Ostatnio wiele uwagi poświęcamy ilości odpadów elektronicznych (e-śmieci), które wszyscy generujemy. Produkty, takie jak smartfony, telewizory, przeróżne gadżety i inne akcesoria wszelkiego rodzaju są po prostu wyrzucane po kilku latach, albo dlatego, że są przestarzałe - ze względu na krótki cykl życia - albo po prostu zawodzą, uszkadzają się. Duża część obecnej dyskusji na temat ograniczania ilości tych odpadów koncentruje się na poprawie możliwości naprawy lub wspieraniu recyklingu.
Rys.1.Ten prosty zegar LED przygasał i uległ awarii po kilku latach z powodu awarii kondensatora elektrolitycznego.
Problem polega na tym, że pomimo dobrych intencji, w praktyce trudno jest wytwarzać tanie, masowe urządzenia, które można łatwo naprawić ze względu na dostęp fizyczny, bezpieczeństwo użytkownika i z uwagi na części zamienne, czy to jako pojedyncze komponenty, czy płytki drukowane. Części zamienne i poradniki do samodzielnego montażu trafiają na rynek, jeżeli marki rozważają możliwość naprawy. Recykling jest również dość trudny i pełen pułapek, ponieważ produkty elektroniczne mają skomplikowane układy i ogromną ilość wykorzystywanych materiałów i pierwiastków. Zauważcie: pomimo prostoty w teorii, w rzeczywistości recykling nawet podstawowych materiałów eksploatacyjnych, takich jak szkło czy papier, jest zaskakująco trudny. Dlatego nie dziwi fakt, że recykling elektroniki – cokolwiek ten termin faktycznie oznaczać ma w praktyce – jest o rząd wielkości trudniejszym wyzwaniem.
Ale jest jeszcze inna perspektywa: dlaczego nie spojrzeć na powód, dla którego produkty są tak często wyrzucane i spróbować zredukować tę liczbę? Dwa najczęstsze powody wyrzucania produktów to to, że są przestarzałe – często dopiero po kilku latach – lub jakoś zawiodły czy popsuły się i nie opłaca się ich naprawiać lub nie jest to możliwe lub jest bardzo niepraktyczne. Pytanie brzmi: czy można zmniejszyć ten wskaźnik?
Jak twierdzi autor artykułu na podstawie swoich osobistych doświadczeń, anegdot od kolegów inżynierów oraz czatów i forów internetowych, wydaje się, że istnieją dwie główne przyczyny awarii wielu produktów konsumenckich, inne niż fizyczne nadużycia lub rażąca awaria mechaniczna:
Po pierwsze - akumulator nie jest już zdatny do dalszego do użytku i jest trudny lub niemożliwy do wymiany albo też zasilanie sieciowe danego urządzenia uległo awarii. Wydłużenie żywotności baterii przy większej liczbie cykli ładowania jest obecnie przedmiotem intensywnych badań, a ułatwienie ich wymiany byłoby doskonałym rozwiązaniem tymczasowym.
Po drugie - uszkodzenia zasilacza. Prawie we wszystkich przypadkach główną przyczyną jest awaria kondensatorów elektrolitycznych używanych do filtrowania zasilacza – zwykle o pojemności około 100 μF. Są one często określane jako kondensatory objętościowe, ze względu na ich stosunkowo wysoką pojemność w porównaniu do znacznie mniejszych kondensatorów filtrujących zasilane w obwodzie czy do taktowania. Podać można dwa ilustracyjne przykłady.
Niedrogi, duży zegar LED zasilany prądem przemiennym z gniazdka. Kosztował on około 15 dolarów i mając około pięciu lub sześciu lat zaczął nierówno świecić - diody były ciemniejsze niż zwykle (patrz rysunek 1). Początkowo wydawać mogłoby się, że diody LED się starzeją, tak jak to się czasami dzieje. Autor próbował nawet obliczyć, które segmenty są „włączone” najczęściej w czasie doby i dlatego powinny pokazać najwięcej wypalenia.
