logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami?

ghost666 24 Cze 2018 23:38 3948 16
  • Na rynku pojawiają się nowoczesne materiały o coraz większej stałej dielektrycznej, zdolne do pracy z napięciami 3000 V, magazynowania coraz większej energii w mniejszej objętości, pracy w coraz wyższych temperaturach etc. Co może pójść nie tak?

    W firmie EEStor Corporation opracowano nowy dielektryk, który może pozwolić na zdetronizowanie jednego z klasycznych elementów pasywnych używanych w przemyśle - starego, dobrego elektrolitycznego kondensatora aluminiowego. Zanim jednakże omówimy jego przełomowe własności, przyjrzyjmy się dokładniej klasycznemu elementowi.

    Elektrolityczne kondensatory aluminiowe weszły do użytku już bardzo dawno temu i od tego czasu stanowią klasyczny element wykorzystywany przez każdego projektanta. Jak wskazuje Dennis M. Zogbi w swoim raporcie, mimo iż elementy te stanowią jedynie 6,5% wszystkich kondensatorów liczonych po ilości, to ich zakup przekłada się na 22% wartości wszystkich sprzedawanych na rynku kondensatorów.

    Ich główną zaletą jest to, że mają wyższą gęstość energii i stosunek pojemności do objętości niż kondensatory ceramiczne. Mają także wyższą gęstość mocy niż superkondensatory. To wszystko przy zachowaniu relatywnie niskiej ceny. Jak ocenia Elizabeth Simmons z EEWeb: "ich główną zaletą jest to, że można mieć dosyć wysoką pojemność (rzędu tysięcy mikrofaradów) przy dosyć wysokim napięciu (nawet do 400 V) w sensownej wielkości obudowie. Nie są one tak małe jak superkondensatory, ale mogą pracować ze znacznie wyższymi napięciami".

    Podobnie o elementach tych wypowiada się inny specjalista, Rick Curl: "Tanie (poza niektórymi wariantami do montażu powierzchniowego); dobry stosunek pojemności do wielkości i dostępność w szerokiej gamie wielkości, pojemności i napięć", a także Peter Traneus, który wymienia podobne zalety: "Niski koszt, budowa z dostępnych materiałów, duża pojemność w danej obudowie i dobre parametry, pozwalające na stosowanie ich w systemach pracujących zarówno w częstotliwościach audio, jak i sieciowych".

    Niestety elektrolityczne kondensatory aluminiowe mają też swoje wady. Po pierwsze są one spolaryzowane, co oznacza, że w systemie jest tylko jeden sposób, w jaki można je ustawić - jeśli zrobimy to niepoprawnie, to mogą one opuścić nasz układ w na prawdę ekspresowy sposób - wybuchając. Polarność tych elementów jest niestety - wbrew temu, co mogą myśleć początkujący elektronicy - nieintencjonalnym efektem ubocznym ich konstrukcji.

    Rozmiar tych elementów - jakkolwiek często zachwalany, wszak mają wysoki stosunek pojemności do objętości - także jest często pewnym problemem. "Z powodu tego, jak montowana jest większość elementów tego rodzaju (minęły wieki od czasu, gdy widziałem ostatni raz taki kondensator z osiowymi wyprowadzeniami), elementy te są często bardzo wysokie na płytce drukowanej, szczególnie dla większych pojemności. Przekłada się to na duże naprężenie pól lutowniczych w środowisku z dużymi wibracjami, co przekłada się na zmęczenie metali i - w skrajnych przypadkach - na uszkodzenie nóżek elementu" - mówi Aubrey Kagan, elektronik pracujący dla portalu EEWeb.

    Innym problemem tego rodzaju kondensatorów elektrolitycznych jest degradacja w czasie. Klasycznym przykładem awarii tych elementów jest wysychanie bądź wyciekanie elektrolitu z ich wnętrza. Powoduje to, że starsze urządzenia po prostu nie działają poprawnie, mimo że w ich wnętrzu nic nie wydaje się uszkodzone. Wystarczy już około 10 lat, by kondensatory te straciły swoje parametry, a urządzenie przestało działać.

    Tempo degradacji tych elementów jest uzależnione od temperatury. Narzuca to na projektantów kolejne wymagania co do miejsca, w którym elementy te mogą być w urządzeniu zamontowane. Jest to to tyle trudne, że kondensatory takie często stosuje się w zasilaczach - blisko stabilizatorów napięcia czy tranzystorów mocy, które wszystkie się grzeją.

