Электролитические конденсаторы блока питания

Электролитические конденсаторы блока питания

Рубрикатор

События

Наши новости

Новости

Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

Мюрат Гийом
Мороз Дмитрий

Известно, что современный рынок электронных устройств предъявляет жесткие требования к импульсным источникам питания: высокие КПД и частота преобразования, малые габариты и низкая стоимость изделия. В связи с этим все чаще возникает вопрос выбора технологии изготовления конденсаторов (тантал или алюминий), традиционно применяемых в качестве фильтрующих конденсаторов в импульсных источниках питания.

Требованиям рынка компонентов для высокочастотных импульсных источников питания отвечает новое семейство пленочных и керамических конденсаторов, представленное в России французской компанией Eurofarad. Данные конденсаторы, как любая другая продукция этой компании, предназначены для использования в тех областях применения, где требуется повышенная надежность компонентов (авиация, космос, военная и нефтегазовая промышленность и пр.), т. к. они подвергаются тщательному многоступенчатому внутреннему контролю качества на всех стадиях производства.

Керамические конденсаторы

Производство
Технологический процесс производства многослойных конденсаторов постоянно совершенствуется, повышая качество изделий. Однородность диэлектрика и электродов позволяет увеличивать рабочие области электродов, а усовершенствованная технология литья керамики позволяет уменьшить толщину слоя диэлектрика.

Такой подход, помноженный на современные технологические возможности (расположение по несколько сотен больших слоев пленки в конденсаторе, а также использование керамики 2-го класса — X7R, 2C1 и др.), позволяет достичь «объемной» емкости порядка нескольких десятков микрофарад на см 3 .

Керамические конденсаторы Eurofarad соответствуют типу X7R (классификация по стандарту EIA) и даже превосходят требования к данному типу конденсаторов — нижний температурный предел расширен до –60 °C. Фактически эти керамические конденсаторы скорее соответствуют типу 2C1 по стандарту CECC, который, в отличие от стандарта EIA, определяет также минимальное и максимальное отклонение значения емкости во всем температурном диапазоне от –55 до +125 °C при номинальном напряжении (отклонение емкости ΔC/C составляет –30%; +20%).

Другое преимущество разработок компании Eurofarad в том, что потери в конденсаторах не просто низки при температуре 20 °C (тангенс угла потерь120×10 -4 ), но и резко уменьшаются с ростом температуры. Следовательно, значение допустимого тока увеличивается с ростом температуры — данная технология допускает высокое среднеквадратическое значение максимально допустимого тока. Отдельно стоит упомянуть характеристики конденсаторов TCN87. К примеру, при номиналах 47 мкФ @ 50 В конденсатор может выдерживать ток до 10 A (!) на частоте 1 МГц.

Высокая диэлектрическая проницаемость (от 1000 до 5000 Ф/м) 2-го класса керамики позволяет сочетать весьма малые габариты конденсаторов с высокой долговечностью (то есть крайне малым уменьшением емкости в течение всего жизненного цикла компонента) — порядка –1,5% в логарифмическом разряде. Для областей применения с особыми требованиями, таких как нефтегазовая промышленность, в Eurofarad была разработана новая формула керамического диэлектрика из окисей с низким содержанием примесей, уменьшающего ионную проводимость, обусловленную наличием атомов натрия. Это позволило компании расширить ассортимент конденсаторов, рассчитанных на работу при температурах до 200 °C. а некоторые конденсаторы, разработаные под заказ, имеют рабочую температуру до –200 °C.

Другой метод достижения высокой емкости конденсаторов — конструктивный — «составление» одного конденсатора из нескольких.

Керамические конденсаторы Eurofarad выпускаются в корпусах как для поверхностного монтажа, так и монтажа в отверстия. Поверхностный монтаж крупных керамических конденсаторов с высокой емкостью — достаточно критический процесс, так как существует риск теплового удара при пайке, а также механического напряжения, возникающего из-за разных коэффициентов расширения материалов. В качестве альтернативного решения компанией Eurofarad выпускаются конденсаторы со специальными «ленточными» выводами (рис. 2). Площадь, необходимая для монтажа таких конденсаторов, сравнима с площадью, требуемой для монтажа обычного SMD-конденсатора.