Rys.2. Odbiornik telewizji naziemnej - działał dobrze, ale kondensatory w jego zasilaczu uległy awarii po kilku latach, pomimo pracy przez kilka godzin dziennie.
Po zbadaniu tej hipotezy, okazało się, że gorzej świecące segmenty nie korelują się z ich obciążeniem, Dodatkowo, zauważono, że niektóre z segmentów mrugają. To doprowadziło do bardziej prawdopodobnej diagnozy: kondensatory elektrolityczne filtrujące zasilanie starzeją się. Oczywiście zegar ten pracuje 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu i nie ma możliwości przejścia w tryb czuwania, co oznacza, że zasilacz zawsze dostarcza maksymalnego prądu do obciążenia.
Kilka miesięcy później diody jeszcze bardziej przygasły, a następnie urządzenie przestało w ogóle działać. Zamiast wyrzucać go i kupować nowy zegar, autor spróbował go naprawić. Na szczęście to urządzenie było łatwe do otwarcia, a kondensatory były łatwo dostępne na płytce drukowanej. Wymieniłem je (koszt około 4 dolarów), a zegar znowu działał dobrze, a segmenty LED były ładne, równe i jasne.
Podobnym przypadkiem jest konwerter telewizji cyfrowej/analogowej - urządzenie o wartości 50 dolarów, którego autor artykułu nadal używa wraz ze starym, ale działającym telewizorem (rysunek 2). Tak, być może autor jest zbyt przywiązany do tego telewizora (z około 1996 roku) i mógłby go już zmienić. W ciągu ostatnich ośmiu lat kondensatory filtrujące w tym urządzeniu dwukrotnie uległy awarii, mimo że konwerter przechodzi w tryb czuwania już po kilku godzinach bezczynności, a więc ma realnie dosyć skromne obciążenie - przy pełnym obciążeniu kondensatory pracują tylko przez niewielki czas w ciągu dnia.
Płytka PCB po stronie RF jest złożona i poprawnie zaprojektowana. Oddzielna płytka dla zasilacza AC/DC jest wykonana z jednostronnego laminatu z tworzywa fenolowego, które nadal jest stosowane na większą skalę. Wymiana kondensatorów na tej płytce nie jest złożona, wymaga tylko zwykłej lutownicy i odrobinę uwagi (rysunek 3).
Rys. 3. Płyta zasilacza (po lewej) z uszkodzonymi kondensatorami (zakreślona) była łatwo dostępna, z jednostronną płytką fenolową w przeciwieństwie do złożonej, wielowarstwowej płytki FR-4 RF po prawej stronie.
Oczywiście żadna z opisywanych napraw, związanych z wymianą kondensatorów, nie jest praktyczna dla przeciętnego konsumenta. Wymagają czasu, doświadczenia i pewnych umiejętności, aby otworzyć obudowę, wylutować kondensatory i zainstalować nowe. Jednakże gdyby układy te oryginalnie posiadały kondensatory elektrolityczne lepszej klasy, które byłyby w stanie dłużej pracować, nic z tego nie byłoby konieczne, a składowiska nie byłyby obciążone wyrzucanymi jednostkami, które są faktycznie w dobrym stanie, nadają się do użytku i nie są przestarzałe.
Jedną rzeczą jest argumentowanie za ułatwieniem naprawy i recyklingu już na etapie projektowania, ale surowe realia współczesnej elektroniki sprawiają, że jest to dość trudne i wymagające. Mimo to, jeśli stosowanie lepszych kondensatorów w urządzeniach wydłuża żywotność całych produktów, które dzięki temu nie skończą na śmietniku, zanim nie staną się przestarzałe, to czy nie byłoby to lepsze rozwiązanie, zwłaszcza w tych najprostszych konstrukcjach? A może myślenie, że tak się stanie, to myślenie życzeniowe, ponieważ te lepsze kondensatory zwiększają koszty, a konsumenci nie zapłacą ani dolara więcej za zegar, który mówi na opakowaniu że ma "10-letnią żywotność wyświetlacza"?
Źródło: https://www.edn.com/would-better-electrolytic-capacitors-reduce-e-waste/
Rys.1.Ten prosty zegar LED przygasał i uległ awarii po kilku latach z powodu awarii kondensatora elektrolitycznego.