    Innym problemem jest montowanie tych elementów z wykorzystaniem pieca. Jak mówi Duane Benson, pracujący w Screaming Circuits "Kondensatory aluminiowe mogą przegrzać się w piecu lutowniczym. Nawet te, które certyfikowane są do lutowania w temperaturach dla spoiwa bezołowiowego mają bardzo wąskie tolerancje. Wystarczy umieścić je zbyt blisko siebie lub lutować jakiś element, który w piecu spędzić musi minimalnie dłużej i już aluminiowy kondensator może się przegrzać, co powoduje, że pęcznieje i jest zniszczony".

    Nawet jeśli elementy te nie są używane, a jedynie przechowywane w magazynie, ich parametry pogarszają się. Magazynowanie nienaładowanych kondensatorów sprawia, że ich rezystancja zastępcza (ESR) i prąd upływu rosną, a pojemność spada. Jak pisze w swoim raporcie Tomáš Zedníček - produkowane obecnie kondensatory aluminiowe mają czas magazynowania wynoszący około dwóch lat. Jest to krótko, ale i tak dłużej niż starsze generacje tego rodzaju elementów.

    Inżynierowie z EEStor Corpotation opracowali nowy dielektryk. Przełomowy materiał - CMBT - to modyfikowana mieszanka tytanianu baru. Twórcy tego dielektryka twierdzą, że ma on potencjał zrewolucjonizować sektor tych elementów pasywnych swoimi parametrami.

    Mówiąc skrócie - nowy materiał charakteryzuje się relatywną stałą dielektryczną równą co najmniej 30 tysięcy. Materiał ten może być zmieszany z pyłem szklanym i spieczony w kondensator - wtedy stała dielektryczna spada do około 5000, ale to nadal bardzo imponująca wielkość. Dodatkowo łatwo jest z jego wykorzystaniem osiągnąć napięcia pracy kondensatora do 3000 V (aluminiowe kondensatory elektrolityczne kończą się przy około 600 V). Dodatkowo kondensatory z dielektrykiem CMBT mogą pracować w wyższych temperaturach i przechowywać więcej energii w takiej samej objętości. Dodatkowo, wszystkie materiały wykorzystywane do produkcji nowego dielektryka są szeroko dostępne i niedrogie, a cały proces przyjazny dla środowiska.

    Jak mówią inżynierowie z EEStor, kondensatory produkowane w oparciu o nowy dielektryk są także bardzo odporne mechanicznie. "Po spiekaniu to w zasadzie kawałki kamienia" - komentuje jeden z nich. Jest to istotne, jeśli porównamy je z inną klasą kondensatorów - elementami ceramiczny, których kruchość jest powodem wielu awarii.

    Zastąpienie aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych to dopiero pierwszy krok EEStor. Chcą oni wykorzystać nowy dielektryk także do wyparcia kondensatorów MLCC (wielowarstwowe kondensatory ceramiczne), a w przyszłości zastosować go nie tylko do produkcji kondensatorów, ale jako istotny element systemów magazynowania energii elektrycznej.

    Źródło: https://www.eeweb.com/profile/max-maxfield/articles/is-it-time-to-say-goodbye-to-aluminum-electrolytic-capacitors

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    https://twitter.com/Moonstreet_Labs
    ghost666 napisał 11960 postów o ocenie 10197, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2 17296222
    timo66
    Poziom 23  
    ghost666 napisał:
    Na rynku pojawiają się nowoczesne materiały o coraz większej stałej dielektrycznej, zdolne do pracy z napięciami 3000 V, magazynowania coraz większej energii w mniejszej pojemności, pracy w coraz wyższych temperaturach etc. Co może pójść nie tak?

    Pojemność jest większa ale objętość mniejsza.
  • #3 17296293
    HD-VIDEO
    Poziom 43  
    ghost666 napisał:
    Wystarczy już około 10 lat, by kondensatory te straciły swoje parametry, a urządzenie przestało działać.


    Już rok wystarczy, by przestały działać w współczesnych urządzeniach a w urządzeniach >10 lat sprawują się bardzo dobrze i nic im nie dolega ale przyszła taka moda z tych współczesnych urządzeń na te stare a nazywa się "wymień stare kondensatory"
  • #4 17296318
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    HD-VIDEO napisał:
    ghost666 napisał:
    Wystarczy już około 10 lat, by kondensatory te straciły swoje parametry, a urządzenie przestało działać.


