Điều gì đã xảy ra với các tụ điện trong thế kỷ 21?

Đôi khi chúng ta có thể thấy các tụ điện hàng thập kỷ (như các tụ điện được sản xuất tại Liên Xô) vẫn hoạt động. Chúng lớn hơn và nặng hơn , nhưng bền và không hút ẩm. Tụ nhôm hiện đại phục vụ trong khoảng 11 năm, nếu bạn may mắn, sau đó trở nên khô và lặng lẽ thất bại. Tôi nhớ các thiết bị đầu thập niên 2000 trong đó tụ điện bị hỏng sau 3 năm4 năm phục vụ và không nhất thiết phải là thiết bị cấp thấp (một ví dụ là modem cáp E-TECH ICE-200 trị giá 240 USD vào năm 2000). Một sửa chữa do các tụ điện điện phân không thành công đã trở thành phổ biến, một cái gì đó không phổ biến trong những năm 1980.

Là sự suy thoái của những năm 1990 do sản xuất hàng loạt giá rẻ? Hoặc bởi các công nghệ được thử nghiệm kém liên quan đến thu nhỏ? Hoặc nhiều nhà sản xuất không quan tâm?

Có vẻ như xu hướng bây giờ đã đảo ngược và các tụ điện gần đây tốt hơn một chút so với các xu hướng từ năm 19942002002. Các chuyên gia có thể xác nhận nó?

Có một khoảng thời gian mà rất nhiều tụ điện được chế tạo bằng chất điện phân tinh ranh, đặc biệt là bởi một số nhà sản xuất lớn của Đài Loan. Các tụ điện có vẻ ổn trong nhiều thử nghiệm khi mới, nhưng chúng không có tuổi. Bởi vì phải mất vài năm để các tụ điện bị hỏng và tỷ lệ thất bại cao mới được biết đến, rất nhiều trong số chúng đã được sản xuất và chế tạo thành những thứ trước khi mọi người nhận ra có vấn đề. Sau đó phải mất thêm một vài năm để những thứ này được lưu hành.

Chính xác tại sao các nhà sản xuất này có vấn đề về chất điện phân không hoàn toàn rõ ràng. Họ đã sử dụng các chất điện giải mới dựa trên nước được phát triển ở Nhật Bản và hoạt động rất tốt. Có lẽ các nhà sản xuất rẻ hơn đã bỏ lỡ một cái gì đó hoặc cắt giảm một số góc trong khi sao chép (hoặc tách ra) nghiên cứu của Nhật Bản.

Các loại tụ điện bị ảnh hưởng là giá rẻ, điện dung lớn, tụ điện ESR thấp. Đây là những thứ xuất hiện với số lượng lớn thiết bị tiêu dùng, vì vậy vấn đề trở nên nổi tiếng trong cộng đồng rộng lớn hơn. Thêm vào đó, chế độ thất bại của các tụ điện này là vỡ và thông hơi, do đó, ngay cả những người không quen thuộc với thiết bị điện tử cũng dễ dàng nhận ra thành phần nào bị lỗi khi bo mạch chủ của họ ngừng hoạt động.

Wikipedia có một bài viết về nó: Bệnh dịch hạch

Hoạt động gián điệp công nghiệp đã đi sai. Xác minh nhiều năm sau khi thực tế.

Mặc dù nó đã bị nghi ngờ từ gần đầu. (Bài viết lịch sự của The Wayback Machine , vì bản gốc đã biến mất khỏi web.)

Câu chuyện cơ bản: Guy rời nhà sản xuất tụ điện Nhật Bản Rubycon và đi làm việc cho một công ty ở Trung Quốc, mang theo một bản sao công thức điện phân cho tụ điện điện phân nhôm hiệu suất cao với anh ta.

Sau đó, một phần nhân viên người Trung Quốc của anh rời khỏi và đi làm cho một nhà sản xuất tụ điện ở Đài Loan. Họ cũng lấy một bản sao của công thức Rubycon, nhưng đọc nó ở đâu đó trên đường đi.

Vì vậy, nhà sản xuất tại Đài Loan xây dựng những gì anh ta nghĩ là những chiếc mũ chất lượng cao, có giá trị được sản xuất theo công thức của Rubycon. Anh ta bán chúng với giá tốt, nhưng rẻ hơn Rubycon và hứa hẹn chất lượng tương tự.

Vô số các công ty mua và cài đặt các nắp này, sau đó mọi thứ bắt đầu thất bại trong lũ lượt.

