Що сталося з електролітичними конденсаторами в 21 столітті?

Іноді ми можемо побачити, як конденсатори десятиліття (такі, як виготовлені в СРСР), як і раніше працюють. Вони більші і важчі , але довговічні і не висушують. Сучасні алюмінієві конденсатори служать близько 11 років, якщо пощастить, то стають сухими і тихо виходять з ладу. Я пам’ятаю пристрої початку 2000-х років, коли конденсатори вийшли з ладу після 3–4 років служби, і не обов'язково пристрої низького класу (один із прикладів - кабельний модем E-TECH ICE-200 вартістю 240 дол. США у 2000 р.). Ремонт через вийшли з ладу електролітичні конденсатори став звичним явищем, щось нехарактерне для 1980-х.

Чи була деградація 1990-х років спричиненою дешевим масовим виробництвом? Або погано перевіреними технологіями, пов'язаними з мініатюризацією? Або багато виробників просто не хвилювались?

Здається, що тенденція до цього часу зворотна, і останні конденсатори дещо кращі, ніж у 1994-2002 роках. Чи можуть це підтвердити експерти?

Був період часу, коли багато конденсаторів виготовляли з химерним електролітом, особливо деякі великі тайваньські виробники. Конденсатори виглядали нормально в широкому діапазоні тестів, коли нові, але вони не старіли. Через те, що конденсатори вийшли з ладу, і високий показник відмови став відомим, дуже багато їх було вироблено і вбудовано в речі, перш ніж люди зрозуміли, що існує проблема. Потім знадобилося ще кілька років, щоб речі вийшли з обігу.

Точно, чому у цих виробників виникли проблеми з електролітом, не зовсім зрозуміло. Вони використовували нові електроліти на водній основі, які були розроблені в Японії та працювали дуже добре. Імовірно, дешевші виробники щось пропустили або вирізали куточки, відтворюючи (або відриваючи) японські дослідження.

Тип конденсатора, на який впливав, був дешевим, великою ємністю, низькими коефіцієнтами ESR. Це та річ, яка з’являється у величезній кількості споживчих пристроїв, тому проблема стала відома широкій спільноті. Крім того, режим виходу з ладу цих конденсаторів був розривом і вентиляцією, тому навіть незнайомим з електронікою людям було легко побачити, який компонент винен, коли їх материнська плата перестала працювати.

У Вікіпедії є стаття про це: Чума конденсаторів

Промисловий шпигунство пішов не так. Перевірено через багато років після факту.

Хоча це підозрювалося майже з самого початку. (Стаття надана " The Wayback Machine" , оскільки оригінал з Інтернету відсутній.)

Основна історія: Гай залишає японського виробника конденсаторів Rubycon і відправляється працювати в компанію в Китаї, беручи при собі копію формули електроліту для високоефективних алюмінієвих електролітичних конденсаторів.

Пізніше частина його китайського персоналу виїжджає і працює на виробництво конденсаторів в Тайвані. Вони також взяли копію формули Рубікона, але підправили її десь по дорозі.

Отже, виробник на Тайвані будує те, що, на його думку, є цінними, якісними ковпачками, виготовленими за формулою Rubycon. Він продає їх за вигідною ціною, але дешевше, ніж Rubycon і обіцяє таку ж якість.

Вантажі компанії купують та встановлюють ці ковпачки, тоді речі починають виходити з ладу.

Протягом 70-х років розрахунки Mil-Std-HDBK217 для MTBF включали коефіцієнт прискорення, обернений до схеми ESR. Це передбачає струми перенапруги та тепловий підйом, що, в свою чергу, слідкує за ефектом локалізованої деградації Археніуса. Випуск газів є первинним попереднім попередженням із висунутою кришкою.

Нагадаємо також, що розвиток SMPS збільшувався, оскільки тиск на матеріальну вартість вимагало зниження собівартості та зменшення частини ESR. Це передбачає ігнорування режимів природного відмови ланцюга ШОЕ, щоб отримати перетворювачі високої ефективності.

Таким чином, тенденція спостерігатись більше відмов кришки SMPS частково пояснюється тим, що дизайнери ігнорують вплив старіння на ШОЕ та властивий йому термічний відбіг, коли слідує самостійне нагрівання.

Правда, нові технології електролітики покращилися, а також обробка поверхні провідника знизила ШОЕ у фользі. Підвищення витрат на тантал з таких місць, як Росія, змусило компанії перейти на електролітику з алюмінію.

треба оцінювати MTBF в кожному конкретному випадку, якщо першопричиною була:

• поганий дизайн,
• погані частини,
• поганий процес (відсутність чистого або чистого флюсу Aqua з кислими залишками, або надлишкового теплового сплеску на профілі відливу тощо).

Модем високого класу не підтверджує, якщо вони використовували високоякісні деталі з верифікацією MTBF, зроблені в будинку, і, можливо, просто довіряли постачальнику.

Як правило, найкращий конденсатор MTBF походить від компаній Японії, Тайваню та Китаю на віддаленому третьому місці, завдяки надійності якості та контролю продуктивності контролю процесів, необхідних для деталей тривалого життя. Забруднення матеріалів є головною причиною виготовлення ковпачків.