Сравнение с электролитическими конденсаторами

Преимущества керамических конденсаторов по сравнению с электролитическими заключаются в следующем:

    керамические конденсаторы могут прекрасно работать на высоких частотах (рис. 3),

Пленочные конденсаторы

Для производства пленочных конденсаторов Eurofarad в большинстве случаев применяются технологии, основанные на применении полиэстера, полипропилена и пленок поликарбоната, обладающих собственной электропроводимостью материала, которая подходит для применений с большим рабочим током, температурой и высоким напряжением.

В производстве фильтрующих пленочных конденсаторов для высокочастотных импульсных источников питания в основном используются 2 типа пленок полиэстера — PET (полиэтилентерефталат) и PEN (полиэтиленнафталат), имеющих высокую диэлектрическую постоянную и обеспечивающих высокую электрическую прочность диэлектрика.

По размерам пленочные конденсаторы Eurofarad лишь немного больше керамических. Производство пленочных конденсаторов маленького размера возможно благодаря использованию металлизированной пленки. Электроды состоят из очень тонких слоев (сотые доли микрометров) цинка или алюминия, которые наносятся на диэлектрик вакуумным напылением.

Среди преимуществ конденсаторов с диэлектриком из металлизированной пленки можно назвать свойство самовосстановления. То есть если происходит пробой диэлектрика между слоями металла, электрический дуговой разряд провоцирует точечное выпаривание или выжигание металлического напыления, что приводит к образованию «спасительной» электроизолирующей окиси металла. После такой регенерации конденсатор полностью исправен.

По среднеквадратичному значению допустимого тока возможности пленочной технологии также достаточно высоки. В группе пленочных конденсаторов Eurofarad есть компонент PM87N, сравнимый по габаритам и способу монтажа с упомянутым ранее керамическим конденсатором TCN87. Более того, среднеквадратичное значение максимально допустимого тока на частоте 10 кГц для этого конденсатора еще больше: 18 A (вместо 10 A у керамического).

Основные характеристики пленочных кон- денсаторов Eurofarad:

  • Температурный диапазон от –60 до +125 °C.
  • Минимальное и максимальное отклонения значения емкости (ΔC/C) в данном температурном диапазоне при номинальном напряжении у пленочных конденсаторов еще меньше, чем у керамических: –5%;+10%. У отдельных конденсаторов, например, PM90RT, отклонение составляет всего –3%;+3% (рис. 5).
  • Изоляционное сопротивление превышает 2500 МОм4мкФ при температуре 20 °C.
  • Отсутствует зависимость значения емкости от величины приложенного напряжения.

Сравнение с электролитическими конденсаторами

  • Особая конструкция электродов обеспечивает низкую индуктивность пленочных конденсаторов. Благодаря этой конструкции, а также низкому ESR, значение импеданса у пленочных конденсаторов (рис. 6) намного ниже, чем у электролитических;
  • вследствие низкого значения импеданса пленочные конденсаторы прекрасно работают на высоких частотах, в диапазоне от 20–30 кГц до 1 МГц (рис. 7);
  • пленочные конденсаторы не поляризованы;
  • обладают более высокой надежностью;
  • готовы к эксплуатации на «полную мощность» даже после длительного хранения;
  • гораздо более устойчивы к жестким внешним воздействиям (вибрация, удары, высокое и низкое давление и пр.);
  • способны выдерживать большие токи;
  • пленочные конденсаторы Eurofarad для высокочастотных импульсных источников питания обладают высокой емкостью, сравнимой с емкостями электролитических конденсаторов. Емкость пленочных конденсаторов Eurofarad достигает 1600 мкФ;
  • среди пленочных конденсаторов Eurofarad для импульсных источников питания имеются высоковольтные компоненты — до 1200 В;
  • исключается риск утечки.

