Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Czy to moment, aby pożegnać się z aluminiowymi kondensatorami?

ghost666 24 Cze 2018 23:38 2736 9
  • 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
  • #2 25 Cze 2018 17:43
    timo66
    Poziom 22  

    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 25 Cze 2018 18:29
    HD-VIDEO
    Poziom 38  

    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 25 Cze 2018 18:43
    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 25 Cze 2018 23:44
    arturavs
    Poziom 38  

    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 26 Cze 2018 10:56
    _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...

  • #7 27 Cze 2018 01:00
    PPK
    Poziom 26  

    A co mówią inżynierowie z EEStor o CENACH ???

  • #8 28 Cze 2018 20:13
    Macosmail
    Poziom 33  

    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 02 Lip 2018 14:14
    szeryf3
    Poziom 15  

    Tylko, że cena takiego nowego kondensatora będzie wyższa, a co idzie za tym i cena końcowa produktu też.

  Szukaj w 5mln produktów