Apa yang membunuh topi X2 ini?

24

Beberapa tahun yang lalu, saya merancang dimmer yang dikendalikan MCU yang menggerakkan lampu halogen utama 150W. Ini di Eropa Barat; 50Hz 230VAC. Ia menggunakan kapasitor pengenal X2 sebagai penurun kapasitif untuk catu daya, dan kapasitor pengenal X2 lainnya untuk penindasan gangguan:

Diagram sirkuit dimmer cutting-edge fase terkontrol terkemuka MCU

Dimmer secara bertahap mulai mengalami kesalahan, dan pada debugging saya menemukan bahwa semua tutup X2 telah mati (berarti mereka memiliki kurang dari 10% dari kapasitansi terukur yang tersisa):

Gambar C1, C2, C5, Cnew

Tutup pada gambar:

  • C1 , kapasitif penetes, harus 100nF, ukuran 6.4nF
  • C2 , kapasitif penetes, harus 100nF, ukuran 6.9nF
  • C5 , penindasan gangguan, harus 100nF, mengukur 1,4nF
  • Cnew , tutup ish segar dari tempat sampah saya, berukuran 93nF

Semuanya mengukur sirkuit terbuka (> 40MΩ) pada tahanan.

C1 , C2 , dan Cnew diberi label MEX/TENTA MKP 0.1µF K X2 275VAC 40/100/21 [approval logos] EN 60384-14 01-14 250VAC; 275VAC nominal dinilai (jauh lebih tinggi dari tegangan, datasheet di sini ). Mereka semua berasal dari batch yang sama, dibeli pada September 2016. Saya curiga 01-14adalah kode tanggal, jadi mereka akan dari awal 2014.

C5 berasal dari merek yang sama; ini memiliki tanda yang hampir sama (kecuali EN 132400), tetapi secara fisik lebih besar. Saya mendapatkannya sebagai bagian dari beberapa kit Velleman tahun lalu, di mana itu juga digunakan sebagai topi penekan. Tidak ada lembar data.

Apa yang menyebabkan tutup ini kehilangan kapasitansi?

  • Apakah penurunan perilaku normal ini untuk topi X2? Peredupan lampu melihat banyak penggunaan, ditenagai sekitar 7000 jam.
  • Haruskah saya menurunkan topi lebih banyak? Saya setuju 230VAC cukup dekat dengan 275VAC, tetapi seperti yang saya pahami itu adalah peringkat nominal mereka, dan mereka harus mampu menangani transien jauh di atas itu. Selain itu, 275VAC tampaknya merupakan peringkat paling umum yang tersedia di Digikey dan sejenisnya.
  • Apakah saya salah menggunakan kapasitor?
  • Apakah kapasitor ini dari merek / seri / batch yang buruk?

Pembaruan: Mungkin relevan: dimmer diaktifkan melalui sakelar mekanis, dan telah melihat sekitar 1.000 siklus sakelar on / off selama masa pakainya. Mungkin transien dari sakelar mekanis berperan?

marcelm
sumber
2
Eropa Barat adalah 50 Hz, bukan 60 Hz.
Transistor
@Transistor Tentu saja! Saya tidak yakin apa yang saya pikirkan ketika saya mengetik 60Hz ... Terima kasih dan diperbaiki!
marcelm
1
230VAC adalah RMS, apakah kapasitor tahan spesifikasi 275VAC puncak atau RMS? Anda memaparkan ini ke puncak siklik 325V, tidak pernah terlepas dari kondisi abnormal.
Ben Voigt
2
@ BenVoigt Lihat lembar data yang saya tautkan; mereka diberi peringkat untuk penggunaan listrik 275VAC; tahan tegangan diberikan sebagai 1183VDC selama 60 detik + 2000VDC selama 1 detik.
marcelm

Jawaban:

32

Ini adalah Kapasitor Penindas Interferensi dan memiliki sifat retardansi nyala yang sangat baik, penyembuhan diri sendiri, percikan api, tetapi ini TIDAK dimaksudkan untuk pengisian pulsa seri berkelanjutan karena digunakan dalam Triac ini dalam beban lonjakan Halogen yang redup.

Meskipun mereka tidak keluar dan mengatakan ini dalam lembar data, pengalaman saya dari topi MEX-X2 yang serupa memberi tahu saya ini dari pengalaman sebelumnya dan didukung oleh lembar data MKP X2 Vishay-Roederstein yang serupa.

Dalam cetakan halus, spesifikasi TENTA menunjukkan WAKTU KEMBALI MAKSIMUM 250Vac: 120V / mikrodetik. Ini berarti arus maksimum yang dapat ditanganinya menggunakan Ic = CdV / dt dengan dV / dt diberi peringkat 120V / us maks.

Jadi bagaimana arus pulsa dalam desain ini? C5 melintasi Triac dapat melihat lonjakan arus kontinu sekitar 1 A saat mengoperasikan bohlam pada kontrol fase 90 derajat pada tegangan puncak.

Ini secara signifikan akan mengurangi masa pakai kapasitor.

