недостатки электролитических веществ и требования к их использованию:

    (a)  Следует строго соблюдать полярность и поддерживать на изделии электрическое напряжение;

    (b)  Имеется небольшой, но продолжительный остаточный ток утечки;

    (c)  Не следует превышать установленное рабочее напряжение;

    (d)  Перед включением изделие подлежит проверке, так как после периода простоя диэлектрический слой подлежит повторному формированию;

    (e)  Когда изделие не используется, происходит медленное разрушение, что обеспечивает бóльшую нагрузку на приборы электропитания в течение периода восстановления после включения;

    (f)   Срок годности при хранении ограничен до двух лет, после чего использование изделия не безопасно;

    (g)  Производить вещества необходимо из материалов высокого качества и в лабораторных условиях.

    Однако ни один из этих факторов не помешал использовать электролитические конденсаторы миллионам людей. Изначально использовалась, в основном, 99,8 % фольга, но в 1950 году начали применять 99,9 % фольгу, которая практически заменила материал более низкого качества, за исключением стран, где существуют ограничения на импорт.

    Ток утечки был сокращен до 1/3 от показателей 99,8 % анодов, увеличилось время восстановления, срок годности при хранении увеличился в 2-3 раза. Позже, с добавлением в состав фольги высокого качества особых элементов, были улучшены свойства конденсаторов.

    На настоящий момент существуют описания применения добавок In или Cd, Pb или Bi, Ga, Ti, Ti и B, V, Cu, Cu и Sn, Mn, Cr и Ca.

    Обычной практикой, используемой в настоящее время, является предварительное образование фольги в длительном процессе с использованием горячего электролита, содержащего примерно 10 % борной кислоты, при температуре 95-100°С и высокой плотности тока.

    Фольга вводится в раствор с учетом электрического напряжения и с определенной скоростью, в зависимости от технических требований прибора. Окончательное образование и выдержка компонента может занять до трех недель при рабочем электрическом напряжении на 10 % больше зарегистрированного.

    Использование нежидкостного электролита, применяемого в конденсаторе, требует тщательного приготовления, так как гликоль и борная кислота образуют сложный эфир в реакции с водой как с одним из компонентов.

    Поэтому необходимо сократить содержание воды путем длительного кипячения, до тех пор, пока точка кипения не достигнет установленного уровня. Трещины на тонкой пленке, образовавшиеся во время сборки конденсатора, нейтрализуются оксидом во время использования благодаря присутствующему в конденсаторе электролиту.

    Обратите внимание

    Для жидкостных конденсаторов необходимо использовать борную кислоту особого качества (SO), приготовленную путем тройной рекристаллизации, и очищенную воду. Черч доказал, что влияние хлорида можно проследить в 1/100000000 части.

    Его метод заключался в исследовании сухой кромки при напылении тонкого алюминиевого слоя на оксид, а затем в подсчете числа разрушений на слабых участках при увеличении электрического напряжения. Каждый такой участок изолируется в результате образования электрической дуги.. Влияние хлоридов на образование электролита было также изучено Шарпом и Панитцем, а также Надкарни с сотрудниками.

    Увеличившиеся запросы производителей электронных деталей привели к изменениям в производстве электролитов, и сейчас вместо борно-гликольной смеси используется электролит, в основе которого лежит диметилформамидный раствор (ДМФ).

    Использование этого материала расширяет температурный диапазон конденсаторов от -55°С до +125°С, что позволяет применять их в тех случаях, в которых его нельзя было использовать при использовании борно-гликольных электролитов.

    Было выдано множество патентов, обусловленных выбором подходящих видов электролита, и были предложены смеси ДМФ, содержащие такие компоненты, как адипиновая кислота, трифторуксусная кислота, малеиновая кислота, салициловая кислота, лимонная кислота, винная кислота и муравьиная кислота.

    В любом случае они должны раствориться, чтобы получились токопроводящие растворы, и обладать по крайней мере ограниченной способностью образовывать барьерные оксиды в тех случаях, когда необходимо восстановление диэлектрического вещества, а также сопротивляемостью сильным полям, как и положено электролитам.

    Чтобы преодолеть эти ограничения были разработаны более сложные методы образования барьерного покрытия. Они включают предварительное образование водного оксида, зачастую путем помещения фольги в кипящую воду, а затем стандартное анодирование в борной кислоте.

    Образовавшееся сложное покрытие состоит из слоя псевдобемита на внешней поверхности, который обезвоживается во время анодирования и включается в состав стандартного покрытия внизу. Природу такого сложного покрытия, которое, как считается, увеличивает емкость фольги, исследовали Альвитт и Бернар и Кудо и Альвитт.

    Важно

    Они также подтверждают, что псевдобемит обладает способностью к обезвоживанию, превращаясь в оксид алюминия. Однако в то же время, они обнаружили, что такие сложные оксиды имеют пустоты, которые могут занимать 5 % объема барьерного покрытия.

    Эти пустоты приводят к электрической нестабильности, что может вызвать снижение способности диэлектрического покрытия противостоять сильному электрическому полю. Однако это можно исправить путем обработки анодированной фольги в горячей дистиллированной воде, а затем повторного анодирования при изначальном электрическом напряжении.

    Реакция воды и оксида значительно увеличивает полную релаксацию диэлектрика, что приводит к  повторному анодированию с образованием стабильного оксида. Этот процесс был описан Бернаром и Расселлом

    Алюминий покрывается жидким оксидным слоем путем погружения на непродолжительное время (обычно 5-10 минут) в кипящую воду, а затем анодируется при электрическом напряжении в несколько сот вольт в жидкостном борном электролите.

    Если анодная фольга находится несколько минут при постоянном электрическом потенциале (VA),  электрический ток (ID) уменьшается до небольшой доли тока анодирования (IA), демонстрируя нормальный режим работы стабильного анодного оксида.

    Однако, если фольгу убрать из электролита, обработать в кипящей воде в течение, скажем, 2 минут и вернуть в ванну для анодирования с применением того же электрического тока (ID), зарегистрированного на конечном этапе образования оксида, первоначальное барьерное напряжение будет близко к нулю. В этом случае понадобится значительный электрический заряд, порядка нескольких процентов заряда при анодировании, чтобы анодный элемент мог сопротивляться изначальному электрическому напряжению анодирования. Дайер и Альвитт, изучая схожие воздействия, пришли к выводу, что электрическая нестабильность сложного оксидного покрытия является его внутренним свойством, обусловленным присутствием внутренних полостей, в которые может попадать вода, когда исчезает формационное поле. При повторном анодировании полости заполняются барьерным оксидом, и покрытие стабилизируется.

    Pages: 1 2

    Источник: http://vseokraskah.net/anodirovanie/anodirovanie-elektroliticheskie-kondensatory.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector