Apa yang terjadi dengan kapasitor elektrolit di abad ke-21?

Kita kadang-kadang dapat melihat kapasitor berusia beberapa dekade (seperti yang dibuat di USSR) masih berfungsi. Mereka lebih besar dan lebih berat , tetapi tahan lama dan tidak kering. Kapasitor aluminium modern berfungsi selama sekitar 11 tahun, jika Anda beruntung, maka menjadi kering dan diam-diam gagal. Saya ingat perangkat awal 2000-an di mana kapasitor gagal setelah 3-4 tahun layanan, dan belum tentu perangkat low-end (salah satu contoh adalah modem kabel E-TECH ICE-200 senilai ∼ 240 USD pada tahun 2000). Perbaikan karena kapasitor elektrolit yang gagal menjadi hal yang lumrah, sesuatu yang tidak biasa pada 1980-an.

Apakah degradasi tahun 1990-an ini disebabkan oleh produksi massal yang murah? Atau oleh teknologi yang tidak teruji terkait dengan miniaturisasi? Atau banyak produsen yang tidak peduli?

Tampaknya tren sekarang terbalik, dan kapasitor terbaru sedikit lebih baik daripada yang dari 1994-2002. Bisakah para ahli mengkonfirmasinya?

Ada periode waktu di mana banyak kapasitor dibuat dengan elektrolit yang cerdik, terutama oleh beberapa produsen besar Taiwan. Kapasitor tampak oke dalam berbagai tes ketika baru, tetapi mereka tidak menua dengan baik. Karena butuh beberapa tahun untuk kapasitor gagal, dan tingkat kegagalan yang tinggi untuk diketahui, banyak dari mereka telah diproduksi dan dibangun ke dalam hal-hal sebelum orang menyadari ada masalah. Kemudian butuh beberapa tahun lagi untuk hal-hal untuk meninggalkan sirkulasi.

Tepatnya mengapa produsen ini memiliki masalah elektrolit tidak sepenuhnya jelas. Mereka menggunakan elektrolit baru berbasis air yang telah dikembangkan di Jepang dan bekerja dengan sangat baik. Agaknya produsen yang lebih murah telah melewatkan sesuatu atau memotong sudut saat mereproduksi (atau merobek) penelitian Jepang.

Jenis kapasitor yang terpengaruh murah, kapasitansi besar, kapasitor ESR rendah. Ini adalah jenis hal yang muncul dalam sejumlah besar perangkat konsumen, sehingga masalahnya menjadi dikenal di komunitas yang lebih luas. Plus, mode kegagalan kapasitor ini adalah pecah dan ventilasi, sehingga mudah bahkan orang yang tidak terbiasa dengan elektronik untuk melihat komponen mana yang salah ketika motherboard mereka berhenti bekerja.

Wikipedia memiliki artikel tentang hal itu: Wabah Kapasitor

Spionase industri salah. Diverifikasi bertahun-tahun setelah fakta.

Padahal itu sudah diduga sejak awal. (Artikel keberanian dari The Wayback Machine , karena aslinya hilang dari web.)

Cerita dasar: Guy meninggalkan pabrikan kapasitor Jepang Rubycon dan pergi bekerja untuk sebuah perusahaan di China, membawa salinan formula elektrolit untuk kapasitor elektrolit aluminium kinerja tinggi dengannya.

Kemudian, sebagian dari staf Cina-nya pergi dan bekerja untuk sebuah pabrik kapasitor di Taiwan. Mereka juga mengambil salinan formula Rubycon, tetapi membakarnya di suatu tempat di sepanjang jalan.

Jadi, pabrikan di Taiwan membangun apa yang menurutnya bernilai, topi berkualitas tinggi yang diproduksi menggunakan formula Rubycon. Dia menjualnya dengan harga yang bagus, tetapi lebih murah daripada Rubycon dan menjanjikan kualitas yang sama.

Banyak perusahaan membeli dan memasang topi ini, kemudian semuanya mulai gagal berbondong-bondong.

Selama 70-an perhitungan Mil-Std-HDBK217 untuk MTBF termasuk faktor percepatan terbalik ke sirkuit ESR. Ini menyiratkan arus lonjakan dan kenaikan termal yang pada gilirannya mengikuti efek Arhennius dari degradasi lokal. Penyerangan dgn gas beracun adalah peringatan dini utama dengan penutup yang menonjol.