Trong những năm 70, các tính toán Mil-Std-HDBK217 cho MTBF bao gồm hệ số gia tốc ngược với ESR của mạch. Điều này ngụ ý dòng nước dâng và sự gia tăng nhiệt, theo đó ảnh hưởng của Arhennius về sự xuống cấp cục bộ. Ra khí là một cảnh báo sớm chính với nắp bị phồng.

Cũng nhắc lại, sự phát triển của SMPS đang gia tăng khi áp lực chi phí vật liệu đòi hỏi chi phí thấp hơn và các bộ phận ESR thấp hơn. Điều này ngụ ý bỏ qua các chế độ thất bại tự nhiên của mạch ESR để có được bộ chuyển đổi hiệu suất cao.

Vì vậy, xu hướng nhìn thấy nhiều lỗi nắp SMPS hơn một phần là do các nhà thiết kế bỏ qua các hiệu ứng lão hóa trên ESR và sự thoát nhiệt vốn có khi tự sưởi ấm theo sau.

Thật vậy, công nghệ điện phân mới đã được cải thiện cũng như hoàn thiện bề mặt dây dẫn để hạ thấp ESR trong giấy bạc. Chi phí gia tăng ở tantalum từ những nơi như Nga buộc các công ty phải chuyển sang phân tích nhôm.

người ta phải đánh giá MTBF theo từng trường hợp nếu nguyên nhân gốc là:

• thiết kế xấu,
• phần xấu,
• quá trình xấu (không có thông lượng sạch hoặc Aqua có cặn axit hoặc tăng đột biến nhiệt quá mức trên hồ sơ chỉnh lại dòng, v.v.).

Một modem cao cấp không xác thực nếu họ sử dụng các bộ phận chất lượng cao với xác minh MTBF được thực hiện và có thể chỉ tin tưởng nhà cung cấp.

Nói chung, tụ điện tốt nhất MTBF đến từ các công ty ở Nhật Bản, Đài Loan và Trung Quốc, đứng thứ 3 do độ tin cậy kiểm tra quy trình và độ tin cậy kiểm soát quy trình cần thiết cho các bộ phận có tuổi thọ cao. Ô nhiễm vật liệu là một nguyên nhân chính trong chế tạo nắp.

**** Sự cải thiện lớn nhất trong Nhôm Electrolytic là hằng số thời gian sạc / xả T = ESR x C đã giảm xuống tương đương hoặc tốt hơn so với tantalum ở cấp ESR thấp, trong một số trường hợp nhưng không phải tất cả. Bạn phải tính toán điều này vào lần tới khi bạn chọn một nắp cần ESR thấp và so sánh 10 phần với 1 @ 10 lần giá trị cho một nắp cầu lớn. Nếu nó nhỏ hơn, cơ hội bạn nhận được ESR thấp hơn và SRF cao hơn hoặc nếu trong cùng một điện áp kích thước và gia đình có cùng một hằng số T.
Mũ ESR cực thấp. hiện <1 ~ 20us trong khi mục đích chung là 100us đến> 1ms. ****

Lý do chính là:

• Bệnh dịch tụ điện năm 19992002002 - một nỗ lực tái tạo công thức điện phân bị đánh cắp của Rubycon Inc., đã bị hỏng.
• Mặt khác thay đổi thành phần của chất điện phân; nhiều H ₂ O (hữu ích để thu được ESR thấp hơn) làm cho nó ăn mòn hơn.
• Tối ưu hóa chi phí do sản xuất hàng loạt các thiết bị điện tử.
• Lỗi trong thiết kế, quy trình hoặc vật liệu chất lượng thấp; kiểm soát chất lượng kém.

Một lý do có thể phải làm với mạch xung quanh các tụ điện, không phải chính các tụ điện. Cho đến năm 1980, hầu hết các bộ nguồn đều hoạt động ở tần số chính (50 hoặc 60 Hz), sử dụng tụ lọc lớn sau cầu diode và bộ điều chỉnh tuyến tính, sử dụng một số tụ điện nhiều hơn ở DC, chỉ có một trung tâm mua sắm Thành phần AC. Không có nhiều rắc rối gây ra bởi dòng RMS bên trong các tụ điện, và (rất) ESR thấp không phải là mối quan tâm lớn bởi vì ngay cả với điện trở trong cao, các tụ điện sẽ không tự nóng lên nhiều.