    Już rok wystarczy, by przestały działać w współczesnych urządzeniach a w urządzeniach >10 lat sprawują się bardzo dobrze i nic im nie dolega ale przyszła taka moda z tych współczesnych urządzeń na te stare a nazywa się "wymień stare kondensatory"


    A zwrócił kiedyś kolega uwagę jakiej wielkości było 1000 µF / 35 V kiedyś, a jakiej jest teraz? Wyższa awaryjność i krótszy czas życia to cena, jaką płaci się m.in. za miniaturyzację.
  • #5 17296986
    ArturAVS
    Moderator
    ghost666 napisał:
    A zwrócił kiedyś kolega uwagę jakiej wielkości było 1000 µF / 35 V kiedyś, a jakiej jest teraz? Wyższa awaryjność i krótszy czas życia to cena, jaką płaci się m.in. za miniaturyzację.


    A jak była żywotność "starych" kondensatorów? Co niektóre trzydziesto- czterdziesto-letnie do dziś pracują. Z niewielką różnicą pojemności.

    A powinno być odwrotnie. Nowsza technologia=dłuższy czas "życia". Miniaturyzacja=Rozumiem. Ale dlaczego miniaturyzacja ma się równać z krótszym żywotem urządzenia?
  • #6 17297424
    _lazor_
    Moderator Projektowanie
    Grunt by produkt był tani i zyski były jak największe. Producent zapewnia określony czas działania urządzenia, więc jaki jest sens kupowania droższych i bardziej trwałych kondensatorów? Abstrahując od działań takich jak 2W rezystor ograniczający prąd ładowania kondensatorów przyklejony do kondensatora, to konsumenci (jako abstrakcyjna masa nabywcza) chcą tańszych urządzeń, a że jakiś procent tych konsumentów by chciała droższy ale bardziej wytrzymały produkt, no cóż to się po prostu nie kalkuluje.

    To samo się tyczy osób projektujących nawet amatorsko, po co dać 2x więcej za kondensator lepszej marki, jak można zakupić coś tańszego. W końcu napięcie i pojemność jest taka sama na papierze...
  • #8 17302244
    Macosmail
    Poziom 35  
    arturavs napisał:

    A jak była żywotność "starych" kondensatorów? Co niektóre trzydziesto- czterdziesto-letnie do dziś pracują. Z niewielką różnicą pojemności.


    Tylko, że aplikacje tych kondensatorów 30-40 lat temu były znacznie mniej wymagające. Obecnie kondensatory elektrolityczne stosuje się głownie w przetwornicach impulsowych, gdzie traktowane są znacznymi prądami impulsowymi (Ripple Current) znacznie większymi niż prąd ciągły. W takiej aplikacji pojemność traci znaczenie na rzecz impedancji (ESR i ESL), która zbyt duża powoduje wydzielanie się ciepła w kondensatorze.
    Kondensatory z przed 30-40 lat mimo swojej często zawyżonej pojemności nie nadają się zupełnie do wymagających aplikacji.
    Problem z kondensatorami Low ESR i Low Impedance istniał ok. 10 lat temu obecnie są to już bardzo rzadkie przypadki w prawidłowo zaprojektowanych układach.
  • #9 17308370
    szeryf3
    Poziom 28  
    Tylko, że cena takiego nowego kondensatora będzie wyższa, a co idzie za tym i cena końcowa produktu też.
  • #10 17317243
    Konto nie istnieje
    Konto nie istnieje  
  • #11 19808640
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Firma EEStor ogłosiła, że zmieni nazwę - ma się nazywać FuelPositive Corporation (4 luty 2021).
    "As announced and greatly supported by our shareholders, EEStor is rebranding as FuelPositive Corporation."
    Wikipedia podaje, że zmianę nazwy ogłoszono w lutym 2021: https://en.wikipedia.org/wiki/EEStor

    A o tych kondensatorach wciąż nie ma informacji, by cokolwiek wyszło - a obiecywali, że samochód elektryczny zasilany z EEStor pokażą pod koniec 2009 roku...
  • #12 19808660
    vorlog
    Poziom 40  
    ArturAVS napisał:
    Co niektóre trzydziesto- czterdziesto-letnie do dziś pracują.