Problem polega na tym, że pomimo dobrych intencji, w praktyce trudno jest wytwarzać tanie, masowe urządzenia, które można łatwo naprawić ze względu na dostęp fizyczny, bezpieczeństwo użytkownika i z uwagi na części zamienne, czy to jako pojedyncze komponenty, czy płytki drukowane. Części zamienne i poradniki do samodzielnego montażu trafiają na rynek, jeżeli marki rozważają możliwość naprawy. Recykling jest również dość trudny i pełen pułapek, ponieważ produkty elektroniczne mają skomplikowane układy i ogromną ilość wykorzystywanych materiałów i pierwiastków. Zauważcie: pomimo prostoty w teorii, w rzeczywistości recykling nawet podstawowych materiałów eksploatacyjnych, takich jak szkło czy papier, jest zaskakująco trudny. Dlatego nie dziwi fakt, że recykling elektroniki – cokolwiek ten termin faktycznie oznaczać ma w praktyce – jest o rząd wielkości trudniejszym wyzwaniem.
Ale jest jeszcze inna perspektywa: dlaczego nie spojrzeć na powód, dla którego produkty są tak często wyrzucane i spróbować zredukować tę liczbę? Dwa najczęstsze powody wyrzucania produktów to to, że są przestarzałe – często dopiero po kilku latach – lub jakoś zawiodły czy popsuły się i nie opłaca się ich naprawiać lub nie jest to możliwe lub jest bardzo niepraktyczne. Pytanie brzmi: czy można zmniejszyć ten wskaźnik?
Jak twierdzi autor artykułu na podstawie swoich osobistych doświadczeń, anegdot od kolegów inżynierów oraz czatów i forów internetowych, wydaje się, że istnieją dwie główne przyczyny awarii wielu produktów konsumenckich, inne niż fizyczne nadużycia lub rażąca awaria mechaniczna:
Po pierwsze - akumulator nie jest już zdatny do dalszego do użytku i jest trudny lub niemożliwy do wymiany albo też zasilanie sieciowe danego urządzenia uległo awarii. Wydłużenie żywotności baterii przy większej liczbie cykli ładowania jest obecnie przedmiotem intensywnych badań, a ułatwienie ich wymiany byłoby doskonałym rozwiązaniem tymczasowym.
Po drugie - uszkodzenia zasilacza. Prawie we wszystkich przypadkach główną przyczyną jest awaria kondensatorów elektrolitycznych używanych do filtrowania zasilacza – zwykle o pojemności około 100 μF. Są one często określane jako kondensatory objętościowe, ze względu na ich stosunkowo wysoką pojemność w porównaniu do znacznie mniejszych kondensatorów filtrujących zasilane w obwodzie czy do taktowania. Podać można dwa ilustracyjne przykłady.
Niedrogi, duży zegar LED zasilany prądem przemiennym z gniazdka. Kosztował on około 15 dolarów i mając około pięciu lub sześciu lat zaczął nierówno świecić - diody były ciemniejsze niż zwykle (patrz rysunek 1). Początkowo wydawać mogłoby się, że diody LED się starzeją, tak jak to się czasami dzieje. Autor próbował nawet obliczyć, które segmenty są „włączone” najczęściej w czasie doby i dlatego powinny pokazać najwięcej wypalenia.
Rys.2. Odbiornik telewizji naziemnej - działał dobrze, ale kondensatory w jego zasilaczu uległy awarii po kilku latach, pomimo pracy przez kilka godzin dziennie.
Po zbadaniu tej hipotezy, okazało się, że gorzej świecące segmenty nie korelują się z ich obciążeniem, Dodatkowo, zauważono, że niektóre z segmentów mrugają. To doprowadziło do bardziej prawdopodobnej diagnozy: kondensatory elektrolityczne filtrujące zasilanie starzeją się. Oczywiście zegar ten pracuje 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu i nie ma możliwości przejścia w tryb czuwania, co oznacza, że zasilacz zawsze dostarcza maksymalnego prądu do obciążenia.