**** Найбільшим поліпшенням електролітиків алюмінію є константа часу заряду / розряду T = ESR x C в деяких випадках зменшується до танталу або краще, ніж тантал, але не у всіх. Ви повинні обчислити це наступного разу, коли ви виберете кришку, яка повинна бути низькою ШОЕ, і порівняйте 10 частин із значенням 1 @ 10x для великої кришки моста. Якщо вона менша, швидше за все, ви отримаєте менший показник ШОЕ та вищий коефіцієнт коефіцієнта корисної дії або якщо однаковий розмір напруги та сімейство - однакові постійні Т.
Ультранизький коефіцієнт ШОЕ. зараз <1 ~ 20us, тоді як загальне призначення становить 100us до> 1ms. ****

Основними причинами були:

• Чума конденсаторів 1999–2002 років - спроба відтворити формулу викраденого Rubycon Inc. електроліту, яка пішла погано.
• В іншому випадку змінюється склад електроліту; більше H ₂ O (корисно для отримання нижчої ШОЕ) робить його більш корозійним.
• Оптимізація витрат за рахунок все більш масового виробництва електроніки.
• Помилки в дизайні, процесі чи неякісних матеріалах; поганий контроль якості.

Однією з причин може бути пов’язана схема навколо конденсаторів, а не самі конденсатори. До (приблизно) 1980 р. Більшість джерел живлення працювали на мережевій частоті (50 або 60 Гц), використовуючи великий діодний конденсатор після діодного моста, і лінійний пострегулятор, використовуючи ще кілька конденсаторів в основному постійного струму, лише мол Компонент змінного струму. Багато проблем, спричинених струмом RMS всередині конденсаторів, та (дуже) низьким коефіцієнтом ESR не викликали особливих проблем, оскільки навіть при високому внутрішньому опорі конденсатори не нагрівались би самі по собі.

Пізніше джерела живлення в режимі комутації (і пострегулятори, включаючи перехідні перетворювачі точок навантаження) стають все більш популярними, і вони ставлять значно більший струм RMS на використовувані ними конденсатори. Тому правильний вибір конденсаторів ставав все більш важливим, а нерозумні дизайнерські рішення мали значення більше. Крім того, при мініатюризації більше компонентів потрапляє в менші корпуси, роблячи тепловіддачу більш критичною. Чим менше ви будуєте свій пристрій, тим важче буде відокремлювати гарячі компоненти від чутливих до тепла конденсаторів. Невеликий (5 мм діаметром) 10 мкФ / 16 В конденсатор номінальною температурою 2000 год. / 105 ° С поруч із великим радіатором? Погана ідея. Великий (діаметром 25 мм) конденсатор потужністю 47 мкФ / 400 В при 5000 h / 105 ° C розміщений у прохолодному місці вашого джерела живлення? Можливо, це навіть не стане помітною проблемою.

Також певний час схеми, можливо, вимагали більше того, що може досягти прогрес в конденсаторній технології. Дизайнери, можливо, не усвідомлювали важливості рейтингів I _RMS та внутрішнього опалення. Додайте постійний тиск, щоб заощадити копійки на будь-якому компоненті, врахуйте той факт, що конденсатори, як правило, є вашими дорожчими компонентами, зробіть висновок, що це робить шапки зоною фокусування, коли справа стосується підрахунку копійок, і ви маєте хороше пояснення.

Тож, якщо чесно, це не тільки кришки, це також загальний дизайн та застосування шапок у більш і більш вимогливих схемах.

При цьому я з радістю використовую деякі пристрої з комерційними джерелами живлення протягом багатьох років без проблем, а також замінив неабияку кількість конденсаторів (наприклад, з кінця 70-х років, наприклад, у таких речах, як якісна котушка до барабанні магнітофони або обладнання для випробувань і вимірювань).

Потім керамічні конденсатори наздоганяють. До приблизно 2005 року 22 мкФ при 25 В у пакеті 1206 SMD були рідкістю. Сьогодні ви можете використовувати їх замість електролітичних ковпачків або танталового типу, і навіть не витрачати більше грошей. Це дає змогу приймати дуже хороші загальні дизайнерські рішення: уникайте танталових ковпачків (оскільки вони дуже чутливі до струмів або сплеску напруги, навіть дуже крихітних. Використовуйте електолітичні ковпачки лише тоді, коли вам потрібно велика ємність, і коли ви можете вибрати великі банки, які зазвичай мають набагато довший термін експлуатації. Візьміть гарні керамічні ковпачки для всього іншого.

Конденсатори дико відрізняються в режимах відмови через старіння, і насправді неправда, що старі конструкції завжди були кращими.

Люди, які ремонтують старовинне обладнання, майже завжди замінять певні конденсатори, навіть не перевіряючи їх, і переконайтеся, що вони перевіряють інших лише для впевненості.

Наприклад, старі воскові прямокутники є досить сильним токсичним сміттєзвалищем, коли ви розтріскуєте старий підсилювач. Вони будуть визріти і від специфіки. Не кажучи вже про те саме обладнання, передбачається певна якість напруги мережі, яке змінювалося протягом десятиліть, що призведе до того, що ваш сигнал або сигнал високої напруги або кришки роз'єднання будуть значно перевищувати їхні номінальні характеристики навіть у новому.

Але, як зазначали інші, справа складна. Матеріали, виробництво, ринки все сильно змінилися, що мало вплив на галузь. Однак загалом сучасні конденсатори за певною ціною за партії тисяч значно кращі, ніж ті самі пристрої минулого.

Мої єдині відгуки щодо цього - це канали YouTube, такі як лабораторія містера Карлсона, як це видно на бічній панелі SE.EE!