    I jeszcze coś, co mnie prowokuje do wrzasku- kondensatory o pojemnościach 4700-10000µF, dawniej miały wyprowadzenia z grubego drutu, na oko co najmniej 0,75-1mm² a teraz? To już nie są druty tylko druciki... A jak kondensator pracuje w układzie filtra zasilacza liniowego to i prądem sporym operuje.
    V.
  • #13 19808885
    tos18
    Poziom 42  
    Jak to dobrze że są jeszcze kondensatory z wyprowadzeniami snap-in. Może Kolega nie będzie musiał wrzeszczeć.
    ArturAVS napisał:
    A powinno być odwrotnie. Nowsza technologia=dłuższy czas "życia". Miniaturyzacja=Rozumiem. Ale dlaczego miniaturyzacja ma się równać z krótszym żywotem urządzenia?

    Technologia poszła w inną stronę - przy zakupie wybierasz czas życia kondensatora.
    https://www.tme.eu/pl/katalog/kondensatory-elektrolityczne-tht_100260/
    ramka "czas życia" - do wyboru do koloru.
    Czyli planujemy czas pracy urządzenia. Wszak łańcuch jest tak silny jak jego najsłabsze ogniwo
  • #14 19808905
    PPK
    Poziom 29  
    Właśnie dostałem "spadek" warsztatowy. Zasoby kondensatorów i rezystorów z lat 60-80 XX wieku. Wszystko nówki nie śmigane. W tym tantale o wartościach których już chyba nie kupi - 100uF i 220uF. Mam mostek DT-9935. Pomiary wykazały, że np. nie używane elektrolity z początku lat 80, świetnie trzymają pojemność. Oczywiście nie mówiąc o tantalach... Zobaczymy, co z napięciami. Wzruszyły mnie rezystory z lat 60/70. To był początek moich zainteresowań elektroniką... Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami? Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami? Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami? Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami?
  • #15 19809185
    _jta_
    Specjalista elektronik
    Mój błąd, że nie napisałem ostrzeżenia dla tych, którzy przeczytają moją wypowiedź o EEStor. Swoją drogą, temat od początku dotyczył sprawy sprzed ponad 12 lat (patent z 2006-04-25) przed jego założeniem, która wciąż nie została wyjaśniona: ani nie pokazano, że to działa, ani nie ogłoszono, że nie działa. Może jeszcze długo tak pozostanie?
  • #16 19812949
    Olkus
    Poziom 32  
    PPK napisał:
    Właśnie dostałem "spadek" warsztatowy. Zasoby kondensatorów i rezystorów z lat 60-80 XX wieku. Wszystko nówki nie śmigane. W tym tantale o wartościach których już chyba nie kupi - 100uF i 220uF. Mam mostek DT-9935. Pomiary wykazały, że np. nie używane elektrolity z początku lat 80, świetnie trzymają pojemność. Oczywiście nie mówiąc o tantalach... Zobaczymy, co z napięciami.


    Gdyby nie były potrzebne lub miały zalegać to byłbym chętny...

    Pozdrawiam,
    A.
  • #17 19813002
    PPK
    Poziom 29  
    Olkus napisał:
    PPK napisał:
    Właśnie dostałem "spadek" warsztatowy. Zasoby kondensatorów i rezystorów z lat 60-80 XX wieku. Wszystko nówki nie śmigane. W tym tantale o wartościach których już chyba nie kupi - 100uF i 220uF. Mam mostek DT-9935. Pomiary wykazały, że np. nie używane elektrolity z początku lat 80, świetnie trzymają pojemność. Oczywiście nie mówiąc o tantalach... Zobaczymy, co z napięciami.


    Gdyby nie były potrzebne lub miały zalegać to byłbym chętny...

    Pozdrawiam,
    A.

    Podzielić się mogę, bo i tak wszystkiego nie wykorzystam do napraw staroci. Oczywiście zaproponuj jakąś zamianę, żebym też coś z tego miał... Najlepiej zrób listę co potrzebne. M.i. szukam lampy EM-34 w miarę ŚWIECĄCEJ bo tej jednej zabrakło mi do mojego Grundiga 5080. Co prawda mam ruską 6E5C ale też słabo świeci... Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami? Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami?
REKLAMA