Kilka miesięcy później diody jeszcze bardziej przygasły, a następnie urządzenie przestało w ogóle działać. Zamiast wyrzucać go i kupować nowy zegar, autor spróbował go naprawić. Na szczęście to urządzenie było łatwe do otwarcia, a kondensatory były łatwo dostępne na płytce drukowanej. Wymieniłem je (koszt około 4 dolarów), a zegar znowu działał dobrze, a segmenty LED były ładne, równe i jasne.
Podobnym przypadkiem jest konwerter telewizji cyfrowej/analogowej - urządzenie o wartości 50 dolarów, którego autor artykułu nadal używa wraz ze starym, ale działającym telewizorem (rysunek 2). Tak, być może autor jest zbyt przywiązany do tego telewizora (z około 1996 roku) i mógłby go już zmienić. W ciągu ostatnich ośmiu lat kondensatory filtrujące w tym urządzeniu dwukrotnie uległy awarii, mimo że konwerter przechodzi w tryb czuwania już po kilku godzinach bezczynności, a więc ma realnie dosyć skromne obciążenie - przy pełnym obciążeniu kondensatory pracują tylko przez niewielki czas w ciągu dnia.
Płytka PCB po stronie RF jest złożona i poprawnie zaprojektowana. Oddzielna płytka dla zasilacza AC/DC jest wykonana z jednostronnego laminatu z tworzywa fenolowego, które nadal jest stosowane na większą skalę. Wymiana kondensatorów na tej płytce nie jest złożona, wymaga tylko zwykłej lutownicy i odrobinę uwagi (rysunek 3).
Rys. 3. Płyta zasilacza (po lewej) z uszkodzonymi kondensatorami (zakreślona) była łatwo dostępna, z jednostronną płytką fenolową w przeciwieństwie do złożonej, wielowarstwowej płytki FR-4 RF po prawej stronie.
Oczywiście żadna z opisywanych napraw, związanych z wymianą kondensatorów, nie jest praktyczna dla przeciętnego konsumenta. Wymagają czasu, doświadczenia i pewnych umiejętności, aby otworzyć obudowę, wylutować kondensatory i zainstalować nowe. Jednakże gdyby układy te oryginalnie posiadały kondensatory elektrolityczne lepszej klasy, które byłyby w stanie dłużej pracować, nic z tego nie byłoby konieczne, a składowiska nie byłyby obciążone wyrzucanymi jednostkami, które są faktycznie w dobrym stanie, nadają się do użytku i nie są przestarzałe.
Jedną rzeczą jest argumentowanie za ułatwieniem naprawy i recyklingu już na etapie projektowania, ale surowe realia współczesnej elektroniki sprawiają, że jest to dość trudne i wymagające. Mimo to, jeśli stosowanie lepszych kondensatorów w urządzeniach wydłuża żywotność całych produktów, które dzięki temu nie skończą na śmietniku, zanim nie staną się przestarzałe, to czy nie byłoby to lepsze rozwiązanie, zwłaszcza w tych najprostszych konstrukcjach? A może myślenie, że tak się stanie, to myślenie życzeniowe, ponieważ te lepsze kondensatory zwiększają koszty, a konsumenci nie zapłacą ani dolara więcej za zegar, który mówi na opakowaniu że ma "10-letnią żywotność wyświetlacza"?
Źródło: https://www.edn.com/would-better-electrolytic-capacitors-reduce-e-waste/
Cool? Ranking DIY
Dobrym przykładem "padających" kondensatorów są np. leciwe już dziś dekodery N-box czy też zasilacze komputerowe w których kondensatory w sekcji zasilania traciły swe właściwości na potęgę. Może mam dziwne przyzwyczajenia ale oprócz kilku nowych przyrządów pomiarowych do warsztatu całe wyposażenie (oprócz AGD) mam używane/po leasingowe dobrych marek. Np. dwa monitory 42" Nec w wykonaniu przemysłowym kupione nawet nie za cenę złomu. Planowane postarzanie produktu/używanie kiepskich komponentów to dziś norma niestety.