Sau đó, các bộ nguồn chế độ chuyển đổi (và bộ điều chỉnh sau, bao gồm bộ chuyển đổi bước xuống tải) ngày càng trở nên phổ biến và chúng đặt một dòng RMS lớn hơn nhiều trên các tụ điện mà chúng sử dụng. Do đó, sự lựa chọn đúng của tụ điện ngày càng trở nên quan trọng hơn, và các quyết định thiết kế không khôn ngoan quan trọng hơn. Ngoài ra, với việc thu nhỏ, nhiều thành phần kết thúc trong các thùng nhỏ hơn, làm cho việc tản nhiệt trở nên quan trọng hơn. Bạn càng xây dựng thiết bị của mình càng nhỏ, việc tách các bộ phận nóng ra khỏi tụ điện nhạy cảm càng khó. Một tụ điện nhỏ 10 (đường kính 5 mm) 10 phaF / 16 V được định mức ở 2000 h / 105 ° C bên cạnh một bộ tản nhiệt lớn? Ý kiến ​​tồi. Một tụ điện lớn 47 đường kính 25 mm có đường kính ở mức 5000 h / 105 ° C được đặt ở vị trí mát mẻ trong bộ nguồn chuyển mạch của bạn? Thậm chí có thể không bao giờ trở thành một vấn đề đáng chú ý.

Ngoài ra, trong một thời gian, các mạch có thể đòi hỏi nhiều hơn những tiến bộ trong công nghệ tụ điện có thể theo kịp. Các nhà thiết kế có thể không nhận thức được tầm quan trọng của xếp hạng I _RMS và hệ thống sưởi bên trong. Thêm vào áp lực liên tục để tiết kiệm đồng xu cho bất kỳ thành phần nào, hãy xem xét thực tế rằng các tụ điện có xu hướng là thành phần đắt tiền hơn của bạn, kết luận rằng điều này làm cho mũ trở thành một khu vực tập trung khi đếm xu, và bạn có một lời giải thích tốt.

Vì vậy, công bằng mà nói, nó không chỉ là mũ, mà còn là thiết kế tổng thể và ứng dụng của mũ trong các mạch ngày càng khắt khe hơn.

Điều đó đã được nói, tôi đã vui vẻ sử dụng một số thiết bị có nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi thương mại trong nhiều năm mà không gặp vấn đề gì và tôi cũng đã thay thế một số lượng tụ điện khá lớn (ví dụ từ cuối những năm 70, ví dụ, trong các công cụ như cuộn dây chất lượng cao máy ghi băng cuộn hoặc thiết bị kiểm tra và đo lường).

Sau đó, tụ gốm đang bắt kịp. Trước khoảng năm 2005, 22 tuổiF ở 25 V trong gói 1206 SMD là không phổ biến. Ngày nay, bạn có thể sử dụng chúng thay vì mũ điện phân hoặc các loại tantalum, và thậm chí không tốn nhiều tiền hơn. Điều này giúp bạn có thể đưa ra các quyết định thiết kế tổng thể rất tốt: Tránh mũ tantalum (vì chúng rất nhạy cảm với các dòng điện hoặc điện áp, thậm chí là rất nhỏ. Chỉ sử dụng mũ bầu khi bạn cần nhiều điện dung và khi bạn có thể chọn lớn lon thường có tuổi thọ cao hơn nhiều. Hãy đội mũ gốm tốt cho mọi thứ khác.

Các tụ điện khác nhau rất nhiều trong các chế độ thất bại do lão hóa, và thực tế là không đúng khi các thiết kế cũ luôn tốt hơn.

Những người sửa chữa thiết bị cổ điển hầu như sẽ luôn thay thế một số tụ điện nhất định mà không cần kiểm tra chúng, và đảm bảo rằng họ kiểm tra những người khác chỉ để chắc chắn.

Ví dụ, các hình chữ nhật sáp cũ là bãi rác độc hại khá nhiều khi bạn mở một bộ khuếch đại cũ. Họ sẽ có tuổi tốt ra khỏi spec. Chưa kể các thiết bị tương tự giả định chất lượng điện áp chính đã thay đổi trong nhiều thập kỷ, điều này sẽ điều khiển nguồn điện hoặc tín hiệu điện áp cao hoặc nắp tách rời vượt quá các thông số kỹ thuật được đánh giá của chúng ngay cả khi mới.

Nhưng, như những người khác đã chỉ ra, đó là một điều phức tạp. Vật liệu, sản xuất, thị trường đều thay đổi rất nhiều, có ảnh hưởng đến toàn ngành. Tuy nhiên, nhìn chung, các tụ điện hiện đại ở một mức giá nhất định trên mỗi hàng ngàn hàng ngàn tốt hơn nhiều so với các thiết bị tương tự trong quá khứ.

Giới thiệu duy nhất của tôi cho điều này là các kênh YouTube như Phòng thí nghiệm của ông Carlson, như được thấy trên thanh bên SE.EE!