Ingat juga, pengembangan SMPS sedang meningkat karena tekanan biaya material menuntut biaya yang lebih rendah dan bagian ESR yang lebih rendah. Ini berarti mengabaikan mode kegagalan alami ESR sirkuit untuk mendapatkan konverter efisiensi tinggi.

Jadi tren untuk melihat lebih banyak kegagalan tutup SMPS sebagian karena desainer mengabaikan efek penuaan pada ESR dan pelarian termal yang melekat ketika pemanasan sendiri diikuti.

Benar, teknologi baru elektrolitik telah meningkat serta permukaan konduktor menjadi lebih rendah ESR dalam foil. Meningkatnya biaya tantalum dari tempat-tempat seperti Rusia memaksa perusahaan untuk beralih ke Aluminium electrolytics.

kita harus mengevaluasi MTBF pada kasus per kasus jika akar penyebabnya adalah:

• desain yang buruk,
• bagian yang buruk,
• proses buruk (tidak ada fluks bersih atau Aqua bersih dengan residu asam, atau lonjakan termal berlebih pada profil reflow, dll.).

Modem kelas atas tidak memvalidasi jika mereka menggunakan suku cadang berkualitas tinggi dengan verifikasi MTBF dilakukan sendiri dan mungkin hanya mempercayai pemasok.

Umumnya MTBF kapasitor terbaik berasal dari perusahaan-perusahaan di Jepang, Taiwan dan Cina yang ke-3 jauh karena keandalan QA dan ketekunan verifikasi kontrol proses yang diperlukan untuk bagian umur panjang. Kontaminasi bahan merupakan penyebab utama dalam pembuatan topi.

**** Peningkatan terbesar dalam Aluminium Elektrolit adalah tetapan waktu pengisian / pengosongan T = ESR x C telah berkurang sama atau lebih baik dengan tantalum pada kadar ESR rendah, dalam beberapa kasus tetapi tidak semua. Anda harus menghitung kali ini Anda memilih topi yang harus ESR rendah dan membandingkan 10 bagian dengan 1 @ 10x nilai untuk topi jembatan besar. Jika lebih kecil, kemungkinan Anda mendapatkan ESR yang lebih rendah dan SRF yang lebih tinggi atau jika dalam tegangan ukuran yang sama dan keluarga hanya konstan yang sama T.
Tutup ESR sangat rendah. sekarang <1 ~ 20 us sedangkan tujuan umum adalah 100 us hingga> 1 ms. ****

Alasan utama adalah:

• Wabah kapasitor 1999-2002 - upaya untuk mereproduksi formula Rubycon Inc. yang dicuri untuk elektrolit, yang memburuk.
• Sebaliknya mengubah komposisi elektrolit; lebih banyak H ₂ O (berguna untuk mendapatkan ESR yang lebih rendah) membuatnya lebih korosif.
• Optimalisasi biaya karena semakin banyaknya produksi elektronik.
• Kesalahan dalam desain, proses, atau bahan berkualitas rendah; kontrol kualitas yang buruk.

Salah satu alasan mungkin ada hubungannya dengan sirkuit di sekitar kapasitor, bukan kapasitor itu sendiri. Sampai (sekitar tahun 1980), sebagian besar catu daya beroperasi pada frekuensi listrik (50 atau 60 Hz), menggunakan kapasitor filter besar setelah jembatan dioda, dan linear pasca-regulator, menggunakan beberapa kapasitor lebih banyak di sebagian besar DC, dengan hanya mal. Komponen AC. Tidak banyak masalah yang disebabkan oleh arus RMS di dalam kapasitor, dan (sangat) ESR rendah tidak menjadi masalah besar karena bahkan dengan resistansi internal yang tinggi, kapasitor tidak akan memanas banyak hanya dengan sendirinya.