Untuk lampu Tungsten 150W yang beroperasi pada 240Vrms 340Vp pada fase 90 deg pada Triac, bohlam menarik sekitar 100W dan telah didinginkan menjadi 1200'K redup dengan R = 240 Ohms dan C5 melintasi Triac dan induktor 1.5mH melepaskan tegangan tutup 350Vp dengan tegangan resistensi dari Choke dan triac

Vishay Roederstein AC-Capacitors, Suppression Capacitors APLIKASI CATATAN Kelas X2 AC 275 V (MKT)

• Untuk penindasan interferensi elektromagnetik X2 melintasi aplikasi jalur (50/60 Hz) dengan tegangan listrik maksimum 275 V (AC). • Kapasitor ini tidak dimaksudkan untuk aplikasi pulsa kontinu. Untuk situasi ini, kapasitor AC dan program pulsa harus digunakan .

Kapasitor ini tidak dimaksudkan untuk aplikasi impedansi seri. Untuk situasi ini jika persetujuan keselamatan diminta, silakan lihat kapasitor khusus seri 1772 kami dengan koneksi seri internal.


Lembar data F1772 tidak jauh lebih baik.

Kapasitor ini tidak dimaksudkan untuk aplikasi pulsa kontinu. Untuk situasi ini, kapasitor AC dan program pulsa harus digunakan. • Kapasitor ini dapat digunakan untuk aplikasi impedansi seri jika persetujuan keselamatan diminta. The F1772 topi seri juga memberikan peringatan

Dalam pengalaman saya jika lembar data tidak menyertakan 1 dari {ESR specs berikut, atau arus riak terukur {rms}, maka itu tidak dimaksudkan untuk pulsa tinggi, operasi ESR rendah. Sebagai contoh motor Start / Run Caps tidak pernah memasukkan salah satu dari {di atas} dan diketahui memiliki karakteristik ESR yang lebih buruk karena mereka beroperasi di sirkuit dengan resistansi yang lebih tinggi tidak seperti tutup sakelar SMPS atau AC diode / Triac offline.

Kesimpulan

  • Desain redup daya yang tidak dapat diandalkan dari topologi tegangan tinggi dan pemilihan tutup yang tidak dapat diterima.
  • Saya bisa menyarankan pasokan AC-DC yang lebih baik.

    masukkan deskripsi gambar di sini

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber
Menarik, terima kasih atas jawaban terperinci! Sepertinya saya terlalu optimis tentang toleransi topi terhadap pelecehan. Sedangkan untuk topi penetes kapasitif; desain saat ini adalah 5mA RMS, jadi saya akan kecewa jika yang membunuh topi, tapi mungkin transien switch-on / off melakukannya di (saya akan menguji itu). Saya harus memikirkan kembali bagian penindasan dari sirkuit ...
marcelm
"Ini menyiratkan arus maksimum yang dapat ditanganinya menggunakan Ic = CdV / dt dengan dV / dt diberi peringkat 120V / us max." - Saya agak bingung; memasukkan dV / dt ke dalam persamaan kapasitor, bersama dengan 100nF, menunjukkan kepada saya arus maksimum 12A; perhitungan Anda (dan pengukuran saya, saya akan mengirim pembaruan nanti) menyarankan arus puncak hanya ~ 10% dari itu ...
marcelm
@marcelm itu tergantung pada impedansi jaringan memberi makan topi dengan R, Cap dioda. dan energinya adalah produk ESR * I ^ 2 * t yang terserap di tutupnya. Mereka juga dinilai untuk arus riak yang akan berlebihan dengan Halogen yang dikendalikan Triac .. Perhitungan Anda tidak menggunakan bagian R batas arus lainnya. ya, tutupnya masih gagal dan kerugiannya bisa dihitung di masing-masing untuk membuktikan mengapa mereka gagal.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Perhatikan tutup ESR 10m yang dihamburkan> puncak 600W hanya untuk beberapa mikrodetik.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Dari mana datangnya puncak> 600W? ESR * I² = 10mW untuk ESR = 10mΩ, I = 1A ...
marcelm
23

Kapasitor film dibuat menjadi "penyembuhan sendiri" yang hanya berarti bahwa ketika mereka mengembangkan short karena penyalahgunaan area di sekitar short terpesona, mengurangi kapasitansi.

Tampaknya aplikasi Anda memiliki transien yang sering baik dari dalam atau luar yang melebihi kemampuan desain kapasitor. Anda dapat mencoba melacaknya di sumbernya, mencoba untuk men-shunt mereka dengan sesuatu seperti TV bipolar di tutup, atau membeli kapasitor yang lebih baik (nilai tegangan lebih tinggi).

Spehro Pefhany
sumber
Atau X1 jika cocok.
Robert Endl
4
Apakah Anda yakin batas ini memiliki peringkat untuk aplikasi pengisian / pemakaian pulsa? Saya pikir itu untuk kopling RF atau penindasan RFI TIDAK beralih 150W beban dari Triacs atau regulator dioda pulsa Offline yang menarik puncak 10x / rata-rata saat ini untuk riak 10%.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2
Jelas bagian-bagian tidak dapat mentolerir aplikasi ini dan semuanya rusak. Penyembuhan diri hanya untuk peristiwa petir acak yang tidak menyerap pulsa 1 ~ 2A setiap siklus.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Bahkan nilai nominal tegangan yang lebih tinggi tidak cukup di sini, karena masalahnya adalah arus maksimum yang dapat ditangani tutup (dalam urutan 1A). Anda memerlukan penutup yang dapat menangani arus seperti itu tanpa kerusakan.
xryl669
1
C5 akan menjadi kurang stres dengan 0.01uF, C1, C2 dipengaruhi kapasitor zener dan dioda shunt untuk transien 1kV dengan arus besar sehingga filter Line dengan induktansi CM akan membantu di sana
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75