magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 49 reszMi az: kicsi, olcsó, nagy kapacitású – és ha valami elromlik, ő az első számú gyanúsított? A találós kérdésre minden elektronikai szakember tudja a választ: ez az elektrolitkondenzátor, amely mindemellett alig megkerülhető szereplője a beültetett NyÁK-lapoknak. Robert Kollman ezúttal az alumínium elektrolitkondenzátorokról osztja meg tapasztalatait.

 

 

Kerüljük el az alumínium elektrolitkondenzátorok szokásos csapdáit

Az alumínium electrolitkondenzátorok a tápegységek „népszerű” alkatrészei, elsősorban alacsony áruknak tulajdoníthatóan. Mindazon­által élettartamuk véges, és egyaránt érzékenyek a magas és alacsony hőmérsékleti szélsőségekre. Az alumínium elektrolitkondenzátorok fémfóliából készült fegyverezetei között egy elektrolittal átitatott papírréteg foglal helyet. Ez az elektrolit párolog a kondenzátor élettartama során, amelynek következtében annak elektromos tulajdonságai megváltoznak. A kondenzátor meghibásodásának látványos kísérőjelensége a tokozat belsejében megnövekedett nyomás miatti felpúposodás, sőt felhasadás, amely utóbbi esetben éghető vagy korrozív gáz is kiszabadulhat.
Az elektrolit párolgásának sebessége erősen függ a kondenzátor hőmérsékletétől. Az üzemi hőmérséklet minden 10 °C-os csökkenése megkétszerezi a kondenzátor várható élettartamát. A kondenzátorok élettartam-adatait ezért a maximális megengedett üzemi hőmérsékleten történő használatra adják meg. Tipikus érték az 1000 óra 105 °C-os hőmérsékletnél. Ez problémát okozhat az olyan alkalmazásokban, amelynél követelmény a hosszú élettartam, mint például az 1. ábrán látható ledes fényforrásban, amelytől gyakran 25 000 üzemórányi működést várunk el. Hogy erre a hosszú élettartamra esély legyen, a kondenzátor hőmérsékletének nem szabad meghaladni a 65 °C-t. Ez különösen akkor jelent nagy kihívást, ha a kondenzátor környezeti hőmérséklete az ilyen alkalmazásokban akár a 125 °C-t is elérheti. Beszerezhetők olyan kondenzátorok is, amelyek megengedett maximális hőmérséklete magasabb, de a legtöbb esetben a ledes fényforrások élettartamát leginkább mégis az alumínium elektrolitkondenzátor korlátozza (1. ábra).

 

Texas 1

1.ábra Ez a 105 °C-os üzemi hőmérsékletre specifikált kondenzátor valószínűleg nem éri meg azt a 23 évet, amit a fényforrás gyártója állít termékéről


Ez az élettartam–hőmérséklet összefüggés komoly hatással van arra, hogyan kell a kondenzátor üzemi feszültségét a névleges maximális értéknél kisebbre választani. Az első ötletünk az lehetne, hogy válasszunk a szükségesnél nagyobb névleges üzemi feszültségű kondenzátort a dielektrikum meghibásodási valószínűségének csökkentése érdekében. Ha viszont ezt tesszük, a kondenzátornak nagyobb lesz az ekvivalens soros ellenállása (Equivalent Series Resistance – ESR) is. Ez megnöveli a kondenzátorban keletkező teljesítményveszteséget és ezáltal annak hőmérsékletét. A magasabb hőmérsékleten pedig nagyobb a meghibásodás valószínűsége, rövidebb az élettartam. A gyakorlatban az alumínium elektrolitkondenzátorokat célszerű úgy megválasztani, hogy a feszültségük a névleges érték 80%-a körül legyen.
Az alacsony hőmérséklet is az ESR jelentős növekedésével jár, amint az a 2. ábrán is látható. Az ellenállás ‑40 °C-on akár egy nagyságrenddel is meghaladhatja az üzemi hőmérsékleten mérhető értéket. Ez többféle módon is kihat a tápegység minőségi jellemzőire. Ha a kondenzátort egy kapcsolóüzemű tápegység kimenetén alkalmazzuk, a kimeneti egyenfeszültség hullámossága akár egy nagyságrenddel is megnövekedhet. Az ESR növekedése kihat a szabályozóhurok működésére is, mivel a hurokerősítés akár egy nagyságrenddel nagyobb is lehet azon a zérushelyen, amelynek frekvenciáját az ESR és a kimeneti kapacitás határozza meg. Ennek eredménye egy instabil, oszcillációkra hajlamos tápegység lehet. Annak érdekében, hogy ehhez a nagy hőmérsékletfüggő változáshoz alkalmazkodni tudjunk, a szabályozóhurok teljesítőképességben jelentős kompromisszumokat kell vállalnunk a szobahőmérsékletű, vagy annál melegebb környezetben való működtetéskor.

 

Texas 2

2. ábra  Az ESR alacsony hőmérsékleten jelentősen megnövekszik

 

Összegzés

Az alumínium elektrolitkondenzátorok rendszerint a legolcsóbb választást jelentik. Ugyanakkor tisztában kell lennünk azokkal a hátrányaival is, amelyek negatív hatással lehetnek a végtermék minőségére. Figyelembe kell vennünk, hogy a várható élettartam az üzemi hőmérséklet függvénye. Megfelelő mértékben kell megválasztani azt is, hogy a névleges maximális feszültség alatt mekkora legyen az üzemi feszültség, hogy a legkisebb hőtermelésű és egyben maximális élettartamú megoldást megtaláljuk. Végül pedig meg kell értenünk, hogy az ESR értéktartományától függ a szabályozóhurok helyes működése, valamint az, hogy a tápegység teljesíti-e a kimeneti feszültség hullámosságának specifikációját.

A sorozat következő részében egy kisteljesítményű, offline flyback tápegységet teszünk vizsgálat tárgyává.

 

www.ti.com/power-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

46. rész

47. rész

48. rész

 

 

 

 

 

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

   
Advertisement