Kemudian, catu daya mode-beralih (dan pasca-regulator, termasuk konverter step-down load-of-load) menjadi semakin populer, dan mereka menempatkan arus RMS yang jauh lebih besar pada kapasitor yang mereka gunakan. Oleh karena itu, pilihan kapasitor yang tepat menjadi semakin penting, dan keputusan desain yang tidak bijaksana menjadi lebih penting. Juga, dengan miniaturisasi, lebih banyak komponen berakhir di selungkup yang lebih kecil, membuat pembuangan panas menjadi lebih kritis. Semakin kecil Anda membangun perangkat Anda, semakin sulit untuk memisahkan komponen-komponen panas dari kapasitor yang peka terhadap panas. Kapasitor kecil (diameter 5 mm) 10 μF / 16 V dengan nilai 2000 h / 105 ° C di sebelah heat sink besar? Ide buruk. Kapasitor 47 μF / 400 V berukuran besar (diameter 25 mm) dengan nilai 5000 h / 105 ° C ditempatkan di tempat dingin catu daya switching Anda? Bahkan mungkin tidak pernah menjadi masalah yang nyata.

Juga, untuk sementara waktu, rangkaian mungkin menuntut lebih dari apa yang bisa dicapai oleh kemajuan teknologi kapasitor. Desainer mungkin tidak menyadari pentingnya peringkat I _RMS dan pemanasan internal. Tambahkan tekanan terus-menerus untuk menghemat uang pada komponen apa pun, pertimbangkan fakta bahwa kapasitor cenderung menjadi komponen Anda yang lebih mahal, simpulkan bahwa ini menjadikan tutup area fokus ketika berhadapan dengan penghitungan sen, dan Anda memiliki penjelasan yang bagus.

Jadi, agar adil, itu bukan hanya topi, itu juga desain keseluruhan dan aplikasi topi di sirkuit yang semakin banyak menuntut.

Karena itu, saya dengan senang hati menggunakan beberapa perangkat dengan catu daya switching komersial selama bertahun-tahun tanpa masalah, dan saya juga telah mengganti sejumlah besar kapasitor (tanggal dari akhir 70-an, misalnya, dalam hal-hal seperti reel-to- berkualitas tinggi reel tape recorder atau alat uji dan pengukuran).

Kemudian, kapasitor keramik menyusul. Sebelum sekitar tahun 2005, 22 μF pada 25 V dalam paket 1206 SMD jarang terjadi. Hari ini, Anda dapat menggunakannya sebagai ganti topi elektrolitik atau jenis tantalum, dan bahkan tidak menghabiskan lebih banyak uang. Ini memungkinkan untuk membuat keputusan desain keseluruhan yang sangat baik: Hindari tutup tantalum (karena mereka sangat sensitif terhadap lonjakan arus atau tegangan, bahkan yang sangat kecil. Gunakan tutup elektorlytic hanya ketika Anda membutuhkan banyak kapasitansi, dan ketika Anda dapat memilih yang besar kaleng yang biasanya memiliki masa manfaat lebih lama. Ambil tutup keramik yang bagus untuk yang lainnya.

Kapasitor sangat bervariasi dalam mode kegagalan karena penuaan, dan sebenarnya tidak benar bahwa desain lama selalu lebih baik.

Orang yang memperbaiki peralatan vintage hampir selalu akan mengganti kapasitor tertentu tanpa mengujinya, dan memastikan mereka menguji yang lain hanya untuk memastikan.

Misalnya, persegi panjang lilin lama adalah tempat pembuangan akhir yang cukup beracun ketika Anda membuka penguat lama. Mereka akan berumur jauh dari spec. Belum lagi peralatan yang sama diasumsikan kualitas tegangan listrik tertentu yang telah berubah selama beberapa dekade, yang akan menggerakkan daya Anda atau sinyal tegangan tinggi atau tutup decoupling jauh di luar spesifikasi terukur mereka bahkan ketika baru.

Tapi, seperti yang orang lain tunjukkan, itu adalah hal yang rumit. Bahan-bahan, manufaktur, pasar semuanya telah banyak berubah, yang berdampak luas pada industri. Secara umum, kapasitor modern pada titik harga tertentu per lot ribuan jauh lebih baik daripada perangkat yang sama dari masa lalu.

Satu-satunya referensi saya untuk ini adalah saluran YouTube seperti Lab Mr. Carlson, seperti yang terlihat di sidebar SE.EE!