Монтаж

Пленочные конденсаторы Eurofarad выпускаются как для поверхностного монтажа (SMD), так и для монтажа в отверстия. SMD-конденсаторы допускают пайку волной, а также пайку в печи. Температурные ограничения для монтажа пленочных конденсаторов составляют 215 °C для пленки PET (от 20 до 40 с) и 230 °C для пленки PEN (от 20 до 40 с).

Другие статьи по данной теме:

Если Вы заметили какие-либо неточности в статье (отсутствующие рисунки, таблицы, недостоверную информацию и т.п.), просьба сообщить нам об этом. Пожалуйста укажите ссылку на страницу и описание проблемы.

Добрый день, друзья!

В первой части статьи мы с вами начали знакомиться с искусством врачевания компьютерных блоков питания. Продолжим же это увлекательно дело и посмотрим внимательно на высоковольтную их часть.

Проверка высоковольтной части блока питания

После осмотра платы и восстановления паек следует проверить мультиметром (в режиме измерения сопротивления) предохранитель.

Надеюсь, вы хорошо уяснили и запомнили правила техники безопасности, изложенные ранее!

Если он перегорел, то это свидетельствует, как правило, о неисправностях в высоковольтной части.

Чаще всего неисправность предохранителя видна (если стеклянный) визуально: он внутри «грязный» («грязь» — это испарившаяся свинцовая нить).

Иногда стеклянная трубка разлетается на куски.

В этом случае надо проверить (тем же тестером) исправность высоковольтных диодов, силовых ключевых транзисторов и силового транзистора источника дежурного напряжения. Силовые транзисторы высоковольтной части находятся, как правило, на общем радиаторе.

При сгоревшем предохранителе нередко выводы коллектор-эмиттер «звонятся» накоротко, и удостовериться в этом можно и не выпаивая транзистор. С полевыми же транзисторами дело обстоит несколько сложнее.

Как проверять полевые и биполярные транзисторы, можно почитать здесь и здесь.

Высоковольтная часть находится в той части платы, где расположены высоковольтные конденсаторы (они больше по объему, чем низковольтные). На этих конденсаторах указывается их емкость (330 – 820 мкФ) и рабочее напряжение (200 – 400 В).

Пусть вас не удивляет, что рабочее напряжение может быть равным 200 В. В большинстве схем эти конденсаторы включены последовательно, так что их общее рабочее напряжение будет равным 400 В. Но существуют и схемы с одним конденсатором на рабочее напряжение 400 В (или даже больше).

Нередко бывает, что вместе с силовыми элементами выходят из строя электролитические конденсаторы – как низковольтные, так и высоковольтные (высоковольтные – реже).

В большинстве случаев это видно явно – конденсаторы вздуваются, верхняя крышка их лопается.

В наиболее тяжелых случаях из них вытекает электролит. Лопается она не просто так, а по местам, где ее толщина меньше.

Это сделано специально, чтобы обойтись «малой кровью». Раньше так не делали, и конденсатор при взрыве разбрасывал свои внутренности далеко вокруг. А монолитной алюминиевой оболочкой можно было и сильно в лоб получить.

Все такие конденсаторы надо заменить аналогичными. Следы электролита на плате следует тщательно удалить.

Электролитические конденсаторы блока питания и ESR

Напоминаем, что в блоках питания используются специальные низковольтные конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением, ЭПС).

Подобные устанавливают и на материнских платах компьютеров.

Узнать их можно по маркировке.

Например, конденсатор с низким ESR фирмы «СapXon» имеет маркировку «LZ». У «обычного» конденсатора букв LZ нет. Каждой фирмой выпускается большое количество различных типов конденсаторов. Точное значение ESR конкретного типа конденсатора можно узнать на сайте фирмы-производителя.

Производители блоков питания часто экономят на конденсаторах, ставя обычные, у которых ЭПС выше (и стоят они дешевле). Иногда даже пишут на корпусах конденсаторов «Low ESR» (низкое ЭПС).

Это обман, и такие лучше конденсаторы лучше сразу заменить.

