Перейти к содержанию

Почему греется электролитический конденсатор?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Электролитический конденсатор греет его собственное ESR: переменная составляющая тока выделяет на нём мощность

P=Iпульс2⋅ESRP = I_\text{пульс}^2 \cdot ESR

Нормальный нагрев — следствие расчётного тока пульсаций; лишний — признак перегрузки, перенапряжения, обратной полярности или старения.

Расчёт потерь для Nichicon UPW 1000 мкФ, 10 В

ESR на 120 Гц получаем из tan δ каталога: ESR=tan⁡δ/(2πfC)ESR = \tan\delta / (2\pi f C). Наш расчёт:

ЧастотаESR или импеданс (20 °C)Ток пульсацийПотери
120 Гц0,19 / (2π·120·0,001) ≈ 0,25 Ом0,5 А0,063 Вт
100 кГц0,068 Ом (каталог)1,05 А0,075 Вт
100 кГц, −10 °C0,136 Ом (каталог)1,05 А0,15 Вт

Допустимый ток этого конденсатора — 1050 мА при 105 °C и 100 кГц; для 120 Гц каталог даёт ёмкостям 390–1000 мкФ коэффициент 0,75, то есть около 790 мА. Для серии UVR на 85 °C норма тока дана сразу на 120 Гц: при той же ёмкости UVR греется сильнее, потому что tan δ у него 0,24 против 0,19.

Причины лишнего нагрева

  1. Ток пульсаций выше нормы. Типично после выпрямителя без дросселя и на выходе импульсного преобразователя. Измерьте пульсации тока или пересчитайте по пульсациям напряжения и импедансу.
  2. Перенапряжение. Nichicon требует, чтобы пиковое напряжение, включая выбросы, не превышало номинал; выше него растёт ток утечки, и конденсатор греется уже постоянным током.
  3. Обратная полярность. Даже кратковременная ведёт к разогреву и газу — подробно в ответе «Что будет, если перепутать полярность электролитического конденсатора?».
  4. Соседи. Радиатор, трансформатор или силовой резистор рядом поднимают температуру корпуса без всякого тока; ресурс при этом сокращается так же, как от собственного нагрева.
  5. Старение. ESR к концу ресурса удваивается, потери — тоже. Как связаны температура, ток и срок службы, показывает калькулятор ресурса конденсатора.

Что проверить

Температуру корпуса относительно соседних деталей, вздутие и следы электролита, ёмкость и ESR прибором. Если конденсатор греется при выключенной нагрузке, ищите перенапряжение или утечку; если только под нагрузкой — ток пульсаций. Признаки вышедшего из строя конденсатора — в ответе «Что будет, если конденсатор вышел из строя?», выбор замены по току и температуре — в ответе «Как выбрать электролитический конденсатор?».

Похожие вопросы

Какой нагрев конденсатора считается нормальным?

Каталог Nichicon не задаёт отдельную норму перегрева: он нормирует допустимый ток пульсаций при верхней температуре категории (105 °C для UPW, 85 °C для UVR) и ресурс при этом токе. Если ток в схеме ниже нормы с поправкой на частоту, нагрев заложен в ресурс; если выше — конденсатор стареет быстрее, чем обещано.

Почему старый конденсатор греется сильнее нового?

С потерей электролита растёт ESR, а с ним и потери I²·ESR при том же токе. Nichicon считает концом ресурса рост tan δ до 200 % начального значения и уход ёмкости на ±20 %, то есть потери к концу срока службы удваиваются.

Можно ли заменить греющийся конденсатор на такой же, но 105 °C?

Да, если причина — температура, а не ток: серия на 105 °C с тем же током пульсаций проживёт дольше при том же нагреве. Если ток пульсаций выше нормы, нужна серия с низким импедансом и большим допустимым током, например UPW вместо UVR, или два конденсатора параллельно.

Источники

  1. Nichicon. UPW: Miniature Sized, Low Impedance, High Reliability For Switching Power Supplies (CAT.8100N) — диапазон −55…+105 °C; tan δ при 120 Гц, 20 °C: 0,22 (6,3 В), 0,19 (10 В), 0,10 (50 В), плюс 0,02 на каждые 1000 мкФ сверх 1000 мкФ; таблица 10 В: 1000 мкФ 10×16 — импеданс 0,068 Ом (20 °C/100 кГц) и 0,136 Ом (−10 °C), допустимый ток пульсаций 1050 мА (105 °C/100 кГц); частотные коэффициенты тока пульсаций: 120 Гц — 0,30 (15–47 мкФ), 0,65 (68–330 мкФ), 0,75 (390–1000 мкФ), 0,85 (1200 мкФ и больше), 10 кГц и выше — 1,00; ресурс 3000 ч (ø8) … 8000 ч (ø16 и больше) при 105 °C с номинальным током пульсаций, пиковое напряжение не выше номинального; критерии: tan δ не более 200 % начального, ΔC в пределах ±20 %
  2. Nichicon. UVR: Miniature Sized Aluminum Electrolytic Capacitors (CAT.8100M) — диапазон −40…+85 °C; tan δ при 120 Гц: 0,28 (6,3 В), 0,24 (10 В), 0,12 (50 В); допустимый ток пульсаций нормируется при 85 °C/120 Гц; ресурс 2000 ч при 85 °C и номинальном напряжении; частотные коэффициенты тока пульсаций 0,75–0,90 при 50 Гц, 1,00 при 120 Гц, 1,15–2,00 при 10 кГц и выше
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также