В наиболее тяжелом режиме работают конденсаторы фильтра по шинам +3,3 В, +5 В, +12 В, так как по ним циркулируют большие токи.

Встречаются еще «подлые» случаи, когда со временем подсыхает конденсаторы небольшой емкости в источнике дежурного напряжения. При этом их емкость падает, а ESR растет.

Или емкость падает незначительно, а ESR растет сильно. При этом никаких внешних изменений формы может и не быть, так как их габариты и емкость невелики.

Это может привести к тому, что изменится величина напряжения дежурного источника. Если оно будет меньше нормы, основной инвертор блока питания вообще не включится.

Если оно будет больше, компьютер будет сбоить и «подвисать», так как часть компонентов материнской платы находится под именно этим напряжением.

Емкость можно измерить цифровым тестером.

Впрочем, большинство тестеров может измерять емкости только до 20 мкФ, чего явно недостаточно.

Отметим, что ESR измерить штатным тестером невозможно.

Нужен специальный измеритель ESR!

У конденсаторов большой емкости ESR может иметь величину десятых и сотых долей Ома, у конденсаторов малой емкости – десятых долей или единиц Ом.

Если оно больше – такой конденсатор необходимо заменить.

Если такого измерителя нет, «подозрительный» конденсатор необходимо заменить новым (или заведомо исправным).

Отсюда мораль – не оставлять включенным источник дежурного напряжения в блоке питания. Чем меньшее время он будет работать, тем дольше будут подсыхать конденсаторы в нем.

Необходимо после окончания работы либо снимать напряжение выключателем фильтра, либо вынимать вилку кабеля питания из сетевой розетки.

В заключение скажем еще несколько слов

Об элементах высоковольтной части блока питания

В недорогих блоках питания небольшой мощности (до 400 Вт) в качестве ключевых часто применяют силовые биполярные транзисторы 13007 или 13009 с токами коллектора соответственно 8 и 12 А и напряжением между эмиттером и коллектором 400 В.

В источнике дежурного напряжения может быть использован силовой полевой транзистор 2N60 с током стока 2А и напряжением сток-исток 600 В.

Впрочем, в качестве ключевых могут быть использованы полевые транзисторы, а в источнике дежурного режима – биполярный.

При отсутствии необходимых транзисторов их можно заменить аналогами.

Аналоги биполярных транзисторов должны иметь рабочее напряжение между эмиттером и коллектором и ток коллектора не ниже, чем у заменяемых.

Аналоги полевых транзисторов должны иметь рабочее напряжение сток-исток и ток стока не ниже, чем у заменяемого, а сопротивление открытого канала «сток-исток» не выше, чем у заменяемого.

Внимательный читатель может спросить: «А почему это сопротивление канала должно быть не выше? Ведь чем больше значения параметров, тем, как бы, лучше?»

Отвечаю – при одном и том же рабочем токе на канале с бОльшим сопротивлением будет, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, рассеиваться бОльшая мощность. И, значит, он (т.е. и весь транзистор) будет сильнее греться.

Лишний нагрев нам ни к чему!

У нас блок питания, а не отопительный радиатор!

На этом, друзья, мы сегодня закончим. Нам осталось еще ознакомиться с лечением низковольтной части, чем мы займемся в следующей статье.

Ссылка на основную публикацию
Шампанское шато тамань брют отзывы
Производитель: ООО «Кубань-Вино» Сбор винограда: 2016 Происхождение: Краснодарский край, Россия Сорт винограда: Шардоне, Рислинг и иные белые На отзыве у...
Что означает ошибка 110
Ошибка 110 в Android происходит главным образом при обновлении или установке приложений из Google Play. Случается это из-за несовместимости ОС:...
Что означает ошибка 963
Ошибки в Google Play дело достаточно частое, это не удивительно, ведь Плей маркет – это один из крупнейших магазинов приложений....
Шапка для твиттера 1500х500
Please complete the security check to access www.canva.com Why do I have to complete a CAPTCHA? Completing the CAPTCHA proves...